一种钻孔不同深度的瓦斯浓度实时监测系统的制作方法

本发明属于煤矿安全技术领域，涉及一种煤矿瓦斯浓度监测系统，具体涉及一种钻孔不同深度的瓦斯浓度实时监测系统。

背景技术：

我国常规能源构成中，煤炭资源总量为5.57万亿吨，在我国一次能源生产和消费结构中的比重分别占76％和69％，煤炭作为我国的主体能源，在促进我国国民经济发展中有重要的作用。随着浅部资源逐渐减少，煤炭资源开采已逐渐进入深部开采的新常态，煤炭资源开采进入深部以后，煤岩的基本力学性质破坏变形规律与浅部有着明显的差异性，对于煤矿的安全生产提出了全新的挑战。对于煤矿井，瓦斯浓度过高是造成煤矿事故的主要原因之一，进入深部以后随着煤岩体的力学特征变化，其深部煤层瓦斯的赋存特征、瓦斯随开采的变化特征与浅部煤层存在明显的不同，深部煤炭资源开采面临瓦斯安全问题也日益严峻。因此，为了探究深部煤层瓦斯赋存特征及开采影响下瓦斯的运移规律，在工程实践中对煤层内瓦斯浓度进行实时监测，避免瓦斯过高而造成的灾害事故，为瓦斯的抽采和治理提供依据。

煤矿企业中瓦斯浓度监测系统及瓦斯浓度监测设备，主要是涉及对不同工作面、不同钻孔内煤层瓦斯浓度监测。然而，由于在煤层中赋存的不均匀性，且深部煤层其瓦斯展现出浅部明显不同的特征，因此深部煤层内同一钻孔不同钻孔深度，其瓦斯浓度含量的变化不得而知。在煤矿企业瓦斯治理中，瓦斯治理方案大多还是根据传统的方式及经验进行设计，对于深部煤层瓦斯治理，工程实践中涉及的瓦斯抽采孔布置方式、钻孔深度、钻孔直径、钻孔倾角和封孔长度的确定值得考量。因此亟需一种简单便捷、高智能化、高精度的钻孔不同深度瓦斯浓度实时监测系统。

技术实现要素：

鉴于上述不足，本发明提供一种钻孔不同深度的瓦斯浓度实时监测系统，实现对钻孔不同深度的瓦斯浓度实时监测，实时获取瓦斯浓度信息及浓度变化特征，及时发出瓦斯高浓度预警，避免瓦斯事故的发生，提高井下作业的安全性，本系统结构简单，智能化程度高，操作方便。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种钻孔不同深度的瓦斯浓度实时监测系统，包括一瓦斯浓度采集主机、一采集仪和若干浓度传感器，该瓦斯浓度采集主机通过线缆与浓度传感器连接，通过无线与采集仪连接，包括一瓦斯浓度实时监测模块；每一浓度传感器均固定于一防护管内，检测瓦斯浓度信息并生成电信号，通过线缆将该电信号发送给瓦斯浓度采集主机；该采集仪通过无线与计算机连接。

进一步地，所述防护管为筒状，两端封闭，侧壁上开有多个孔洞。

进一步地，所述防护管的侧壁中部相对两侧设有两个安装孔，所述浓度传感器的外壳上设有与两个安装孔对应的两个螺纹孔，通过螺栓将安装孔和螺纹孔对应连接，以使浓度传感器固定连接于防护管内。

进一步地，所述防护管为超硬铝合金(主要是al-zn-mg-cu系合金)。

进一步地，所述浓度传感器为2至8个，相互之间并联；所述瓦斯浓度采集主机为8通道，连接不多于8个的浓度传感器。

进一步地，所述浓度传感器检测的瓦斯浓度范围为0～5000ppm。

进一步地，所述瓦斯浓度实时监测模块包括一瓦斯浓度监测子模块、一处理子模块、一存储子模块和一传输子模块，该瓦斯浓度监测子模块实时监测含瓦斯浓度信息的电信号并转换为数字信号，该处理子模块将瓦斯浓度信息进行处理分类，该存储子模块为容量大于等于1tb的存储器，该传输子模块为无线通信模块。

进一步地，所述瓦斯浓度实时监测模块包括预警子模块和图形显示子模块，该预警子模块连接一预警灯，通过该预警子模块设定一阀值，当瓦斯浓度超过该阀值时，则触发该预警灯报警；该图形显示子模块为一led液晶显示屏。

进一步地，所述浓度传感器包括一检测单元、一微处理单元和一传输单元，该检测单元用于检测瓦斯浓度信息，该微处理单元将检测的瓦斯浓度信息转化为电信号，通过传输单元将电信号输入线缆。

进一步地，所述装有浓度传感器的防护管置于钻孔内，通过封孔剂固定，该封孔剂包括位于两端的聚氨酯和位于中间的水泥浆，通过固孔塞加聚氨酯封口，该固孔塞为木塞。

本发明的有益效果是：

本系统结构简单，其防护管为筒状，侧壁为多孔结构，内设浓度传感器，可以有效保证监测区域瓦斯的渗流聚集，提高瓦斯浓度数据真实性；瓦斯浓度采集主机能够自动地实时检测瓦斯浓度信息，智能化高，通过其大容量存储单元能存储大量数据，无需人工检测及存储，提高工作效率，节省人力资源；采集仪通过无线收集瓦斯浓度采集主机的信息，并能远程发送至计算机，作业方便；通过钻孔内多个不同深度的浓度传感器，本系统能够实时监测钻孔内不同深度的瓦斯浓度信息及浓度变化特征，为瓦斯抽采孔布置方式、钻孔深度、钻孔直径、钻孔倾角和封孔长度提供数据支持；通过设有的预警机制在瓦斯浓度过高时发出预警信息，避免瓦斯事故的发生，提高井下作业的安全性。本系统监测梯度多，监测深度大，安装方便，易于操作，适用于矿山开采、瓦斯治理、巷道支护等工程中。

附图说明

图1是实施例的一种钻孔不同深度的瓦斯浓度实时监测系统结构示意图。

图2是防护管与浓度传感器示意图。

图3是实施例的一种钻孔不同深度的瓦斯浓度实时监测系统的数据传输图。

图中：1-防护管，11-安装孔，2-浓度传感器，21-螺纹孔，22-外壳，23-螺栓，3-封孔剂，4-固孔塞，5-线缆，6-瓦斯浓度采集主机，7-采集仪，8-计算机，9-预警灯。

具体实施方式

为使本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图作详细说明如下。

本实施例提供一种钻孔不同深度的瓦斯浓度实时监测系统，如图1所示，包括防护管1、浓度传感器2、线缆5、瓦斯浓度采集主机6、采集仪7、计算机8、预警灯9，图中上方的条形为钻孔，便于了解浓度传感器2的布置位置，固定位置要用到封孔剂3和固孔塞4。其中，浓度传感器2为若干个，一般不多于8个，本实施例选用3个，每一浓度传感器2位于一防护管1内并相互连接，由封孔剂3和固孔塞4固定于钻孔内，其与线缆5连接，线缆5采用多芯结构，各个浓度传感器2之间相互并联；线缆5与瓦斯浓度采集主机6连接，瓦斯浓度采集主机6与采集仪7通过无线连接，采集仪7与计算机8通过无线连接，在瓦斯浓度采集主机6上设有预警灯9。

如图2所示，防护管1为筒状，两端封闭，中间上下两侧留有安装孔11，侧壁上开有密集的孔洞，便于瓦斯进入聚集。防护管1选用超硬铝合金材料，避免钻孔在高水平应力条件下塌孔。防护管1外径为90mm×500mm，内径为87mm×500mm，每个重约1kg。浓度传感器2的外壳22尺寸为直径85mm×150mm，上下两侧设有螺纹孔21。螺栓23的外螺纹与安装孔11和螺纹孔21的内螺纹匹配，将浓度传感器2固定于防护管1内。

浓度传感器2包括依次连接的检测单元、微处理单元和传输单元，检测单元检测瓦斯浓度信息，微处理单元将检测的瓦斯浓度信息转化为电信号，通过传输单元输入至线缆5，进而传输给瓦斯浓度采集主机6，检测单元可检测的瓦斯浓度范围在0～5000ppm，检测精度高。

瓦斯浓度采集主机6包括一瓦斯浓度实时检测模块，该模块具体包括瓦斯浓度监测子模块、处理子模块、存储子模块和传输子模块，瓦斯浓度监测子模块实时监测瓦斯浓度信息的电信号并将电信号转换为数字信号，处理子模块将瓦斯浓度信息进行分类处理并传送至存储子模块存储，存储子模块为容量大于等于1tb的大容量存储器，传输子模块采用无线通信的方式。瓦斯浓度采集主机6还包括预警子模块和图形显示子模块，预警子模块与处理子模块连接，预警子模块中设定一个阀值，当瓦斯浓度超过该阀值时，就会触发与预警子模块连接的预警灯9，发出预警信息；图形显示子模块选用led液晶显示屏。浓度采集主机6为8通道，最多可连接8个浓度传感器。瓦斯浓度采集主机6还包括采集按钮、传输按钮、浓度传感器选择按钮等，据此可实现数据的采集、传输以及对不同浓度传感器的选择等功能。

数据传输如图3所示，浓度传感器将瓦斯浓度信息转换成电信号传输至瓦斯浓度采集主机，瓦斯浓度采集主机通过瓦斯浓度实时检测模块的各个子模块进一步处理，以数字信号方式无线传输至采集仪，采集仪通过无限通信传输至计算机，计算机上的后处理软件分析钻孔各深度的瓦斯浓度变化特征。

本系统的一具体应用如下：

①根据实验方案设计，在采煤巷道内向层钻取平行钻孔，孔径为90mm，钻孔深度为40m，方位角垂直巷道布置，倾角为5°，清扫钻孔内残渣。

②钻孔完毕后，先从孔底距孔口40m位置，放入第一个安装有浓度传感器的防护管，然后进行封孔，封孔长度8m；随后在距孔口30m位置放入第二个安装有浓度传感器的防护管，然后进行封孔，封孔长度8m；最后在距孔口20m位置，放入第三个安装有浓度传感器的防护管，然后进行封孔，封孔长度18m；封孔要用到封孔剂,，封孔剂包括处于两端位置的聚氨酯和处于中间位置的水泥浆；孔口2m处采用木塞加聚氨酯进行固孔(即封口)。

③待封孔完成后，将瓦斯浓度采集主机安装于孔口附近巷帮上围岩比较稳定的区域，并将线缆与瓦斯浓度采集主机进行连接。

④设置瓦斯浓度采集主机：将瓦斯浓度采集主机调为开机状态，进入设置模式，对应每个浓度传感器分别设置标号1号、2号、3号；设置完成后点击采集按钮即进入瓦斯浓度实时监测采集模式，数据采集每间隔5分钟记录一个数据。

⑤每隔24小时下井进行一次数据采集，步骤如下：点击传输按钮，进入数据传输模式，选择对应的浓度传感器编号，同时开启采集仪，选择对应的浓度传感器编号，点击确定，即可导出浓度传感器所监测的所有数据。

⑥将采集仪带回地面，通过无线传输的模式导入计算机；计算机配备有专用的usb无线接收器，与采集仪通过无线方式连接，完成瓦斯浓度检测工作。