输气与控制共用管线的正压束管监测系统的制作方法

本发明涉及矿井安全监测技术领域，特别是涉及一种输气与控制共用管线的正压束管监测系统。

背景技术：

束管监测是对矿井多处易于发生火灾和有毒有害气体易于集聚区域内的气体进行的监测，将井下气体通过管路输送到井下或者地面某处进行集中分析，通过检测气体组分和浓度，来判断矿井井下自燃火灾、外因火灾发生发展状态和有毒有害气体的危险性。

按照集中检测地点不同，束管监测可以分为井上型束管系统和井下型束管系统。井上型束管系统是将被检测气体输送到地面进行集中分析检测监控；井下型束管系统是在井下将被检测气体进行分析检测，并将检测数据传输到地面进行监控。按照检测方法来说，束管监测可以分为传感器束管系统和色谱束管系统。传感器型束管系统是用不同传感器来检测分析气体组分和浓度，例如CO、CO2、CH4和O2等；色谱型束管系统是用气相色谱法来对气体成分和浓度进行分析。

目前的束管监测，除本发明团队获得的授权专利“矿井井下火灾及有毒有害气体正压束管监测系统”(公告号为：CN102182511B)采用正压束管外，其他基本都采用负压束管。正压束管的优点是，即使管路有一定程度的泄露也不影响气体最后的检测结果。但是，正压束管由于采用分布式的正压泵输送气体，而这些正压泵分布在井下不同位置，甚至在相距数公里远的地方分布，并且由于监测位置往往是危险性较大和人员不常去的位置，因此要实现对这些正压泵的开停就比较困难。一种设想是将这些正压泵通过井下监控分站连接到矿井整个监控系统，通过监控系统控制正压泵开、停。这在技术上是可以实现的，但是由于比较分散，长距离的建设多个监控分站，增加大量的成本。同时，不同矿井监控系统的软硬件不完全相同，接口的协议也不相同，这将对束管系统接入矿井监控系统带来极大的不便。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种输气与控制共用管线的正压束管监测系统，解决目前束管监测采用正压束管不便于控制正压泵开、停的问题。

本发明提供一种输气与控制共用管线的正压束管监测系统，输气与控制共用管线的正压束管监测系统包括正压输送单元、气体分析单元、信号单元、控制单元和数据采集单元，正压输送单元包括正压输送泵、负压吸气管线和正压空心金属管线，正压输送泵的一端连接负压吸气管线，正压输送泵的另一端连接正压空心金属管线的首端，正压空心金属管线的末端连接气体分析单元，正压空心金属管线外包裹有电绝缘层，信号单元包括信号发生器和信号接收启停控制器，控制单元经信号发生器连接正压空心金属管线上靠近末端的位置，正压输送泵经信号接收启停控制器连接正压空心金属管线上靠近首端的位置，控制单元信号连接气体分析单元，数据采集单元信号连接气体分析单元。

进一步的，所述气体分析单元包括电磁阀、排空管、进气管、气体浓度成分检测器和流量传感器，正压空心金属管线的末端连接电磁阀的入口，电磁阀的第一出口连接排空管，电磁阀的第二出口经进气管连接气体浓度成分检测器，正压空心金属管线上靠近末端的位置、进气管上设置流量传感器，控制单元分别信号连接电磁阀和气体浓度成分检测器，数据采集单元分别信号连接气体浓度成分检测器和流量传感器。

进一步的，正压空心金属管线为若干根，若干根正压空心金属管线之间经快速管接头搭接。

进一步的，输气与控制共用管线的正压束管监测系统还包括管线滤尘装置，管线滤尘装置设置于负压吸气管线上。

进一步的，输气与控制共用管线的正压束管监测系统还包括防隔爆装置，防隔爆装置设置于正压空心金属管线上且位于正压输送泵的下游位置。

进一步的，输气与控制共用管线的正压束管监测系统还包括水气分离装置，水气分离装置设置于正压空心金属管线上且位于防隔爆装置的下游位置。

进一步的，正压空心金属管线由不锈钢制成，正压空心金属管线的管内径为2至4mm，正压空心金属管线的管壁厚度为0.3至0.6mm，正压空心金属管线外包裹的电绝缘层由聚氯乙烯制成，电绝缘层的厚度为0.6至1mm。

进一步的，信号发生器可以产生和发出弱电信号或者脉冲信号，通过金属管线将信号输送到井下信号接收启停控制器，信号接收启停控制器经接地线接地。

进一步的，输气与控制共用管线的正压束管监测系统还包括工作站，工作站分别信号连接控制单元和数据采集单元。

与现有技术相比，本发明的输气与控制共用管线的正压束管监测系统具有以下特点和优点：

本发明的输气与控制共用管线的正压束管监测系统，由于采用正压方式输送气体，在气体输送过程中可以实现气体成分和浓度完全不失真、不易堵管、输送距离远、无外来水分进入、容易检测管路是否破损漏气、气体可以自动进入气体分析单元等优点；通过管线本身对井下正压输送泵开、停控制，输送气体管路和开停泵信号传输线路合二为一，将大大降低成本，并且能够形成独立的监控系统，不受整个矿井监控系统的影响，不需要人工到井下数千米距离处去开停正压输送泵，也不需要将分布在井下不同位置的正压输送泵远距离地连接到矿井复杂、软硬件不统一的监控系统上。

结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例输气与控制共用管线的正压束管监测系统的结构示意图；

图2为本发明实施例输气与控制共用管线的正压束管监测系统中正压空心金属管线的剖视图；

其中，1、管线滤尘装置，2、负压吸气管线，3、正压输送泵，4、信号接收启停控制器，5、正压空心金属管线，6、防隔爆装置，7、水气分离装置，8、快速管接头，9、信号发生器，10、流量传感器，11、电磁阀，12、进气管，13、气体浓度成分检测器，14、排空管，15、控制信号线缆，16、控制单元，17、数据采集单元，18、工作站，19、电绝缘层，20、管壁，21、输气空间。

具体实施方式

如图1、图2所示，本实施例提供一种输气与控制共用管线的正压束管监测系统，输气与控制共用管线的正压束管监测系统包括正压输送单元、气体分析单元、信号单元、控制单元16、数据采集单元17和工作站18等。其中，正压输送单元包括正压输送泵3、负压吸气管线2和正压空心金属管线5等。正压输气泵3同时具有一定负压吸气能力和较强的正压加压能力，需满足煤矿井下防隔爆要求，泵的选型根据所需要输送气路的距离、气量大小和高程进行设计，本实施例的正压输气泵3出口端的压力大于0.5Mpa，其正常工作压力一般在0.5Mpa-1.0Mpa之间。气体分析单元包括电磁阀11、排空管14、进气管12、气体浓度成分检测器13和流量传感器10等。信号单元包括信号发生器9和信号接收启停控制器4等，信号发生器9设置在地面束管监测室内，信号接收启停控制器4设置在井下正压输送泵3附近，信号发生器9可以产生、发出弱电信号或者脉冲信号，通过正压空心金属管线5传递至井下的信号接收启停控制器4，信号接收启停控制器4接收信号发生器9发来的信号，根据信号开启或关闭正压输送泵3。

正压输送泵3的一端连接负压吸气管线2，负压吸气管线2上设置管线滤尘装置1。通过管线滤尘装置1自动过滤掉被监测气体中的粉尘等杂质，确保监测的结果。正压输送泵3的另一端连接正压空心金属管线5的首端，正压空心金属管线5的末端连接电磁阀11的入口，电磁阀11的第一出口连接排空管14，电磁阀11的第二出口经进气管12连接气体浓度成分检测器13。正压空心金属管线5上靠近末端的位置、进气管12上设置流量传感器10，便于对每一路正压空心金属管线5上气体流量进行在线监测，同时也可以对多路正压空心金属管线5上的气体切换到进气管12的流量进行监测。控制单元16分别经控制信号线缆15信号连接信号发生器9、电磁阀11和气体浓度成分检测器13，数据采集单元17分别经数据采集线缆信号连接气体浓度成分检测器13和流量传感器10。工作站18分别信号连接控制单元16和数据采集单元17。

正压空心金属管线5上设置防隔爆装置6，防隔爆装置6位于正压输送泵3的下游位置，经过正压输送泵3的被监测气体变为高压气体，通过防隔爆装置6后确保其在正压空心金属管线5输送安全。防隔爆装置6同时也具有过滤掉被监测气体中所含粉尘等杂质的作用。正压空心金属管线5上位于防隔爆装置6的下游位置设置水气分离装置7，使去除被监测气体中的水分，使被监测气体保持干燥。正压空心金属管线5为若干根，若干根正压空心金属管线5之间经快速管接头8搭接。一般每根正压空心金属管线5长度为1000m左右，通过快速管接头8快速搭接，提高正压空心金属管线5的连接装配效率。正压空心金属管线5外包裹有电绝缘层19，使正压空心金属管线5与外界绝缘。

本实施例的正压空心金属管线5由不锈钢制成，正压空心金属管线5的管内径为2至4mm，正压空心金属管线5的管壁20厚度为0.3至0.6mm，正压空心金属管线5外包裹的电绝缘层19由聚氯乙烯制成，电绝缘层19的厚度为0.6至1mm，正压空心金属管线5内的输气空间21用于输送气体。本实施例的正压空心金属管线5其抗压能力较强，远强于一般的聚乙烯管路，可以将被监测气体加高压输送，并且其采用小管径，可以实现小流量、高压快速输送气体，从而更加快速地监测气体。这样不仅大大降低管材的使用量，而且能够大大节省气体输送到地面束管监测室中气体浓度成分检测器13和流量传感器10的时间，提高监控的及时性，起到更好的监控和决策救灾的作用。控制单元16经信号发生器9连接正压空心金属管线5上靠近末端的位置，正压输送泵3经信号接收启停控制器4连接正压空心金属管线5上靠近首端的位置。信号接收启停控制器4经接地线接地，以使信号有效传递至信号接收启停控制器4。

本实施例的输气与控制共用管线的正压束管监测系统，其运行过程如下：在地面束管监测室内通过工作站18发出指令给控制单元16，控制单元16发出指令给信号发生器9产生一个开泵信号，信号通过正压空心金属管线5传输至井下的信号接收启停控制器4，通过信号接收启停控制器4开启正压输送泵3。被监测气体通过管线滤尘装置的滤尘取气口在正压输送泵3的作用下被吸入到负压吸气管线2内，通过正压输送泵3时被加压输送到正压空心金属管线5内的输气空间21。被监测气体通过防隔爆装置6处理后进入水气分离装置7分离出被监测气体中的水分。被监测气体沿着正压空心金属管线5到达地面，其流量被流量传感器10进行监控，到达地面后通过电磁阀11对气体进行切换，当需要监测此路气体时，通过电磁阀11将气体切换至进气管12，然后通过进气管12输送至气体浓度成分检测器13进行气体成分和浓度的分析监测，当不需要监测此路气体时，工作站18经控制单元16控制电磁阀11将气体排入排空管14以对气体排空。被监测气体的流量数据、气体成分和浓度数据通过数据采集线缆被数据采集单元17采集处理，并传送到工作站18中进行分析、处理、显示、储存和打印。控制单元16按照工作站18的程序指令通过控制信号线缆15对电磁阀11进行控制，以使所有气路按照一定的时间间隔依次进入气体浓度成分检测器13。当需要对某一路或者几路正压输送泵3关闭的时候，通过工作站18发出指令给控制单元16，控制单元16发出指令给信号发生器9产生一个关闭信号，该关闭信号通过正压空心金属管线5传递到信号接收启停控制器4，进而控制关闭正压输送泵3。

本实施例的输气与控制共用管线的正压束管监测系统，由于采用正压方式输送气体，在气体输送过程中可以实现气体成分和浓度完全不失真、不易堵管、输送距离远、无外来水分进入、容易检测管路是否破损漏气、气体可以自动进入气体分析单元等优点；通过正压空心金属管线5对井下正压输送泵3开、停控制，输送气体管路和开停泵信号传输线路合二为一，将大大降低成本，并且能够形成独立的监控系统，不受整个矿井监控系统的影响，不需要人工到井下数千米距离处去开停正压输送泵3，也不需要将分布在井下不同位置的正压输送泵3远距离地连接到矿井复杂、软硬件不统一的监控系统上。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。