专利名称：一种煤矿井下移动式气体束管采样监测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种煤矿井下移动式气体束管采样监测装置，属煤矿井下火灾气体束
管采样、安全监测设备和方法的技术领域。
背景技术：
煤层自燃火灾监测与早期预报，是煤矿火灾预防、预报及处理的基础，是矿井防 火、灭火的关键。 在煤矿井下只要能准确及时地对煤层自燃火灾气体进行早期预报，就能及时准确 有效地对煤层自燃火灾采取预防措施，避免自燃火灾事故的发生。 煤层自燃火灾预报，大都采用地面固定式气体束管采样监测，即将束管预先从地 面敷设到井下人员无法到达的采空区内或密闭空间内，通过地面真空泵抽取气样进行监 测，但由于地面固定式束管监测系统管路长，采样测量时间长，管路易积水，粉尘易进入，堵 塞后难以清除，管路易被破坏，使束管采样监测无法顺利进行；地面设备多，需专人管理，管 理技术要求高，监测系统费用亦高；采样数据由于受管路漏气影响，监测分析数据不够准 确；在采样监测中还存在其他弊端。
发明内容
发明目的 本发明的目的就是针对背景技术的不足，设计一种煤矿井下移动式火灾气体束管 采样监测装置，采用气水分离器、水环式真空泵、气体采样监测控制柜、多路束管相结合的 设计，有效采集监测煤层采空区或密闭空间内火灾气体成份及浓度的变化，为煤层自燃火 灾预报提供准确的监测信息，为火灾治理提供技术参数和科学依据。
技术方案 本发明主要结构由气水分离器、真空泵、气体采样监测控制柜、水位计、溢水阀、 进气阀、出气阀、水气阀、输气阀、输气管、水气管、氧气传感器、甲烷传感器、一氧化碳传感 器、负压表、气压表、气体流量计、液晶显示屏、控制开关、指示灯、束管、控气阀、除尘器、除 湿器、气体管、束管接盘、气体接盘、电路板组成； 在气水分离器1的右部为真空泵16，并由水气阀7、10、水气管13联接；在真空泵 16的右部为气体采样监测控制柜20，并由输气管15、进气阀9、出气阀12联接；真空泵16 上设有进水阀39，进水阀39与外接水源联接，气体采样监测控制柜20通过束管接盘32与 八路束管44联接。 所述的气水分离器1，呈圆桶形，在气水分离器1的左侧部为水位计2、前中部为溢 水阀4、右下部为排水阀5，在气水分离器1的上部由左至右依次设有压力控制阀3、出气阀 8、气压表6、水气阀7 ;水气阀7与水气管13、水气阀10、真空泵16联接；出气阀8与输气管 14、进气阀11、气体采样监测控制柜20联接；气水分离器1内部为气水分离腔19，气水分离 腔19下部为水18、上部为气体17 ;上部的气压表6与气水分离腔19联通；压力控制阀3调节气水分离腔19内的压力。 所述的气体采样控制柜20，为立式，正面上左部设有气体流量计22，上部设有氧 气传感器23、甲烷传感器24、一氧化碳传感器25、气体采样口 27、28 ;正面下部设有负压表 21、液晶显示屏31、指示灯29、控制开关30 ;液压显示屏31后部为电控电路板50。
后面上部联通一氧化碳传感器25、甲烷传感器24、氧气传感器23、气体流量计22 ; 在后面上中部设有气体接盘45，在气体接盘45下部设有气体管36，并联通采样口 27、28，在 气体接盘45左右端部设有气阀33、34 ;气体接盘45通过气体管35分别与一氧化碳传感器 25、甲烷传感器24、氧气传感器23联接；气体接盘45通过气阀34与气体流量计22联接， 气体流量计22通过进气阀11与气水分离器1联接； 在气体采样监测控制柜20后面下部设有束管接盘32，束管接盘32通过气体管37 分八路联接八个控气阀43、八个除湿器42、八个除尘器41，并分别与八根束管44联接，八根 束管44远距离埋入被测煤层采空区或密闭空间内；束管接盘32通过气体管38联接负压表 21 ;束管接盘32通过出气阀12、输气管15、进气阀9与真空泵16联接。
所述的电控电路板50，由微计算机控制电路IC1、信号指示电路IC2、开关控制电 路IC3、电源变换稳压整流电路IC4、气体流量控制电路IC5、真空泵控制电路IC6、液晶显 示电路IC7、负压控制电路IC8、氧气传感器信息处理电路IC9、甲烷传感器信息处理电路 IC10、一氧化碳传感器信息处理电路IC11、水流量控制电路IC12、振荡电路IC13、电磁阀控 制电路IC14组成整体电路，各功能点、各分电路之间由导线联接。 所述的束管采样监测装置各部联接关系为束管采样头——束管——除尘器—— 除湿器——控气阀一一束管接盘——负压表——真空泵——气水分离器——气体采样监 测控制柜——气体接盘——
'氧气传感器
<甲垸传感器——电控电路——液晶显示屏。 一氧化碳传感器 所述的气体除尘器41，为八个，结构一样，内部置放海绵，为除尘材料。
所述的除湿器42，为八个，结构一样，内部置放硅胶，为除湿材料。
所述的束管采样，为正压采集火灾气体，气体监测为负压监测。
所述的采样束管，远距离埋入不同的煤层采空区或密闭空间内。
有益效果 本发明与背景技术相比具有明显的先进性，采用束管采样、除尘、除湿、控气、气水 分离、气体流量控制、传感器信息摄取、控制柜采样监测、微计算机信息处理计算、分析、显 示氧气、甲烷、一氧化碳气体浓度，监测火灾气体变化规律，此采样监测装置设计先进合理、 结构紧凑、操作容易、体积小、重量轻、可在井下远距离移动采样监测不同煤层采空区或密 闭空间内的自燃火灾气体，束管埋入煤层长度可达5000米，测量数据准确、可靠，可进行煤 层自燃火灾早期预报，准确率达96%，是十分理想的煤矿井下移动式火灾气体束管采样监 测装置，此装置也可在地面其他矿种使用。
图1为束管采样监测装置整体结构图 图2为气水分离器结构图 图3为气体采样监测控制柜主视图 图4为气体采样监测控制柜后视图 图5为电控电路方框图 图6为束管采样监测装置各部联接关系图 图中所示，附图标记清单如下 1、气水分离器，2、水位计，3、压力控制阀，4、溢水阀，5、排水阀，6、气压表，7、水气阀，8、出气阀，9、进气阀，10、水气阀，11、进气阀，12、出气阀，13、水气管，14、输气管，15、输气管，16、真空泵，17、气体，18、水，19、气水分离腔，20、气体采样监测控制柜，21、负压表，22、气体流量计，23、氧气传感器，24、甲烷传感器，25、一氧化碳传感器，27、气体采样口 ， 28、气体采样口，29、指示灯，30、控制开关，31、液晶显示屏，32、束管接盘、33、气阀，34、气阀，35、气体管，36、气体管，37、气体管，38、气体管，39、进水阀，41、除尘器，42、除湿器，43、控气阀，44、束管、45、气体接盘。 IC1、微计算机控制电路，IC2、信号指示电路，IC3、开关控制电路，IC4、电源变换稳压整流电路，IC5、气体流量控制电路，IC6、真空泵控制电路，IC7、液晶显示电路，IC8、负压控制电路，IC9、氧气传感器信息处理电路，IC10、甲烷传感器信息处理电路，IC11、一氧化碳传感器信息处理电路，IC12、水流量控制电路，IC13、振荡电路，IC14、电磁阀控制电路。
具体实施例方式以下结合附图对本发明做进一步说明 图1所示，为束管采样测量装置整体结构图，各部位置，联接关系要正确。 真空泵通过输气管、输气阀接收采样束管采集的经除尘、除湿处理的井下煤层采
空区或密闭空间内气体，然后输入气水分离器，进行气水分离处理，处理后再输入控制柜进
行气体分析监测。 电控电路、氧气传感器、甲烷传感器、一氧化碳传感器等电器部件均要进行防爆设计，八路采样束管可分别埋入不同的煤层采空区或密闭空间内。 图2所示，为气水分离器结构图，气水分离器为圆形桶体，由水气管输入真空泵给出的水气混合物，经气水分离后，由输气管输入气体采样监测控制柜，用于火灾气体监测，气水分离腔内压力由气压表显示，由压力控制阀控制。 图3、4所示，为气体采样监测控制柜结构图，正面上部设有气体流量计、氧气传
感器、甲烷传感器、一氧化碳传感器及采样口，下部设置负压表、液晶显示屏、指示灯、控制
开关，后面上部设置气体接盘，并联通气体流量计、氧气传感器、甲烷传感器、一氧化碳传感
器、采样口 ；后面下部设置束管接盘，并联通除尘器、除湿器、控气阀、束管及负压表。 图5所示，为电控电路线板布置图，由14个分电路组成整体电路，由微计算机程序
控制各分电路功能，各功能点、各分电路间用导线联接，并进行防爆设计。 图6所示，为束管采样监测装置布置图，采样束管采集的火灾气体先进行除尘、除
湿，然后通过气水分离器气水分离，进入气体采样监测控制柜进行采样监测，得出火灾气体
6浓度信息。 实施例1 束管采样监测方法如下 ①束管、除尘器、防湿器、控气阀、真空泵、气水分离器、气体采样监测控制柜等均 处于准工作状态； ②进水阀向真空泵内输入水； ③八路采样束管远距离采集煤矿井下煤层采空区或密闭空间内气体；
④气体进入除尘器除尘；
⑤气体进入除湿器干燥；
⑥负压表测量真空泵负压；
⑦气体进入真空泵； ⑧由真空泵泵出的气水混合物进入气水分离器，进行气水分离；
⑨气水分离后进入气体采样监测控制柜及气体流量计； ⑩气体由气体管分流至氧气传感器、甲烷传感器、一氧化碳传感器，气体信息传至 电控电路、液晶显示屏； 微计算机处理电路接收传感器信息，进行分析、运算； 液晶显示屏显示气体内氧气、甲烷、一氧化碳数值、浓度及变化规律，并做出判 断； 通过以上程序，从而完成了束管采样监测预报的全过程。
权利要求
一种煤矿井下移动式气体束管采样监测装置，其特征在于主要结构由气水分离器、真空泵、气体采样监测控制柜、水位计、溢水阀、进气阀、出气阀、水气阀、输气阀、输气管、水气管、氧气传感器、甲烷传感器、一氧化碳传感器、负压表、气压表、气体流量计、液晶显示屏、控制开关、指示灯、束管、控气阀、除尘器、除湿器、气体管、束管接盘、气体接盘、电路板组成；在气水分离器(1)的右部为真空泵(16)，并由水气阀(7、10)、水气管(13)联接；在真空泵(16)的右部为气体采样监测控制柜(20)，并由输气管(15)、进气阀(9)、出气阀(12)联接；真空泵(16)上设有进水阀(39)，进水阀(39)与外接水源联接，气体采样监测控制柜(20)通过束管接盘(32)与八路束管(44)联接。
2. 根据权利要求1所述的一种煤矿井下移动式气体束管采样监测装置，其特征在于 所述的气水分离器(l)，呈圆桶形，在气水分离器(1)的左侧部为水位计(2)、前中部为溢水 阀(4)、右下部为排水阀(5)，在气水分离器(1)的上部由左至右依次设有压力控制阀(3)、 出气阀(8)、气压表(6)、水气阀(7);水气阀(7)与水气管(13)、水气阀(10)、真空泵(16) 联接；出气阀(8)与输气管(14)、进气阀(11)、气体采样监测控制柜(20)联接；气水分离器 (1)内部为气水分离腔(19)，气水分离腔(19)下部为水(18)、上部为气体(17);上部的气 压表(6)与气水分离腔(19)联通；压力控制阀(3)调节气水分离腔(19)内的压力。
3. 根据权利要求1所述的一种煤矿井下移动式气体束管采样监测装置，其特征在于 所述的气体采样控制柜(20)，为立式，正面上左部设有气体流量计(22)，上部设有氧气传 感器(23)、甲烷传感器(24)、一氧化碳传感器(25)、气体采样口 (27、28);正面下部设有负 压表(21)、液晶显示屏(31)、指示灯(29)、控制开关(30);液压显示屏(31)后部为电控电 路板(50)。后面上部联通一氧化碳传感器(25)、甲烷传感器(24)、氧气传感器(23)、气体流量计 (22);在后面上中部设有气体接盘(45)，在气体接盘(45)下部设有气体管(36)，并联通采 样口 (27、28)，在气体接盘(45)左右端部设有气阀(33、34);气体接盘(45)通过气体管 (35)分别与一氧化碳传感器(25)、甲烷传感器(24)、氧气传感器(23)联接；气体接盘(45) 通过气阀(34)与气体流量计(22)联接，气体流量计(22)通过进气阀(11)与气水分离器 (1)联接;在气体采样监测控制柜(20)后面下部设有束管接盘(32)，束管接盘(32)通过气体管 (37)分八路联接八个控气阀(43)、八个除湿器(42)、八个除尘器(41)，并分别与八根束管 (44)联接，八根束管(44)远距离埋入被测煤层采空区或密闭空间内；束管接盘(32)通过 气体管(38)联接负压表(21);束管接盘(32)通过出气阀(12)、输气管(15)、进气阀(9)与 真空泵(16)联接。
4. 根据权利要求1所述的一种煤矿井下移动式气体束管采样监测装置，其特征在于 所述的电控电路板(50)，由微计算机控制电路(IC1)、信号指示电路(IC2)、开关控制电路 (IC3)、电源变换稳压整流电路(IC4)、气体流量控制电路(IC5)、真空泵控制电路(IC6)、液 晶显示电路(IC7)、负压控制电路(IC8)、氧气传感器信息处理电路(IC9)、甲烷传感器信息 处理电路(IC10)、一氧化碳传感器信息处理电路(IC11)、水流量控制电路(IC12)、振荡电 路(IC13)、电磁阀控制电路(IC14)组成整体电路，各功能点、各分电路之间由导线联接。
5. 根据权利要求l所述的一种煤矿井下移动式气体束管采样监测装置，其特征在于所述的束管采样监测装置各部联接关系为束管采样头——束管——除尘器——除湿 器——控气阀——束管接盘——负压表——真空泵——气水分离器——气体采样监测控 制柜——气体接盘——一氧气传感器<甲烷传感器——电控电路——液晶显示屏。 一氧化碳传感器
6. 根据权利要求1所述的一种煤矿井下移动式气体束管采样监测装置，其特征在于 所述的气体除尘器(41)，为八个，结构一样，内部置放海绵，为除尘材料。
7. 根据权利要求1所述的一种煤矿井下移动式气体束管采样监测装置，其特征在于 所述的除湿器(42)，为八个，结构一样，内部置放硅胶，为除湿材料。
8. 根据权利要求1所述的一种煤矿井下移动式气体束管采样监测装置，其特征在于 束管采样监测方法如下① 束管、除尘器、防湿器、控气阀、真空泵、气水分离器、气体采样监测控制柜等均处于 准工作状态；② 进水阀向真空泵内输入水；③ 八路采样束管远距离采集煤矿井下煤层采空区或密闭空间内气体；④ 气体进入除尘器除尘；⑤ 气体进入除湿器干燥；⑥ 负压表测量真空泵负压；⑦ 气体进入真空泵；⑧ 由真空泵泵出的气水混合物进入气水分离器，进行气水分离；⑨ 气水分离后进入气体采样监测控制柜及气体流量计；⑩ 气体由气体管分流至氧气传感器、甲烷传感器、一氧化碳传感器，气体信息传至电控 电路、液晶显示屏； 微计算机处理电路接收传感器信息，进行分析、运算；⑩液晶显示屏显示气体内氧气、甲烷、一氧化碳数值、浓度及变化规律，并做出判断； ⑩通过以上程序，从而完成了束管采样监测预报的全过程。
9. 根据权利要求1所述的一种煤矿井下移动式气体束管采样监测装置，其特征在于 所述的束管采样，为正压采集火灾气体，气体监测为负压监测。
10. 根据权利要求1所述的一种煤矿井下移动式气体束管采样监测装置，其特征在于 所述的采样束管，远距离埋入不同的煤层采空区或密闭空间内。
全文摘要
本发明涉及一种煤矿井下移动式气体束管采样监测装置，主要结构由气水分离器、真空泵、气体采样监测控制柜、氧气传感器、甲烷传感器、一氧化碳传感器、电路板、采样束管、除尘器、除湿器、控气阀、气体流量计、气压表、负压表组成，采用束管采样、除尘除湿、气水分离、流量控制、传感器信息摄取、控制柜监测控制、微计算机信息处理，进行预警预报，分析显示火灾气体浓度，得出气体变化规律，此装置设计先进合理，结构紧凑，操作容易，使用方便，可在煤矿井下远距离移动采集监测不同煤层采空区或密闭空间内火灾气体，监测距离可达5000米，测量数据准确可靠，准确率可达96％，此装置也可在地面或其他矿种使用。
文档编号E21F17/18GK101788546SQ20101011054
公开日2010年7月28日 申请日期2010年2月9日 优先权日2010年2月9日
发明者吴玉国, 周春山, 王俊峰, 邬剑明 申请人:邬剑明