一种基于低温高速碳原子的空气瓦斯检测系统及方法与流程

1.本发明涉及安全检测技术领域，特别是涉及一种基于低温高速碳原子的空气瓦斯检测系统及方法。


背景技术：

2.在煤炭开采中，煤层中会突出一定量瓦斯气体，瓦斯主要成分为甲烷，现有技术对于空气中瓦斯含量的检测方法为：在煤矿安全检测系统中用于煤矿井巷，直接采用甲烷传感器检测采掘工作面、采空区、回风巷道和机电峒室等处连续监测甲烷浓度，具体为采用检测箱，在检测箱内部设置推拉机构和调节机构，设置甲烷传感器内部的空气会经过a/d转换将把模拟信号转换成数字信号，这种采用传感器将模拟信号转化为数字信号进行检测瓦斯含量的方法存在以下问题：
3.(1)现有检测装置结构复杂，在推拉机构和调节机构结合传感器采集模拟信号均是从装置结构本身的改进，无法直接将空气中的瓦斯的含量转换为电信号，需要先采集模拟信号后经过处理器处理转换为电信号再处理。
4.(2)井下空气中存在大量煤尘，煤尘中存在大量的杂质，对于瓦斯含量的检测存在干扰，得到的测量结果不准确。


技术实现要素：

5.基于此，本发明提出了一种基于低温高速碳原子的空气瓦斯检测系统及方法，本发明采用电荷耦合检测器检测甲烷中碳源子含量来检测空气中瓦斯含量，可以实时监测煤矿空气中瓦斯的含量，管理人员可以实时看到瓦斯含量的变化，便于在瓦斯含量异常时，及时制定相关措施。
6.为了实现上述目的，根据本发明的第一个方面，提供了一种基于低温高速碳原子空气瓦斯检测系统，包括：井下工作平台和管理终端，所述井下工作平台包括瓦斯气体净化模块、粒子加速器以及电荷耦合检测器，所述瓦斯气体净化模块用于将井下空气净化得到纯净的甲烷气体混合物，所述粒子加速器用于加速碳原子，使加速后的碳原子和纯净的甲烷气体混合物碰撞输入至电荷耦合检测器，所述电荷耦合检测器用于采用光谱技术测量空气中碳原子含量，将空气中碳原子含量转换为电信号发送至管理终端，所述管理终端用于将接收的电信号和预设值比较，大于该阈值则发出报警。
7.进一步地，所述瓦斯气体净化模块包括空气抽取模块、静电除尘模块、高温氧化模块以及过滤模块。
8.进一步地，所述空气抽取模块用于抽取井下空气；
9.所述静电除尘模块用于采用静电场将井下空气电离使尘粒带电吸附到电极上去除煤尘颗粒物杂质；
10.所述高温氧化模块用于将去除杂质后的井下空气加热，使空气中的一氧化碳转化为二氧化碳；
11.所述过滤模块用于将氧化后的井下空气反复通过滤网过滤空气中的二氧化碳。
12.进一步地，所述空气抽取模块采用真空管。
13.进一步地，所述将井下空气电离使尘粒带电吸附到电极上为采用高压静电场使灰尘与负离子结合带上负电荷后趋向阳极表面放电沉积。
14.进一步地，所述加热温度为850度，同时加热持续60秒以上。
15.进一步地，所述加速的碳原子为碳14原子。
16.进一步地，所述过滤网采用氢氧化钠过滤网。
17.根据本发明的第二个方面，提供了一种基于低温高速碳原子的空气瓦斯检测方法，包括如下步骤：
18.将井下空气净化得到纯净的甲烷气体混合物；
19.加速碳原子，使加速后的碳原子和纯净的甲烷气体混合物碰撞；
20.采用光谱技术测量空气中碳原子的含量，将空气中的碳原子含量转换为电信号；
21.将电信号和预设值比较，大于该阈值发出报警。
22.进一步地，所述将井下空气净化得到纯净的甲烷气体混合物包括：
23.抽取井下空气；
24.采用静电场将井下空气电离使尘粒带电吸附到电极上去除煤尘颗粒物杂质；
25.将去除杂质后的井下空气加热，使空气中的一氧化碳转化为二氧化碳；
26.将氧化后的井下空气反复通过滤网过滤空气中的二氧化碳。
27.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
28.(1)本发明利用便携式微型粒子加速器来加速碳原子，将带电碳14原子加速到理想速度，使其碰撞捕获到的空气中，将碰撞完成后空气，放入电荷耦合检测器中使用光谱技术，将空气中碳原子含量转换为电信号，直接将空气中的瓦斯的含量转换为电信号，无需采用复杂的检测装置检测。
29.(2)本发明通过净化模块将井下存在杂质的空气净化，得到纯净甲烷气体空气混合物，解决了井下空气中存在大量煤尘，煤尘中存在大量的杂质，对于瓦斯含量的检测存在干扰，得到测量结果不准确的问题。
30.本发明的其他特征和附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
31.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
32.图1为本发明实施例中监测系统整体结构示意图。
具体实施方式
33.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
34.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根
据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
35.实施例一
36.如图1所示，根据本发明的实施例，公开了一种基于低温高速碳原子的空气瓦斯检测系统，包括：井下工作平台和管理终端，所述井下工作平台包括瓦斯气体净化模块、粒子加速器以及电荷耦合检测器；
37.所述瓦斯气体净化模块用于将井下空气净化得到纯净的甲烷气体混合物，所述粒子加速器用于加速外部提供的碳原子，使加速后的碳原子和纯净的甲烷气体混合物碰撞输入至电荷耦合检测器，所述电荷耦合检测器用于采用原子发射光谱技术测量空气中碳原子含量，将空气中的碳原子含量转换为电流信号发送至管理终端，所述管理终端用于将电流信号转为对应的空气中瓦斯含量进行显示，所述管理终端用于将瓦斯含量和预设值比较，，大于该阈值则发出报警。
38.作为具体的实施例，所述阈值为5％。
39.作为具体的实施例，所述瓦斯气体净化模块包括空气抽取模块、静电除尘模块、高温氧化模块以及过滤模块。
40.所述空气抽取模块用于抽取预设量的井下空气；
41.所述静电除尘模块用于采用静电场将井下空气电离使尘粒带电吸附到电极上去除煤尘颗粒物杂质；
42.所述高温氧化模块用于将去除杂质后的井下空气加热，使空气中的一氧化碳转化为二氧化碳；
43.所述过滤模块用于将氧化后的井下空气反复通过滤网过滤空气中的二氧化碳。
44.作为具体的实施例，所述空气抽取模块采用真空管。
45.作为具体的实施例，所述将井下空气电离使尘粒带电吸附到电极上为采用高压静电场使灰尘与负离子结合带上负电荷后趋向阳极表面放电沉积。
46.作为具体的实施例，所述加热温度为850度，同时加热持续60秒以上。
47.所述加速的碳原子为碳14原子。
48.所述过滤网采用氢氧化钠过滤网。
49.本发明使用电荷耦合检测器检测甲烷中碳源子含量来得出空气中瓦斯含量，实施例二
50.如图1所示，根据本发明的实施例，公开了一种基于低温高速碳原子的空气瓦斯检测方法，包括如下步骤：
51.将井下空气净化得到纯净的甲烷气体混合物；
52.加速碳原子，使加速后的碳原子和纯净的甲烷气体混合物碰撞；
53.采用光谱技术测量空气中碳原子的含量，将空气中的碳原子含量转换为电信号；
54.将电流信号转为对应的空气中瓦斯含量进行显示。
55.其中，将井下空气净化得到纯净的甲烷气体混合物的过程包括：
56.在井下工作面使用真空管抽取到一定量的空气，井下空气中存在大量煤尘，故而使用静电除尘，将抽取空气经过高压静电场时被电分离，煤尘与灰尘与负离子结合带上负
电后，趋向阳极表面放电而沉积。利用静电场使气体电离从而使尘粒带电吸附到电极上的收尘方法，将抽取空气中煤尘颗粒物杂质去除。空气中含有一定量二氧化碳与一氧化碳，将抽取到空气加热到850度持续60秒以上，氧化空气中一氧化碳，将一氧化碳转换为二氧化碳，将抽取到的空气反复通过氢氧化钠滤网从而去除空气中二氧化碳干扰，从而得到纯净甲烷气体空气混合物。
57.上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。