一种煤矿工作面痕量气体正压采集装置及其采集方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及痕量气体监测技术领域，具体涉及一种煤矿工作面痕量气体正压采集装置及其采集方法。
【背景技术】
[0002]煤与瓦斯突出是严重影响煤矿安全生产的自然灾害之一，突然喷出的瓦斯和煤粉可以充满数千米的巷道，造成井下人员伤亡，并可能引起火灾和爆炸事故，煤与瓦斯突出的危险，时刻威胁着煤矿生产的安全进行。
[0003]长期从事瓦斯突出预测研究的过程中，发现煤层中的He、Ar含量的变化能反映煤层的应力状态。在应力集中带会出现He值的明显发射，而在压力衰减区则会出现Ar的明显发射。He与Ar的变化可以反应煤层的应力变化，He的明显发射区域，煤层应力大，具有较大的突出危险，相应的Ar的发射反应了煤层的完全卸压，基本不具有突出危险。He与Ar可以构成一对数据组，作为煤与瓦斯突出的预警指标，为突出防治工作提供一种新的手段。
[0004]在使用痕量气体预测煤与瓦斯突出危险的情况下，如何实时、准确的采样煤层中的痕量气体是能够成功预测煤与瓦斯突出的关键。现有的采样方式是采用钻机对煤层进行钻孔，然后取样煤层深处的煤体样本，封装在密封的样品罐中，带到井上实验室进行破碎及检测。
[0005]采样过程中存在着以下缺点:1、无法保证采样的实时性，整个采样过程周期长；
2、采样过程中容易混入煤粉等杂质及空气，由于痕量气体的含量极低，空气的混入会大大影响检测结果的正确性；3、样品封装过程中，样品罐中也容易混入空气，不易保存和运输，且采样的样品是煤块，需要破碎提取痕量气体，工序复杂。
[0006]因此，本领域的技术人员致力于开发一种煤矿工作面痕量气体正压采集方案及装置，实现对煤层工作面中痕量气体的采样，具有采样样品为痕量气体，工序简单，采样实时性好，不易混入空气和杂质，正负压都可以进行采样的优点。
[0007]通过专利检索，存在以下已知的技术方案:
[0008]专利1:
[0009]申请号:CN201020215464.1，申请日:2010.06.04，授权公告日:2011.06.01，本实用新型涉及农业、林业及环境研究中土壤扩散的气体、土壤排放的温室气体样品采集，具体地说是一种土壤剖面梯度气体样本的同步采集装置。主要由圆环形塑料柱、PVC气体采集管以及不同参数传感器组成。圆环形塑料柱上面设置不同梯度并在同一梯度含有多孔(本实用新型以两个孔为例)，其中一个孔接与其直径相同的PVC气体采集管，另一个孔接不同参数传感器，采集气体时，打开PVC气体采集管上端的阀门，通过注射器采集土壤气体样本。不同参数传感器可用于测量该梯度土壤的温度、水分、湿度等参数。将本装置埋入不同的土壤中，以实现多个土体、多个梯度同步测量、比较分析的优势。
[0010]专利2:
[0011]申请号:201410108054.X，申请日:2014.03.21，授权公告日:2014.06.11，一种痕量气体集成探测器的匹配气路，属于气体传感器/探测器技术领域。包括一个富集器、一个微型色谱柱、一个气体传感器、两个气栗和一个三通阀，并利用一个电路板控制各个部件的工作状态；其中，富集器、三通阀、微型色谱柱、气体传感器和气栗2依次串联，形成主气路，同时在三通阀处分出支气路和气栗1连接，气栗1的抽气速度大于气栗2的抽气速度，支气路的管径大于主气路的管径。本发明根据痕量气体集成探测器中富集器和色谱工作时对气体流量的不同需求，设计了主、支两个气路，并利用三通阀进行转换，具有结构简单，易于实现的特点。
[0012]通过以上的检索发现，以上技术方案没有影响本发明的新颖性；并且以上专利文件的相互组合没有破坏本发明的创造性。
【发明内容】
[0013](一)解决的技术问题
[0014]本发明所要解决的技术问题是提供了一种煤矿工作面痕量气体正压采集装置及其采集方法，以克服现有技术无法保证采样的实时性，整个采样过程周期长，采样过程中容易混入煤粉等杂质及空气，大大影响检测结果的正确性，样品封装过程中，样品罐中也容易混入空气，不易保存和运输的问题。
[0015](二)技术方案
[0016]为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现:一种煤矿工作面痕量气体正压采集装置，包括液压钻机钻采装置(1)，所述液压钻机钻采装置(1)连接有痕量气体和煤粉分离回收装置(2)，所述痕量气体和煤粉分离回收装置(2)连接有正负压采样封装装置(3)，所述正负压采样封装装置(3)连接有正压保持和隔离装置(4)。
[0017]进一步的，所述液压钻机钻采装置⑴包括钻头(101)，钻杆(102)和钻机，所述钻杆(102)连接有钻头(101)，所述钻杆(102)上设有电磁铁(103)和接口 ；钻杆(102)上的接口用于与痕量气体和煤粉分离回收装置(2)相连接，所述钻杆(102)上嵌有等间距间隔10cm的电磁铁(103)，所述电磁铁的数目不少于两个；使用时通过对电磁铁(103)进行计数来计算钻采的深度，电磁铁(103)的设置数量根据预计的钻采深度进行调整。
[0018]进一步的，所述痕量气体和煤粉分离回收装置(2)包括过滤分离筛(201)和煤粉回收箱(202)，所述过滤分离筛(201)通过钻杆(102)上设有的接口与钻杆(102)连接，所述过滤分离筛(201)连接有煤粉回收箱(202);过滤分离筛(201)将痕量气体和煤粉分离，煤粉落入煤粉回收箱(202)中，痕量气体进入过滤分离筛(201)中。
[0019]进一步的，所述过滤分离筛(201)包括外壁(2011)，内壁(2012)和煤粉过滤分离孔(2013)，所述过滤分离孔(2013)在内壁(2012)上按等边三角形排列；痕量气体从过滤分离孔(2013)外溢到外壁(2011)和内壁(2012)之间，并传送至正负压采样封装装置(3)中。
[0020]进一步的，所述煤粉回收箱(202)上设有回收箱观察窗(203);使用时从回收箱观察窗(203)观察煤粉回收箱(202)中煤粉的收集情况。
[0021]进一步的，所述正负压采样封装装置(3)包括采集管道(301)，采集管进气阀门(302)，采集管出气阀门(303)，采样气室一(304)，采样气室二(305)，采样气室进气阀门一(306)，采样气室出气阀门一(307)，采样气室进气阀门二(308)，采样气室出气阀门二(309)，手动采集栗一(310)和手动采集栗二(311)，所述采集管道(301)通过采集管进气阀门(302)与过滤分离筛(201)相连接，通过采集管出气阀门(303)与正压保持和隔离装置(4)相连接，所述采样气室一(304)和采样气室二(305)分别通过采样气室进气阀门一(306)和采样气室进气阀门二(308)与采集管道(301)相连接，连接点位于所述采集管进气阀门(302)和采集管出气阀门(303)之间；所述采样气室一(304)通过采样气室出气阀门一(307)连接有手动采集栗一(310)，所述采样气室二(305)通过采样气室出气阀门二(309)连接有手动采集栗二(311);采样气室采用双阀门控制，同时打开采样气室进气阀门和采样气室出气阀门，让样品气体通过采样气室反复冲洗，可以排掉采样气室中原有的空气，保证样品气体不受空气污染，手动采集栗在采集管道压力较小时，手动抽取样品气体对采样气室反复冲洗，保证样品气体不受空气污染。
[0022]进一步的，所述手动米集栗一(310)包括拉杆一(3101)，活塞一(3102)，抽气嘴一(3103)，单向气孔一 (3104)和抽气阀一(3105)，所述抽气阀一 (3105)通过采样气室出气阀门一(307)连接有采样气室一(304)，所述抽气阀一(3105)顶部设有拉杆一(3101)，底部设有抽气嘴一(3103)和单向气孔一(3104)，所述拉杆一(3101)连接有活塞一(3102);所述手动采集栗二(311)包括拉杆二(3111)，活塞二(3112)，抽气嘴二(3113)，单向气孔二(3114)和抽气阀二(3115)，所述抽气阀二(3115)通过采样气室出气阀门二(309)连接有采样气室二(305)，所述抽气阀二(3115)顶部设有拉杆二(3111)，底部设有抽气嘴二(3113)和单向气孔二(3114)，所述拉杆二(3111)连接有活塞二(3112);所述抽气嘴一(3103)和抽气嘴二(3113)是单向的，只能进气而不能出气，所述单向气孔一(3104)和单向气孔二(3114)是单向的，只能出气而不能进气，保证了抽气阀一(3105)和抽气阀二(3115)内气流的单向流动，从而保证冲洗效果，使得样品气体不受空气污染。
[0023]进一步的，所述正压保持和隔离装置(4)包括压力表(401)，采集管排气阀门(402)和压力保持和隔离水箱(403)，所述压力保持和隔离水箱(403)通过采集管排气阀门(402)与采集管道(301)相连接，所述采集管道(301)上采集管出气阀门(303)与采集管排气阀门(402)之间设有压力表(401);压力保持和隔离水箱(403)中注满水，采集管道(301)伸到水平面以下，既可以对采集管道(301)进行密封保持管道气体压力，又可以回收气体中残存的煤粉，使用时通过压力表(401)观察采集管道(301)内的压力情况。
[0024]进一步的，所述压力保持和隔离水箱(403)上设有水箱观察孔(404);使用