专利名称：瓦斯及其它可燃气体爆炸预警方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种安全预警方法和装置，具体涉及一种快速测试发现并及时预警处 置矿山井下瓦斯及其它可燃气体爆炸的预警方法和装置。
背景技术：
长期以来，涉及可燃气体危爆行业的重特大安全事故连续不断，特别是煤矿井下 瓦斯爆炸，群死群伤，损失最为惨重，社会影响也十分恶劣。根据瓦斯特性，只要最低含量达 到5%，氧气含量充足(国家矿山安全法规定，井下氧气含量不得低于20% )，就随时能被 引爆燃烧；而白磷在温度40多度时就能自燃，沼气在阳光照射下也可以自燃……等等。由 于矿山蕴藏复杂，存有多种混合可燃气体，这些不同杂质含量的混合气体，给检测带来了极 大的困难，也给监测预警部门提出了难以解决的技术难题。市场上虽说已有一些瓦斯含量 的监测设备，但还是不能对多种可燃混合气体在不同杂质、温度、湿度、压力、氧气环境等复 杂条件下的燃爆和自燃进行监测和预警。而这些可燃混合气体的各种元素，在各自不同氧 气、压力、湿度、温度等环境条件下，有着各自不同的燃烧爆炸特性和自燃特性参数。这些元 素物质在杂质、含量、温度、湿度、氧气等复杂条件下混合形成的可燃气体，改变了原来单质 元素物质的爆炸和自燃特性参数。这些复杂情况，给监测预警带来了极大的困难。瓦斯及 其它可燃气体的爆炸燃烧和自燃，具有复杂和极强的突发性、隐蔽性，国家和矿工的生命财 产随时受到严重的威胁，因此，研制一种能及时监测瓦斯及其它可燃气体混合物，并提前预 警、处置，避免人民生命财产重大损失的方法及设备，是迫切需要并至关重要的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是解决上述现有技术存在的问题，而提供一种连续 不断试验和测试混合可燃气体动态数据、快速发现可燃气体超限、提前预警、迅速处置、避 免人民生命财产重大损失的瓦斯及其它可燃气体爆炸预警方法及装置。本发明采用的技术方案是一种瓦斯及其它可燃气体爆炸预警方法，在待测矿区选择性确定多个监测点，每 个监测点设置瓦斯及其它可燃气体爆炸预警装置，该装置的采样气流主管道内具有隔离室 和燃烧室，配气系统定时定量向燃烧室内注入瓦斯气体，与此同时，电子点火系统通过主管 道内电子点火头不断定时点火，直至燃烧爆炸，电控系统通过瓦斯流量传感器和压力传感 器或温度传感器采集燃烧爆炸时间、注入的瓦斯量数据，进入控制电路板，进行数据处理， 得出安全程度评估，输出分别连接报警电路、安全控制中心、安全系统网络，启动应急预案 和相应的安全系统控制设备，控制电路板还输出控制信号，启动燃爆后的清理冷却系统，为 接着来的下次测试作好准备。上述技术方案中，所述的电控系统通过瓦斯流量传感器和压力传感器或温度传感 器采集燃爆时间、注入瓦斯量数据为注入时间注入瓦斯量(占燃烧室气体总量的百分比)
4
7——采气扇8——排气扇9——上电磁开关10——中电磁开关 11——下电磁开关 12——控制电路板13——瓦斯或可燃气体压缩罐14——配气管道15——电动可调气体流量表16——进气咀17——电子点火头18——压力传感器或温度传感器 19——信号线 20——报警电路21——安全控制中心、安全系统网络、安全系统控制设备、应急处理系统22——喷气咀23——循环冷却水箱24——连接水管25——水泵26——底座水箱27——气泵28-充电电池。
具体实施例方式参见
图1、图2，本发明的这种瓦斯及其它可燃气体爆炸预警方法是，在待测矿区 选择性确定多个监测点，每个监测点设置瓦斯及其它可燃气体爆炸预警装置，该装置的采 样气流主管道1内具有隔离室5和燃烧室6，配气系统定时定量向燃烧室6内注入瓦斯气 体，与此同时，电子点火系统通过主管道内电子点火头17不断定时点火，直至燃烧爆炸，电 控系统通过瓦斯流量传感器和压力传感器18或温度传感器采集燃爆时间、注入瓦斯量数 据，进入控制电路板12，进行数据处理，得出安全程度评估，输出分别连接报警电路20、安 全控制中心、安全系统网络21，启动应急预案和相应的安全系统控制设备，控制电路板12 还输出控制信号，启动燃烧后的清理冷却系统，为接着来的下次测试作好准备。本发明的瓦斯及其它可燃气体爆炸预警装置为在采样气流主管道1内设置上、 中、下电动阀门，形成隔离室5和燃烧室6，在主管道采气口下方安装有采气扇7，在主管道 排气口上方安装排气扇8、电动阀门和采气扇、排气扇都由控制电路板12连接控制，主管道 燃烧室6侧壁分别连接有配气系统、电子点火系统和测试报警系统；配气系统为瓦斯或可 燃气体压缩罐13通过配气管道14、电动可调气体流量表15连接至主管道的进气咀16，电 动可调气体流量表15表与控制电路板12连接；电子点火系统为主管道内的电子点火头 17连接控制电路板12 ；测试报警系统为主管道1的燃烧室6内壁安装有压力传感器18和 /或温度传感器，压力传感器和/或温度传感器通过信号线19连接控制电路板12，控制电 路板12分别连接报警电路20、安全控制中心、安全系统网络、安全系统控制设备及应急处 理系统21。本发明主管道1侧壁还连接安装有清理冷却系统，清理冷却系统为主管道隔离 室5和燃烧室6连接安装有喷气咀22，主管道1外周连接安装有循环冷却水箱23，循环冷 却水箱23通过连接水管24、水泵25与底座水箱26连接连通。前述主管道内壁的上、中、下电动阀门关闭到位处，安装有上、中、下电磁开关9、 10,11,电磁开关与控制电路板连接。上述清理冷却系统中的喷气咀22通过管道连接气泵25，气泵25受控制电路板连 接控制。本发明的具体实施工作过程及原理抽样测试采取抽取大样即矿区当前样(大样已经包括为矿区的氧气、温度、湿度、压力与瓦斯及其它可燃气体和其它物质形成的混合气)，在燃烧室内点火测试方式进行。1.当抽取采集的大样，在燃烧室点火时发生燃烧爆炸，说明矿区存在很大风险，只 要有明火或温度达到相当时，即刻爆炸或自燃爆炸。或者由于白磷存在以及其它不明低燃 点物质气体存在，当其混合含量逐步上升达到一定混合比例，自然爆炸也随时因达到合适 温度而发生。报警器及时发出预警信号，撤离人员，启动应急措施。不停采集抽样进行点火测试的好处就在于可燃混合气上升还没达到燃烧爆炸条件时，包括白磷及其它可燃混合气逐步上 升，还没达到燃烧爆炸条件时和没达到合适温度时，我们已经提前在燃烧室测试点火燃烧 爆炸，从而提前掌握了燃烧爆炸的变化进度。无论瓦斯气体含量上升，还是白磷等低燃点气体物质含量上升，我们采集抽样是 在矿区相同温度下，再向燃烧室提前加注喷射瓦斯、同步点火测试燃烧爆炸，从而进一步提 前稳定的掌握了这些可燃气体含量在上升或在下降的变化，也提前掌握了这些混合气还没 达到可燃温度和自燃温度标准时，已经完成了点火燃烧爆炸测试，从而能够提前作出预警， 报警器及时提示发出警报，撤离人员及采取应急处理措施。2.当矿区的可燃混合气含量从0.01%上升时，抽取矿区里大样或多个点抽样，每 设1至30秒点火测试一次，点不着，不燃烧即不爆炸，属正常范围。可燃混合气点着燃烧试验安全参数变化波动范围0. 001% -—0. 1% 点不着 矿区安全0. 1%--------1%点不着矿区安全1%--------1.5%点不着矿区安全1.5%--------2%点不着矿区安全2%--------2.5%点不着矿区安全2.5%--------3%点不着矿区安全3.5%--------4%点不着矿区安全4.5%--------5%勉强点着危及矿区安全开始产生5%--------5. 1%点着燃烧危及矿区安全已经产生当点着燃烧时，证明矿区可燃混合气在压力、温度、湿度、氧气条件下已经达到警 戒值，随时都可能出现由于人为操作，机械故障，明火等现象引发事故，报警器及时发出预
警信号。同样，如果有不明气体物质包括白磷低燃点物质混合其中，含量逐步上升，点火器 由原来的10秒点着，到9秒点着，到8秒点着……证明危险在加剧，报警器及时发出预警信号。3.当矿区的可燃混合气在不知不觉中增加上升，从0.01%加速上升达到5%边 缘，也就是随时接近爆炸燃点的这一过程，人们自身器官难以觉察到，市场虽有关于瓦斯浓 度含量的检测设备，但不能确定可燃混合气气体在氧气、温度、湿度、压力及其它物质和变 化下燃烧的可能性。同时，矿区空气中本身就含有其它可燃气体或者有乃至于存在低燃 点的白磷，那么，单一的对瓦斯含量监测还不能根本解决可能爆炸问题。本设备通过不停 的反复抽样点火试验，在氧气、温度、湿度、压力条件下，得到的可燃混合气气体被点着燃 烧爆炸时间变化，如从花较长时间如30秒点着，到花20秒点着，18秒点着，到花15秒点着......到花1秒点着，本设备利用点火燃烧掌握了这个加速变化过程，实际也就提前掌
握了矿区内包括所有物质在温度、湿度、压力等条件下，形成的可能被点着燃烧的可燃混合 气体的变化过程，从而对这个危险在加剧的变化过程作出预警。 那么，在一个固定容器的燃烧室里加注一定数量的瓦斯，要求单位时间的流量流 速一致，即每秒注入量相等。
例单位时间注入瓦斯变化见下表
一 7/ 一 7/ 一 7/ 一 7/ 一 7/
1 2 3 4 5
0.5%
1%
1.5% 2%
2.5%
秒秒秒秒私
一 7 一 7 一 7 一 7 ^v
6 7 8 9 1
3%
3.5% 4%
4.5% 5%
由于燃烧室不停地在点火，如果在10秒钟时点燃，也就是在注入了 5%的瓦斯后 爆炸，那么，矿区内瓦斯的含量及其它可燃气体的含量很低，矿区可燃气体是安全的。如果在8秒钟时点燃，也就是在注入瓦斯含量达4%时爆炸，那么矿区可燃气体含 量也在左右。当在6秒钟时点燃，也就是在注入瓦斯3%后爆炸，那么，矿区可燃气体含量在2%
左右ο当在点火一秒钟时点燃，也就是向燃烧室注入0.5%的瓦斯后爆炸，说明矿区可燃 气体已经达到4. 5%左右……由于本产品针对这些可燃气体点着燃烧能统计计算时间的功能，从而测算出矿区 可燃气体在矿区的浓度含量变化，由于不停的点火试验，抽取大样也就是当前样，是抽取相 同温度、湿度、压力、氧气及其它物质等变化条件的可燃混合气，点火燃烧也在这些变化条 件下进行，同样也就提前掌握了这些可燃气体随温度变化而爆炸的功能，从而达到提前提 示数据变化和预警报警的目的。加注瓦斯与矿区可燃气体含量及点火燃烧的安全变化关系
9页
加注瓦斯量比 10秒加注5%
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一 7/ 一 7/ 一 7/ 一 7/ 一 7/ 一 7/ 一 7/ 1 T/ ■
9 8 7 6 5 4 3 2
安全程度 安全 安全 安全 安全 比较安全 比较安全
隐患上升 启动应急处理
隐患加大 启动应急处理
危及安全 报警提示
危及安全 报警撤离从上表获知，危险是在矿区可燃气体增加达到一定时，就可能由于人为操作，明火 而点燃这些可燃气体。乃至与不同物质气体，以及燃点低的物质混合而成的混合气体，上升 到一定混合比和一定温度下，产生自燃。报警设备及时提示这些数据变化，同时预警作出相应降低风险措施。矿区气体采样1.控制电路板接通采气扇和排气扇电源，风扇开始运转工作。同时切断上阀门、中 阀门、下阀门的电源，三个电动阀门处于打开状态，矿区的当前气流经隔离仓，燃烧室，通向 通风井出口。2.控制电路板接通上阀门、中阀门、下阀门的电源，在电磁开关的作用下，三个电 动阀门同时关闭，将当前气体截留隔离在隔离室和燃烧室，同时断开采气扇电源和排气扇 电源，采气扇和排气扇停止工作。3.上阀门和中阀门形成隔离室，中阀门和下阀门形成燃烧室。4.控制电路板可设置整个采气过程为10秒、20秒、30秒三种。燃烧测试报警1.当控制电路板将中阀门关闭的最后时刻，同时打开接通了气体流量开关，瓦斯 或液化压缩可燃气体，在单位时间里被勻速等量的喷入燃烧室，与原来的气体形成可燃混
I=I 飞 O
功口注4.5% 功口注4% 功口注3.5% 功口注3% 功口注2.5%
功口注2%
功口注1.5% 功口注1%
功口注0.5%
间 时
_秒秒秒秒秒秒秒 秒秒 秒 ISM87f65 4 ^ 2 H
矿区可燃气体存量比 很稀薄 很稀薄或上升了 0.5% 较稀薄或上升了 1% 比较薄或上升了 1.5% 稀薄或上升了 2% 较稀薄或上升了 2.5%
上升了 3%
上升了 3.5% 上升了 4%
上升了 4.5%
2.当控制电路板将下阀门关闭的最后时刻，同时接通了点火器，点火器在燃烧室 不停的点火。3.当瓦斯可燃气体达到一定比例时，燃烧室被点着燃烧爆炸。在爆炸压力的作用 下，压力探测报警器根据开始点火至点着燃烧爆炸的时间统计，也就是开始向燃烧室加注 喷射瓦斯可燃气体至点着燃烧爆炸的总时间，这个时间段里，总计注入喷射了多少瓦斯量， 从而得知矿区可燃气体的含量，多次反复测试，可以统计得到矿区可燃气体含量的增减状 况，进一步可以对矿区可燃气体含量进行预报、报警，切断开采设备电源，警报，撤离人员， 调节空气流通，抽排矿区可燃气体，调节降温，降水等相关措施。4.控制电路板连接物联网，进行相关预报与报警和相关监管管理。5.控制电路板设置整个测试燃烧爆炸时间为10秒、20秒、30秒三种形式。清理冷却系统1.燃烧爆炸压力产生后，控制电路板断开了上阀门，中阀门，下阀门的电源，三个 阀门自动打开。2.三个阀门打开的同时，控制电路板切断点火器电路开关，电源被切断，点火器停 止工作，控制电路板同时切断气体流量表开关，气体流量表停止了喷注瓦斯的工作。3.控制电路板将三个阀门电源断开同时，打开接通了气泵开关，大量气体喷向燃 烧室，洗除燃烧室污垢和对燃烧室降温。4.控制电路板将三个阀门电源断开同时，接通水泵电源，水泵开始工作，水循环设 备进行降温处理。5.可燃气体不足5%含量时，进行重复测试。6.控制电路板设置整个清理冷却处理时间为10秒、20秒、30秒三种形式。应急处理系统启动1.当矿区瓦斯及其它可燃气体含量逐步上升，控制电路板启动通排风设施，随着 可燃气体再度上升，加大通排风设施功率，最大限度及时调节降低矿区瓦斯可燃气体含量。2.当矿区瓦斯上升到危及边缘，除及时报警，撤离人员之外，电路控制板将启动连 接的所有处理应急设备，进行降温，喷水，抽排气体，并关停其它开采设备。
权利要求
一种瓦斯及其它可燃气体爆炸预警方法，其特征在于在待测矿区选择性确定多个监测点，每个监测点设置瓦斯及其它可燃气体爆炸预警装置，该装置的采样气流主管道内具有隔离室和燃烧室，配气系统定时定量向燃烧室内注入瓦斯气体，与此同时，电子点火系统通过主管道内电子点火头不断定时点火，直至燃烧爆炸，电控系统通过瓦斯流量传感器和压力传感器或温度传感器采集燃烧爆炸时间、注入的瓦斯量数据，进入控制电路板，进行数据处理，得出安全程度评估，输出分别连接报警电路、安全控制中心、安全系统网络，启动应急预案和相应的安全系统控制设备，控制电路板还输出控制信号，启动燃爆后的清理冷却系统，为接着来的下次测试作好准备。
2.根据权利要求1所述的一种瓦斯及其它可燃气体爆炸预警方法，其特征在于所述 的电控系统通过瓦斯流量传感器和压力传感器或温度传感器采集燃爆时间、注入瓦斯量数据为注入时间注入瓦斯量(占燃烧室气体总量的百分比)1 秒0.5%2秒1 %3 秒1.5%4秒2%5 秒2.5%6秒3%7 秒3.5%8秒4%9秒4.5%10秒5%
3.根据权利要求1所述的瓦斯及其它可燃气体爆炸预警方法，其特征在于，所述的控 制电路板进行数据处理，得出安全程度评估，具体是加注时间点燃时间矿区可燃气体存量比安全程度评估10 秒 5%10秒很稀薄安全9 秒 4. 5%9秒很稀薄，上升0.5%安全8秒4%8秒较稀薄，上升安全7 秒 3. 5%7秒比较稀薄，上升1.5%安全6秒3%6秒稀薄，上升2%较安全5 秒 2. 5%5秒较稀薄，上升2.5%较安全4秒2%4秒隐患上升，上升3%启动应急处理3 秒 1. 5%3秒隐患加大启动应急处理2 秒 0. 5%2秒危及安全报警提示1 秒 0. 5%1秒危及安全报警，撤离
4. 一种瓦斯及其它可燃气体爆炸预警装置，其特征在于在采样气流主管道内设置 上、中、下电动阀门，形成隔离室和燃烧室，在主管道采气口下方安装采样气扇，在主管道排 气口上方安装排气扇，电动阀门和采气扇、排气扇都由控制电路板连接控制，主管道燃烧室 侧壁分别连接有配气系统、电子点火系统和测试报警系统；配气系统为瓦斯或可燃气体压缩罐通过配气管道、电动可调气体流量表连接至主管道的进气咀，电动可调气体流量表 与控制电路板连接；电子点火系统为主管道内的电子点火头连接控制电路板；测试报警 系统为主管道的燃烧室内壁安装有压力传感器和/或温度传感器，压力传感器和/或温度 传感器通过信号线连接控制电路板，控制电路板分别连接报警电路、安全控制中心、安全系 统网络、安全系统控制设备及应急处理系统。
5.根据权利要求4所述的瓦斯及其它可燃气体爆炸预警装置，其特征在于主管道侧 壁还连接安装有清理冷却系统，清理冷却系统为主管道隔离室和燃烧室连接安装有喷气 咀，喷气咀通过管道连接气泵，气泵受控制电路板连接控制；主管道外周连接安装有循环冷 却水箱，循环冷却水箱通过连接水管、水泵与底座水箱连接连通。
6.根据权利要求4所述的瓦斯及其它可燃气体爆炸预警装置，其特征在于主管道内 上、中、下电动阀门关闭到位处，安装有上、中、下电磁开关，电磁开关与控制电路板连接。
全文摘要
一种瓦斯及其它可燃气体爆炸预警方法和装置，在矿区确定多个监测点，设置瓦斯及其它可燃气体爆炸预警装置，该装置的采样气流主管道内具有隔离室和燃烧室，配气系统定时定量向燃烧室内注入瓦斯气体，电子点火系统同时通过电子点火头不断定时点火，直至燃烧爆炸，电控系统采集燃爆时间、注入瓦斯量数据，进入控制电路板，进行数据处理，得出安全程度评估，输出分别连接报警电路、安全控制中心、安全系统网络，启动应急预案和相应的安全系统控制设备。本发明采用一种崭新的方法和装置，连续不断试验和测试混合可燃气体动态数据，快速发现可燃气体超限，并提前预警，快速处置，避免人民生命财产重大损失。
文档编号E21F5/00GK101906993SQ20101026527
公开日2010年12月8日 申请日期2010年8月26日 优先权日2010年8月26日
发明者周柏林, 周泉清 申请人:周泉清;周柏林