一种煤矿井下红外气体监测分析装置的制作方法

本实用新型属于气体监测分析技术领域，具体是涉及一种煤矿井下红外气体监测分析装置。

背景技术：

我国煤炭储量丰富，煤炭一直以来都是我国最主要的一次能源。然而煤炭开采往往伴随着高风险，煤矿事故不断发生，造成了十分严重的人员伤亡、巨大的财产损失以及十分恶劣的社会影响。近几年来，如何正确处理安全与生产、安全与效益的关系，如何准确、实时、快速的履行煤矿安全监测职能，保证抢险救灾、安全救护的高效运作，成为了煤矿工作的重中之重。实践证明，快速、准确地对煤矿井下气体进行测试并对测试得出的数据作出分析判断，对减少矿井火灾与瓦斯爆炸是十分重要的。煤矿气体监测分析是保障煤矿安全的必须基础，是煤矿灾害预防、治理和救灾决策的根本依据。

根据设备安放地点不同，矿井火灾束管监测系统分为地面型矿井火灾束管监测系统和井下型矿井火灾束管监测系统。地面型矿井火灾束管监测系统通过“束管”抽取井下气体样本到地面，采用地面分析仪器分析，进行连续监测；但由于其抽气管路过长，导致气样分析结果存在滞后现象，分析的实时性较差，并且容易出现管路堵塞、破碎或阻力过大等状况而影响气体分析的精确性，从而影响监测的准确性。井下型矿井火灾束管监测系统通过放置在井下的监测设备，对所需的监测参数进行现场的监测采样、分析处理，从而尽可能的避免因抽气管路过长而带来的监测分析误差，提高了监测的实时性和准确性，同时在各个环节都大大节约了成本。但是，目前现有的井下型火灾束管监测系统只是进行简单的抽样或者分析处理、显示，并未涉及存储、数据传输以及预警等功能。因此，需要这样一种煤矿井下红外气体监测分析装置来实现煤矿井下气体监测的采样、分析、显示、存储、数据传输以及预警等功能。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种煤矿井下红外气体监测分析装置，该装置设置了合理的气路独立抽气，采用的束管管道短，能够达到气体阻力最小化，采集效率高，采样时间短；由程序自动执行，实现了煤矿井下与地面工作站实时监测煤矿井下气体的需求，消除了矿井火灾、瓦斯爆炸的危险和电磁干扰问题，对环境适应性强，能在潮湿、粉尘较多的环境下使用，适用于煤矿井下作业。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种煤矿井下红外气体监测分析装置，其特征在于：包括设置在煤矿井下所检测气体附近处的地下监测分析组件和设置在煤矿井上地面处的地面显示操作组件，所述地下监测分析组件包括预抽及采样组件、红外线气体检测仪、CPU芯片、地下数据存储器、数模转换器、地下声光报警器、数据通讯芯片和地下光端机，所述预抽及采样组件包括对检测气体进行防爆处理的气路隔爆装置、对检测气体进行除尘处理的气体过滤器和将煤矿井下所检测气体抽入气路隔爆装置的采样泵，所述气路隔爆装置、气体过滤器和采样泵通过束管依次连接，连接所述气体过滤器和采样泵的束管上安装有可随时观测过滤后气体流量的流量传感器；所述采样泵通过束管与红外线气体检测仪连接且由红外线气体检测仪对所检测气体进行组分分析，所述红外线气体检测仪与CPU芯片电连接并将所检测气体组分分析结果信息传输给CPU芯片，所述CPU芯片通过系统总线与地下数据存储器和数据通讯芯片均相接且CPU芯片将所接收的气体组分分析结果信息储存在地下数据存储器上并将该气体组分分析结果信息传输给数据通讯芯片，所述数据通讯芯片通过通讯线路与地下光端机连接且将接收的气体组分分析结果信息传输给地下光端机，所述地下光端机与所述地面显示操作组件通过光纤连接；所述数模转换器与CPU芯片和流量传感器均相接且将流量传感器采集到的模拟信号转换为数字信号并传输给CPU芯片，所述CPU芯片还与地下声光报警器相接且控制地下声光报警器在出现异常情况时发出声光警报以提醒工作人员注意。

上述的一种煤矿井下红外气体监测分析装置，其特征在于：所述地面显示操作组件包括外壳、显示屏、地面数据存储器、按钮、通讯芯片、地面声光报警器和地面光端机，所述显示屏、按钮、地面声光报警器和地面光端机均设置在外壳的外壁上，所述地面数据存储器和通讯芯片均设置在外壳内；所述地面光端机通过光纤与地下光端机连接且地下光端机将接收的气体组分分析结果信息传输给地面光端机，所述地面光端机与通讯芯片连接且将接收的气体组分分析结果信息传输给通讯芯片，所述通讯芯片连接显示屏和地面数据存储器且将接收的气体组分分析结果信息存储在地面数据存储器上并通过显示屏显示气体组分分析结果，所述按钮和地面声光报警器均与通讯芯片相接。

上述的一种煤矿井下红外气体监测分析装置，其特征在于：所述气路隔爆装置为无电源自动抑爆装置。

上述的一种煤矿井下红外气体监测分析装置，其特征在于：所述红外线气体检测仪的数量为多个，多个所述红外线气体检测仪之间相并联。

上述的一种煤矿井下红外气体监测分析装置，其特征在于：所述地下光端机和地面光端机均为数据光端机。

上述的一种煤矿井下红外气体监测分析装置，其特征在于：所述采样泵为微型真空泵。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型的装置结构简单，设计合理，功能强大、现场实用性强、自动化程度高。

2、本实用新型排列了多个组件，所有的电路、气路等均遵循防爆设计，本身防爆、安全，这种固有的安全性消除了爆炸等危险，并且能够一体化实现煤矿井下气体监测的采样、分析、显示、存储、数据传输以及预警等功能。

3、本实用新型由于使用了红外线气体检测仪，测量准确、抗干扰能力强、重复性好、使用寿命长，较色谱有明显的优势，可以有效的起到预警作用，并且能够对CO、CO2、CH4、C2H6、C3H8、C4H10、H2S、C2H4和C2H2这九种气体进行检测，分析其组分。

4、本实用新型与现有的技术相比，其采用的束管管道短，能够达到气体阻力最小化，采集效率高，采样时间短，分析结果的实时性强；由程序自动执行，实现了煤矿井下与地面工作站实时监测煤矿井下气体的需求，能够24小时连续不间断的对煤矿井下气体进行监测，消除了矿井火灾、瓦斯爆炸的危险和电磁干扰问题，对环境适应性强，能在潮湿、粉尘较多的环境下使用，适用于煤矿井下作业。

下面通过附图和实施例，对本实用新型做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型煤矿井下红外气体监测分析装置的结构示意图。

附图标记说明:

1—预抽及采样组件； 1-1—气路隔爆装置； 1-2—气体过滤器；

1-3—流量传感器； 1-4—采样泵； 2—红外线气体检测仪；

3—CPU芯片； 4—地下数据存储器； 5—数模转换器；

6—地下声光报警器； 7—数据通讯芯片； 8—地下光端机；

9-1—显示屏； 9-2—地面数据存储器； 9-3—按钮；

9-4—通讯芯片； 9-5—地面声光报警器； 9-6—地面光端机；

9-7—外壳； 10—光纤。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型的一种煤矿井下红外气体监测分析装置，包括设置在煤矿井下所检测气体附近处的地下监测分析组件和设置在煤矿井上地面处的地面显示操作组件，所述地下监测分析组件包括预抽及采样组件1、红外线气体检测仪2、CPU芯片3、地下数据存储器4、数模转换器5、地下声光报警器6、数据通讯芯片7和地下光端机8，所述预抽及采样组件1包括对检测气体进行防爆处理的气路隔爆装置1-1、对检测气体进行除尘处理的气体过滤器1-2和将煤矿井下所检测气体抽入气路隔爆装置1-1的采样泵1-4，所述气路隔爆装置1-1、气体过滤器1-2和采样泵1-4 通过束管依次连接，连接所述气体过滤器1-2和采样泵1-4的束管上安装有可随时观测过滤后气体流量的流量传感器1-3；所述采样泵1-4通过束管与红外线气体检测仪2连接且由红外线气体检测仪2对所检测气体进行组分分析，所述红外线气体检测仪2与CPU芯片3电连接并将所检测气体组分分析结果信息传输给CPU芯片3，所述CPU芯片3通过系统总线与地下数据存储器4和数据通讯芯片7均相接且CPU芯片3将所接收的气体组分分析结果信息储存在地下数据存储器4上并将该气体组分分析结果信息传输给数据通讯芯片7，所述数据通讯芯片7通过通讯线路与地下光端机8连接且将接收的气体组分分析结果信息传输给地下光端机8，所述地下光端机8与所述地面显示操作组件通过光纤10连接；所述数模转换器5与CPU芯片3和流量传感器1-3均相接且将流量传感器1-3采集到的模拟信号转换为数字信号并传输给CPU芯片3，所述CPU芯片3还与地下声光报警器6相接且控制地下声光报警器6在出现异常情况时发出声光警报以提醒工作人员注意。

如图1所示，所述地面显示操作组件包括外壳9-7、显示屏9-1、地面数据存储器9-2、按钮9-3、通讯芯片9-4、地面声光报警器9-5和地面光端机9-6，所述显示屏9-1、按钮9-3、地面声光报警器9-5和地面光端机 9-6均设置在外壳9-7的外壁上，所述地面数据存储器9-2和通讯芯片9-4 均设置在外壳9-7内；所述地面光端机9-6通过光纤10与地下光端机8连接且地下光端机8将接收的气体组分分析结果信息传输给地面光端机9-6，所述地面光端机9-6与通讯芯片9-4连接且将接收的气体组分分析结果信息传输给通讯芯片9-4，所述通讯芯片9-4连接显示屏9-1和地面数据存储器9-2且将接收的气体组分分析结果信息存储在地面数据存储器9-2上并通过显示屏9-1显示气体组分分析结果，所述按钮9-3和地面声光报警器 9-5均与通讯芯片9-4相接。

本实施例中，所述气路隔爆装置1-1为无电源自动抑爆装置，市面上可购买，所检测的气体进入其中能够起到防爆作用。

本实施例中，所述红外线气体检测仪2的数量为多个，多个所述红外线气体检测仪2之间相并联，可以同时对CO、CO2、CH4、C2H6、C3H8、 C4H10、H2S、C2H4和C2H2这九种气体进行组分分析，对于分析过程彼此之间互不干扰；采用多个红外线气体检测仪2是为了气体进行组分分析速度更快。

本实施例中，所述地下光端机8和地面光端机9-6均为数据光端机。

本实施例中，所述采样泵1-4为微型真空泵，与CPU芯片3连接，在 CPU芯片3的控制下可以连续24小时不间断运转，对预抽及采样组件1 进行抽真空，并将煤矿井下检测的气体抽入到气路隔爆装置1-1。

本实用新型的工作原理为：用户通过操作按钮9-3来启动采样泵1-4，并将启动信号发送给通讯芯片9-4，通讯芯片9-4接收到启动信号后，将该启动信号发送给地面光端机9-6；地面光端机9-6接收到启动信号后，将该启动信号发送给地下光端机8；地下光端机8接收到启动信号后，将该启动信号发送给数据通讯芯片7；数据通讯芯片7接收到启动信号后，控制采样泵1-4启动。

采样泵1-4开始对预抽及采样组件1进行抽真空处理，并利用产生的负压将煤矿井下检测气体依次抽入气路隔爆装置1-1、气体过滤器1-2和流量传感器1-3中；首先由气路隔爆装置1-1对检测气体进行防爆处理，防止气体在整个过程中发生爆炸；随后进入气体过滤器1-2中，对检测气体进行除尘处理，防止粉尘进入而导致束管堵塞；然后经过流量传感器1-3 时，可以随时观测过滤后的气体流量，以了解气体采样情况。

当所检测气体通过束管进入红外线气体检测仪2中，则红外线气体检测仪2开始对所检测气体中进行CO、CO2、CH4、C2H6、C3H8、C4H10、 H2S、C2H4和C2H2这九种气体组分分析，并将气体组分分析结果信息传输给CPU芯片3。

CPU芯片3接收到该气体组分分析结果信息后，将其储存在地下数据存储器4中，同时又将该气体组分分析结果信息传输给数据通讯芯片7，数据通讯芯片7接收到气体组分分析结果信息后传输给地下光端机8。

地下光端机8接收到气体组分分析结果信息后，将该气体组分分析结果信息发送给地面光端机9-6。

地面光端机9-6接收到气体组分分析结果信息后，将该气体组分分析结果信息发送给通讯芯片9-4；通讯芯片9-4接收到气体组分分析结果信息后，将其储存在地面数据存储器9-2上，同时在显示屏9-1中进行显示；气体组分分析结果信息不断在地面数据存储器9-2储存，并不断在显示屏 9-1中显示，通讯芯片9-4对收集到的一系列气体组分分析结果信息进行整理，然后绘制出分析结果随时间变化的气体浓度趋势图，并通过显示屏 9-1进行显示。

用户可以在通讯芯片9-4上给CO、CO2、CH4、C2H6、C3H8、C4H10、 H2S、C2H4和C2H2这九种气体设置气体浓度危险临界值。

当用户通过显示屏9-1上的气体浓度趋势图看到某种气体浓度达到或者超过其危险临界值时，通过操作按钮9-3使得通讯芯片9-4给地面光端机9-6发送危险信号，或者由通讯芯片9-4自动给地面光端机9-6发送危险信号；同时通讯芯片9-4控制地面声光报警器9-5发出危险信号声光警报，用于提醒地面工作人员做好准备应对可能发生的矿井火灾、瓦斯爆炸和窒息或者其它危及人身安全的危险性事件；

地面光端机9-6接收到危险信号后，将该危险信号发送给地下光端机8；地下光端机8接收到危险信号后，将该危险信号发送给数据通讯芯片7；数据通讯芯片7接收到危险信号后，将该危险信号发送给CPU芯片3；CPU 芯片3接收到危险信号后，控制地下声光报警器6发出危险信号声光警报，用于提醒井下工作人员注意安全，并做好准备应对可能发生的矿井火灾、瓦斯爆炸和窒息或者其它危及人身安全的危险性事件；

当流量传感器1-3检测到采样的气体流量异常或者采样异常时，流量传感器1-3会发出气体流量异常信号，则与流量传感器1-3连接的数模转换器5会将流量传感器1-3会发出的异常模拟信号转换为数字信号，并将其传输给CPU芯片3；CPU芯片3接收到气体流量异常信号后，将该信号发送给数据通讯芯片7，同时控制地下声光报警器6发出异常信号声光警报，用于提醒井下工作人员注意采样异常；数据通讯芯片7接收到气体流量异常信号后，将该异常信号发送给地下光端机8；地下光端机8接收气体流量异常信号后，将该异常信号发送给地面光端机9-6；地面光端机 9-6接收到气体流量异常信号后，将该异常信号发送给通讯芯片9-4；通讯芯片9-4接收异常信号后，控制地面声光报警器9-5发出异常信号声光警报，用于提醒地面工作人员注意采样异常。

当地面工作人员注意到该异常信号后，通过操作按钮9-3向通讯芯片 9-4发出让红外线气体检测仪2停止分析、清洗、校核操作信号；通讯芯片9-4接收到操作信号后，将该操作信号发送给地面光端机9-6；地面光端机9-6接收到操作信号后，将该操作信号发送给地下光端机8；地下光端机8接收到操作信号后，将该操作信号发送给CPU芯片3；CPU芯片3 接收到操作信号后，控制红外线气体检测仪2停止分析、清洗、校核操作。

若经过此操作后，流量传感器1-3未检测到有任何异常，会发出气体流量正常信号，则与流量传感器1-3连接的数模转换器5会将气体流量正常的模拟信号转换为数字信号，并将该信号传输给CPU芯片3；CPU芯片3接收到气体流量正常信号后，控制地下声光报警器6停止发出异常信号声光警报，并将气体流量正常信号发送给数据通讯芯片7；数据通讯芯片7接收到气体流量正常信号后，将该气体流量正常信号发送给地下光端机8；地下光端机8接收到气体流量正常信号后，将该气体流量正常信号发送给地面光端机9-6；地面光端机9-6接收到气体流量正常信号后，将该气体流量正常信号发送给通讯芯片9-4；通讯芯片9-4接收到气体流量正常信号后，控制地面声光报警器9-5停止发出异常信号声光警报。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。