CN216646002U - 一种采空区煤自燃智能动态循环气体采样装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种采空区煤自燃智能动态循环气体采样装置，包括两组分别沿煤层进风巷和煤层回风巷的延伸方向伸入至采空区内的气体采样防控装置，气体采样防控装置包括本安型监测主机、气体采样机构、冲洗机构、注氮机构和沿煤层开挖长度方向布设的钢管道，钢管道内设置有滑移机构，滑移机构两端连接有一号卷扬机和二号卷扬机。本实用新型设计新颖合理，实用性强，通过一号卷扬机和二号卷扬机对滑移机构在钢管道内的循环移动，实现气体采样机构通过抽气束管在采空区的循环动态监测，提高采空区煤自燃防控效率，并可以通过注氮机构第一时间对煤自燃预警风险区域进行精准注氮防控灭火，便于推广使用。

Description

一种采空区煤自燃智能动态循环气体采样装置

技术领域

本实用新型属于采空区煤自燃防控技术领域，具体涉及一种采空区煤自燃智能动态循环气体采样装置。

背景技术

煤炭目前还是我国最主要的能源，且我国煤炭储量十分丰富。全国约 75％的工业燃料和动力，60％的化工原料和绝大部分的民用燃料依靠煤炭，煤炭的开采和利用对我国的发展起着重要作用。

煤自燃发火的危害十分巨大。它不仅使灾区经年累月烟火弥漫，生态环境严重恶化，还会造成煤炭资源的巨大浪费，并成为地球大气污染的重要来源，而引起煤自燃的原因十分复杂，扑灭难度十分困难，因为采空区遗煤自燃高温点在地下隐蔽空间运移，人们无法直接观测到，且采空区煤自燃产生各类可燃可爆气体众多，煤自燃过程极有可能引发瓦斯爆炸等更加严重的继发性灾害。

在现阶段，我国煤矿常用的采空区煤自燃防控技术是指在规定的气体采样区域设置束管采样，同时布置注氮管路，即随着工作面推进，在规定气体采样区域需多次布设束管和注氮管路；然而这种在采空区指定区域的煤自燃防控技术，束管采样时无法实时、动态的进行气体采样，气体采样达不到时间上的及时性和空间上的连续性，从而影响采空区煤自燃防控效率，增加煤自燃潜在风险；注氮防控时无法精准的对采空区煤自燃预警区域进行防控，大区域内注氮会严重影响注氮惰化效率，造成氮气资源浪费，多次布设束管和注氮管路无法回收再利用，不仅增加了工人劳动负担，也造成材料的浪费。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种采空区煤自燃智能动态循环气体采样装置，其设计新颖合理，实用性强，通过一号卷扬机和二号卷扬机对滑移机构在钢管道内的循环移动，实现气体采样机构通过抽气束管在采空区的循环动态监测，保证气体采样在时间上的及时性和空间上的连续性，提高采空区煤自燃防控效率，并可以通过注氮机构第一时间对煤自燃预警风险区域进行精准注氮防控灭火，提高氮气利用率，且该装置无需人工进行多次埋管，减轻工人劳动负担，减少材料浪费，便于推广使用。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种采空区煤自燃智能动态循环气体采样装置，其特征在于：包括两组分别沿煤层进风巷和煤层回风巷的延伸方向伸入至采空区内的气体采样防控装置，所述气体采样防控装置包括设置在采空区位置处的保护箱体、沿煤层开挖长度方向布设且与保护箱体连接的钢管道和设置在钢管道远离采空区一端外侧且位于联络巷道内的一号卷扬机，所述保护箱体内设置有二号卷扬机；所述钢管道内设置有滑移机构，所述钢管道包括多个透气管，相邻两个透气管通过连接管连接；所述滑移机构包括中心连接轴以及分别设置在中心连接轴两侧的一号活塞式栓塞和二号活塞式栓塞，一号活塞式栓塞、二号活塞式栓塞和透气管配合形成采样空腔，中心连接轴伸出一号活塞式栓塞的一端与一号卷扬机上的一号钢丝绳连接，中心连接轴伸出二号活塞式栓塞的一端与二号卷扬机上的二号钢丝绳连接，所述一号活塞式栓塞上分别穿设有抽气束管、冲水管和注氮管，所述抽气束管位于所述采样空腔内的一端设置有过滤管，抽气束管远离所述采样空腔且位于联络巷道内的一端连接有气体采样机构，所述冲水管位于所述采样空腔内的一端设置有朝向过滤管的冲水喷头，冲水管远离所述采样空腔且位于联络巷道内的一端连接有冲水机构，所述注氮管远离所述采样空腔且位于联络巷道内的一端连接有注氮机构；联络巷道内还设置有本安型监测主机和三个分别用于抽气束管、冲水管、注氮管的双履带牵引器，三个双履带牵引器均由本安型监测主机控制。

上述的一种采空区煤自燃智能动态循环气体采样装置，其特征在于：所述一号活塞式栓塞和二号活塞式栓塞均通过两个镀锌垫片固定在中心连接轴上。

上述的一种采空区煤自燃智能动态循环气体采样装置，其特征在于：所述透气管上开设有多个透气孔。

上述的一种采空区煤自燃智能动态循环气体采样装置，其特征在于：所述连接管的长度为1m～5m。

上述的一种采空区煤自燃智能动态循环气体采样装置，其特征在于：所述一号卷扬机上设置有用于监测一号钢丝绳卷扬长度的测长传感器，测长传感器和本安型监测主机连接。

上述的一种采空区煤自燃智能动态循环气体采样装置，其特征在于：所述气体采样机构包括和抽气束管连接的抽气泵，抽气泵的抽气端设置有气体流量传感器，抽气泵的输气端连接有吸附式干燥机，吸附式干燥机连接有本安型多参数传感器；所述冲水机构包括和冲水管连接的高压水泵；所述注氮机构包括和注氮管连接的注氮机，注氮机连接有制氮机。

上述的一种采空区煤自燃智能动态循环气体采样装置，其特征在于：所述气体流量传感器、本安型多参数传感器均与本安型监测主机连接。

上述的一种采空区煤自燃智能动态循环气体采样装置，其特征在于：所述一号卷扬机、二号卷扬机、抽气泵、吸附式干燥机、高压水泵、注氮机、制氮机均由本安型监测主机控制

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型通过一号卷扬机和二号卷扬机对滑移机构在钢管道内的循环移动，实现气体采样机构通过抽气束管在采空区的循环动态监测，保证气体采样在时间上的及时性和空间上的连续性，提高采空区煤自燃防控效率，并可以通过注氮机构第一时间对煤自燃预警风险区域进行精准注氮防控灭火，提高氮气利用率，便于推广使用。

2、本实用新型通过利用设置在抽气泵上的气体流量传感器，可以实时进行监测气体采样状态，当气体采样状态不正常时，冲水机构通过冲水喷头对过滤管进行冲洗，装置可靠稳定，使用效果好。

3、本实用新型设计新颖合理，利用本安型监测主机，控制整个装置的运行，且该装置只需布置一次，后续无需人工处理，气体采样和注氮防控全程智能化、循环动态化，减轻工人劳动福安，减少材料浪费，便于推广使用。

综上所述，本实用新型设计新颖合理，实用性强，通过一号卷扬机和二号卷扬机对滑移机构在钢管道内的循环移动，实现气体采样机构通过抽气束管在采空区的循环动态监测，保证气体采样在时间上的及时性和空间上的连续性，提高采空区煤自燃防控效率，并可以第一时间对煤自燃预警风险区域进行精准注氮防控灭火，提高氮气利用率，且该装置无需人工进行多次埋管，减轻工人劳动负担，减少材料浪费，便于推广使用。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的使用状态示意图。

图2为图1的A处放大示意图。

图3为图2的C-C剖面示意图。

图4为图1的B处放大示意图。

图5为本实用新型的电路原理框图。

图6为本实用新型的滑移机构在钢管道内使用状态示意图。

图7为本实用新型的透气管结构示意图。

图8为本实用新型的连接管结构示意图。

附图标记说明:

具体实施方式

如图1至图8所示，本实用新型包括两组分别沿煤层进风巷2和煤层回风巷3的延伸方向伸入至采空区1内的气体采样防控装置，所述气体采样防控装置包括设置在采空区1位置处的保护箱体19、沿煤层开挖长度方向布设且与保护箱体19连接的钢管道5和设置在钢管道5远离采空区一端外侧且位于联络巷道20内的一号卷扬机6，所述保护箱体19内设置有二号卷扬机7；所述钢管道5内设置有滑移机构，所述钢管道5包括多个透气管5-1，相邻两个透气管5-1通过连接管5-2连接；所述滑移机构包括中心连接轴11以及分别设置在中心连接轴11两侧的一号活塞式栓塞8和二号活塞式栓塞9，一号活塞式栓塞8、二号活塞式栓塞9和透气管5-1配合形成采样空腔，中心连接轴11伸出一号活塞式栓塞8的一端与一号卷扬机6上的一号钢丝绳6-1 连接，中心连接轴11伸出二号活塞式栓塞9的一端与二号卷扬机7上的二号钢丝绳7-1连接，所述一号活塞式栓塞8上分别穿设有抽气束管14-1、冲水管15-1和注氮管17-1，所述抽气束管14-1位于所述采样空腔内的一端设置有过滤管14-2，抽气束管14-1远离所述采样空腔且位于联络巷道20内的一端连接有气体采样机构，所述冲水管15-1位于所述采样空腔内的一端设置有朝向过滤管14-2的冲水喷头15-2，冲水管15-1远离所述采样空腔且位于联络巷道20内的一端连接有冲水机构，所述注氮管17-1远离所述采样空腔且位于联络巷道20内的一端连接有注氮机构；联络巷道20内还设置有本安型监测主机4和三个分别用于抽气束管14-1、冲水管15-1、注氮管17-1的双履带牵引器18，三个双履带牵引器18均由本安型监测主机4控制。

需要说明的是，通过一号卷扬机6和二号卷扬机7相互配合，可以实现所述滑移机构在钢管道5内循环往返运动，通过一号活塞式栓塞8、二号活塞式栓塞9和透气管5-1配合形成采样空腔，使得所述气体采样机构在所述采样空腔内进行气体采样，从而实现所述气体采样机构通过抽气束管14-1 在采空区1内的循环动态监测，保证气体采样在时间上的及时性和空间上的连续性，提高采空区煤自燃防控效率，当所述气体采样机构的气体样本参数达到煤自燃预警时，通过设置的注氮机构，可以第一时间进行注氮防控，提高氮气利用率，利用设置所述冲水机构，可以通过冲水喷头15-2 对气体采样的过滤管14-2进行冲洗，防止因煤灰堵塞过滤管14-2影响气体，通过设置三个分别用于抽气束管14-1、冲水管15-1、注氮管17-1的双履带牵引器18，进行抽气束管14-1、冲水管15-1和注氮管17-1在钢管道5内的抽拉运动。

本实施例中，所述一号活塞式栓塞8和二号活塞式栓塞9分别通过两个镀锌垫片10固定在中心连接轴11上。

本实施例中，所述透气管5-1上开设有多个透气孔5-3。

本实施例中，所述连接管5-2的长度为1m～5m。

本实施例中，所述一号卷扬机6上设置有用于监测一号钢丝绳6-1卷扬长度的测长传感器6-2，测长传感器6-2和本安型监测主机4连接。

需要说明的是，测长传感器6-2为ZLS-Px像差测速测长传感器。

本实施例中，所述气体采样机构包括和抽气束管14-1连接的抽气泵14，抽气泵14的抽气端设置有气体流量传感器14-3，抽气泵14的输气端连接有吸附式干燥机13，吸附式干燥机13连接有本安型多参数传感器12；所述冲水机构包括和冲水管15-1连接的高压水泵15；所述注氮机构包括和注氮管 17-1连接的注氮机17，注氮机17连接有制氮机16。

本实施例中，一种采空区煤自燃智能动态循环气体采样装置，其特征在于：所述气体流量传感器14-3、本安型多参数传感器12均与本安型监测主机4连接。

需要说明的是，气体流量传感器14-3为AFM3000气体流量传感器，本安型多参数传感器12为GD7型多参数传感器。

本实施例中，所述一号卷扬机6、二号卷扬机7、抽气泵14、吸附式干燥机13、高压水泵15、注氮机17、制氮机16均由本安型监测主机4控制。

本实用新型使用时，主要包括以下步骤：

步骤一、滑移机构在钢管道内的初始化位置设置：根据氧气浓度划分采空区三带标准，将所述钢管道1内的滑移机构初始位置设置在采空区1 氧化带和窒息带的临界位置处；

步骤二、启动运行气体采样防控装置：本安型监测主机4控制一号卷扬机6和二号卷扬机7开启，一号卷扬机6卷收一号钢丝绳6-1牵引所述滑移机构沿煤层开采正方向移动，二号卷扬机7扬放二号钢丝绳7-1，同时本安型监测主机4控制三个双履带牵引器18开启，三个双履带牵引器 18分别进行抽拉抽气束管14-1、冲水管15-1和注氮管17-1，利用一号卷扬机6上的测长传感器6-2测量一号钢丝绳6-1的卷收长度，当一号钢丝绳6-1的卷收长度为一个连接管5-2的长度时，表明滑移机构移动到个第一透气管5-1位置处，本安型监测主机4关闭一号卷扬机6、二号卷扬机 7和三个双履带牵引器18，并执行步骤三，其中，所述煤层开挖正方向指煤层开挖方向；

步骤三、滑移机构是否位于氧化带区域内位置判定：本安型监测主机 4控制抽气泵14开启，通过抽气束管14-1在所述采样空腔进行气体采样，采集的气体样本通过抽气泵14进入吸附式干燥机13，气体样本在吸附式干燥机13干燥完成后输送至本安型多参数传感器12进行检测，本安型监测主机4根据本安型多参数传感器12气体样本检测结果中的氧气浓度，判定所述滑移机构是否位于氧化带区域，如果是氧化带区域，执行步骤四，如果不是氧化带区域，执行步骤五；

步骤四、煤自燃分析注氮预警判断：本安型监测主机4根据本安型多参数传感器12气体样本检测结果中的氧气、一氧化碳和甲烷等气体浓度参数进行分析判定是否达到煤自燃预警条件，如果达到煤自燃预警条件，进行注氮防控预警，本安型监测主机4控制制氮机16和注氮机17开启，通过注氮管17-1进行注氮，同时本安型监测主机4发出预警；如果没有达到煤自燃预警条件，执行步骤五；

步骤五、滑移机构沿煤层开挖正方向移动至下一个透气管：本安型监测主机4控制一号卷扬机6和二号卷扬机7开启，一号卷扬机6卷收一号钢丝绳6-1牵引所述滑移机构沿煤层开采正方向移动，二号卷扬机7扬放二号钢丝绳7-1，同时本安型监测主机4控制三个双履带牵引器18开启，三个双履带牵引器18分别进行抽拉抽气束管14-1、冲水管15-1和注氮管17-1，利用一号卷扬机6上的测长传感器6-2测量一号钢丝绳6-1的卷收长度，当一号钢丝绳6-1的卷收长度为一个连接管5-2的长度时，表明滑移机构移动到下个透气管5-1位置处，本安型监测主机4关闭一号卷扬机 6、二号卷扬机7和三个双履带牵引器18，执行步骤六；

步骤六、按照步骤三所述的方法判断滑移机构是否位于氧化带区域：如果是氧化带区域，执行步骤四，如果不是氧化带区域，执行步骤七；

步骤七、滑移机构沿煤层开挖反方向移动至下一个透气管：本安型监测主机4控制一号卷扬机6和二号卷扬机7开启，二号卷扬机7卷收二号钢丝绳7-1牵引滑移机构沿煤层开采反方向移动，一号卷扬机6扬放一号钢丝绳6-1，利用一号卷扬机6上的测长传感器6-2测量一号钢丝绳6-1 的扬放长度，当一号钢丝绳6-1扬放长度为一个连接管5-2的长度时，表明滑移机构滑移到下一个透气管5-1位置处，本安型监测主机4关闭一号卷扬机6和二号卷扬机7，并执行步骤八，其中，所述煤层开挖反方向指煤层开挖相反的方向；

步骤八、按照步骤三所述的方法判断滑移机构是否位于氧化带区域：如果是氧化带区域，执行步骤九，如果不是，执行步骤五；

步骤九、按照步骤四所述的方法判断煤自燃注氮预警：如果达到煤自燃预警条件，进行注氮防控预警，本安型监测主机4控制制氮机16和注氮机17开启，通过注氮管17-1进行注氮，同时本安型监测主机4发出预警；如果没有达到煤自燃预警条件，执行步骤七，直至煤层开挖完成。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (8)

1.一种采空区煤自燃智能动态循环气体采样装置，其特征在于：包括两组分别沿煤层进风巷(2)和煤层回风巷(3)的延伸方向伸入至采空区(1)内的气体采样防控装置，所述气体采样防控装置包括设置在采空区(1)端部位置处的保护箱体(19)、沿煤层开挖长度方向布设且与保护箱体(19)连接的钢管道(5)和设置在钢管道(5)远离采空区一端外侧且位于联络巷道(20)内的一号卷扬机(6)，所述保护箱体(19)内设置有二号卷扬机(7)；所述钢管道(5)内设置有滑移机构，所述钢管道(5)包括多个透气管(5-1)，相邻两个透气管(5-1)通过连接管(5-2)连接；所述滑移机构包括中心连接轴(11)以及分别设置在中心连接轴(11)两侧的一号活塞式栓塞(8)和二号活塞式栓塞(9)，一号活塞式栓塞(8)、二号活塞式栓塞(9)和透气管(5-1)配合形成采样空腔，中心连接轴(11)伸出一号活塞式栓塞(8)的一端与一号卷扬机(6)上的一号钢丝绳(6-1)连接，中心连接轴(11)伸出二号活塞式栓塞(9)的一端与二号卷扬机(7)上的二号钢丝绳(7-1)连接，所述一号活塞式栓塞(8)上分别穿设有抽气束管(14-1)、冲水管(15-1)和注氮管(17-1)，所述抽气束管(14-1)位于所述采样空腔内的一端设置有过滤管(14-2)，抽气束管(14-1)远离所述采样空腔且位于联络巷道(20)内的一端连接有气体采样机构，所述冲水管(15-1)位于所述采样空腔内的一端设置有朝向过滤管(14-2)的冲水喷头(15-2)，冲水管(15-1)远离所述采样空腔且位于联络巷道(20)内的一端连接有冲水机构，所述注氮管(17-1)远离所述采样空腔且位于联络巷道(20)内的一端连接有注氮机构；联络巷道(20)内还设置有本安型监测主机(4)和三个分别用于抽气束管(14-1)、冲水管(15-1)、注氮管(17-1)的双履带牵引器(18)，三个双履带牵引器(18)均由本安型监测主机(4)控制。

2.按照权利要求1所述的一种采空区煤自燃智能动态循环气体采样装置，其特征在于：所述一号活塞式栓塞(8)和二号活塞式栓塞(9)均通过两个镀锌垫片(10)固定在中心连接轴(11)上。

3.按照权利要求1所述的一种采空区煤自燃智能动态循环气体采样装置，其特征在于：所述透气管(5-1)上开设有多个透气孔(5-3)。

4.按照权利要求1所述的一种采空区煤自燃智能动态循环气体采样装置，其特征在于：所述连接管(5-2)的长度为1m～5m。

5.按照权利要求1所述的一种采空区煤自燃智能动态循环气体采样装置，其特征在于：所述一号卷扬机(6)上设置有用于监测一号钢丝绳(6-1)卷扬长度的测长传感器(6-2)，测长传感器(6-2)和本安型监测主机(4)连接。

6.按照权利要求1所述的一种采空区煤自燃智能动态循环气体采样装置，其特征在于：所述气体采样机构包括和抽气束管(14-1)连接的抽气泵(14)，抽气泵(14)的抽气端设置有气体流量传感器(14-3)，抽气泵(14)的输气端连接有吸附式干燥机(13)，吸附式干燥机(13)连接有本安型多参数传感器(12)；所述冲水机构包括和冲水管(15-1)连接的高压水泵(15)；所述注氮机构包括和注氮管(17-1)连接的注氮机(17)，注氮机(17)连接有制氮机(16)。

7.按照权利要求6所述的一种采空区煤自燃智能动态循环气体采样装置，其特征在于：所述气体流量传感器(14-3)、本安型多参数传感器(12)均与本安型监测主机(4)连接。

8.按照权利要求6所述的一种采空区煤自燃智能动态循环气体采样装置，其特征在于：所述一号卷扬机(6)、二号卷扬机(7)、抽气泵(14)、吸附式干燥机(13)、高压水泵(15)、注氮机(17)、制氮机(16)均由本安型监测主机(4)控制。

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