本发明专利技术公开一种煤矿矿井瓦斯超限检测通风装置，包括矿井掘进巷道、监测主机、通风管道、通风机、瓦斯浓度传感器、氧气浓度传感器、氮气浓度传感器、用电器故障检测设备、制氧设备和制氮设备。本发明专利技术通过对煤矿中矿井掘进巷道内各个区域瓦斯浓度实现全方位的监控，并通过监测主机对掘进巷道内导致瓦斯超限的各项环境气体数值进行综合评定，打破了传统甲烷、一氧化碳和氧气信息孤岛的现象；通过在压入风机端加入制氧和制氮设备，便于通过监测主机控制风机进风端直接对矿井掘进巷道内各个区域瓦斯浓度的降低，氮气的加入由于其惰性，还一定程度上抑制氧气和甲烷的氧化反应产生一氧化碳的反应过程。化碳的反应过程。化碳的反应过程。
【技术实现步骤摘要】
一种煤矿矿井瓦斯超限检测通风装置
[0001]本专利技术属于煤矿安全生产监测领域，具体来说，涉及一种煤矿矿井瓦斯超限检测通风装置。
技术介绍
[0002]瓦斯是煤矿井下采掘过程中从煤和围岩中涌出的有害气体的总称，通常情况下甲烷CH4占瓦斯90%以上。瓦斯爆炸是矿井空气中的瓦斯和氧气进行剧烈化学反应、形成高温(1850
‑
2650℃)、 高压(爆炸前空气压力的10倍)、同时产生CO等大量有毒有害气体并以极高速度沿井巷从爆炸源冲出产生动力的现象。
[0003]煤矿瓦斯通过通风装置进行排放操作时，在矿井掘进巷道内设置甲烷传感器，通过甲烷传感器，以实时监测瓦斯浓度，但由于工作环境复杂，潮湿、矿尘大、电磁干扰等因素，极易导致甲烷传感器自身出现故障(内部电子元器件发生损坏)。同时瓦斯爆炸事故不仅仅只限于甲烷一种气体含量的超限导致的，而是多种气体的融合变化导致的爆炸风险产生。
[0004]现有技术中的缺陷在于，现有矿井掘进巷道内只对单一的甲烷气体是否超限进行检测，虽然有的通风装置会对瓦斯爆炸中其他相关气体的超限检测，但并没有对与瓦斯爆炸有关的气体进行综合性的判断，并缺乏抑制瓦斯爆炸或超限的现象产生的作用设备。
技术实现思路
[0005]针对现有现有通风装置缺乏对与瓦斯爆炸有关的气体进行综合性的判断，并且缺乏抑制瓦斯爆炸或超限的作用设备的问题，本专利技术提供了一种煤矿矿井瓦斯超限检测通风装置。
[0006]为实现上述技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种煤矿矿井瓦斯超限检测通风装置，包括矿井掘进巷道、监测主机、通风管道、通风机、瓦斯浓度传感器、氧气浓度传感器、氮气浓度传感器、用电器故障检测设备、制氧设备和制氮设备；矿井掘进巷道包括进风口、回风巷和瓦斯混合区，通风管道包括压入管道和抽出管道，沿进风口到瓦斯混合区安装有压入管道，沿回风巷至瓦斯混合区设有抽出管道；通风机包括压入风机和抽出风机，压入风机安装在进风口的压入管道端口，抽出风机安装在回风巷的抽出管道端口；瓦斯浓度传感器包括第一传感器组、第二传感器组和第三传感器组，第一传感器组、第二传感器组和第三传感器组分别安装在矿井掘进巷道的进出口、瓦斯混合区和中部巷道处；瓦斯浓度传感器设置的位置处均设有氧气浓度传感器和氮气浓度传感器；监测主机通过电路与瓦斯浓度传感器、氧气浓度传感器、氮气浓度传感器和用电器故障检测设备连接，瓦斯浓度传感器检测到的掘进巷道内不同位置处的与瓦斯爆炸相关
的气体浓度数值转化为电信号传输至监测主机，同样的氧气浓度传感器和氮气浓度传感器将掘进巷道内不同位置处的氧气浓度和氮气浓度含量转化为电信号传输至监测主机，用电器故障检测设备用于对掘进巷道内的用电器是否产生故障进行检测，若产生故障，通过电路发送故障信号给监测主机；制氧设备和制氮设备通过管路与压入风机进风端连接，并通过控制电路与监测主机连接，监测主机通过控制电路控制制氧设备和制氮设备提供氧气和氮气的量。
[0007]进一步地，每个瓦斯浓度传感器由甲烷浓度传感器和一氧化碳浓度传感器组成；瓦斯浓度传感器集成在一个安装板上，该安装板固定在可移动设备平台上。
[0008]进一步地，监测主机包括主机本体、读数显示屏、示警灯、运作灯、无线传输模块、计算判断模块、多种传感器数值传输接口、用电器故障检测连接接口、通风机风量控制接口、制氧设备输出量控制接口和制氮设备输出量控制接口；主机本体表面安装有示警灯、运作灯和读数显示屏，主机本体内置有无线传输模块和计算判断模块，主机本体侧面或者表面上设有多个数据接收/传输接口；无线传输模块用于将所有接口接收/传输数据上传至用户监控端；计算判断模块用于监控传感器数值是否超限和用电器是否故障，同时用于计算单位时间内通风机压入和抽出空气量所需功率大小，还用于计算制氧设备和制氮设备应排入压入风机端压入管道的氧气和氮气量。
[0009]进一步地，计算判断模块搭载了瓦斯浓度是否超限算法、通风风量控制算法和氮氧调节瓦斯浓度算法。
[0010]进一步地，瓦斯浓度是否超限算法，包括判断如下三个条件：a、甲烷测量数值Nj超过预设甲烷浓度数值；N
j > N
j预设
，b、一氧化碳测量数值Nc超过预设一氧化碳浓度数值；N
c
> N
c预设
，c、甲烷浓度数值Nj 、一氧化碳浓度数值Nc和氧气浓度数值Ny之和在空气中的占比大于预设值；(N
j + N
c + N
y
)/1 > N
w预设
；若上述三个条件均满足，则判定瓦斯浓度超限。判断甲烷测量数值N
j
是否超过预设甲烷浓度数值，同时判断一氧化碳测量数值N
c
是否超过预设一氧化碳浓度数值，再综合计算甲烷浓度数值N
j 、一氧化碳浓度数值N
c
和氧气浓度数值N
y
之和在空气中的占比是否大于预设值，若都大于预设值，即为瓦斯超限。
[0011]进一步地，瓦斯浓度是否超限包括两种状态范围上限值，一种为煤层施工挖掘阶段，其甲烷气体范围值为15%
‑
25%；另一种为正常通风阶段，即煤层施工3分钟后甲烷气体浓度趋于平衡0
‑
15%。
[0012]进一步地，通风风量控制算法，通过流体力学原理，其风量Q、风压H、轴功率P与转速n的关系为：，，；根据通风机轴功率P与风量Q的转化关系，控制通风机的输出风量大小，配合对矿井掘进巷道瓦斯浓度的快速调节。
[0013]进一步地，氮氧调节瓦斯浓度算法步骤包括：S1、判断瓦斯浓度是否超限；
S2、当检测到瓦斯浓度超限时，压入风机联通制氧设备和制氮设备；S3、通过电磁阀控制制氧设备和制氮设备每秒钟氧气和氮气的供给量；S4、氧气和氮气通过压入管道进入瓦斯混合区，对其整个矿井掘进巷道的瓦斯浓度进行降低；S5、增大抽出风机的轴功率P，使其快速抽出超限的瓦斯气体和空气。
[0014]进一步地，用电器故障检测设备为电流电压检测表，在用电器电路输入/输出端连接电流电压检测表，当检测到电流或电压出现异常时，即认为用电器故障，并将故障信息发生至监测主机。
[0015]本专利技术相比现有技术，具有如下有益效果：通过对煤矿中矿井掘进巷道内各个区域瓦斯浓度实现全方位的监控，并通过监测主机对掘进巷道内导致瓦斯超限的各项环境气体数值进行综合评定，打破了传统甲烷、一氧化碳和氧气信息孤岛的现象；通过在压入风机端加入制氧和制氮设备，便于通过监测主机控制风机进风端直接对矿井掘进巷道内各个区域瓦斯浓度的降低，氮气的加入由于其惰性，还一定程度上抑制氧气和甲烷的氧化反应产生一氧化碳的反应过程。
附图说明
[0016]图1为本专利技术一种煤矿矿井瓦斯超限检测通风装置的布置结构图；图2为本专利技术一种煤矿矿井瓦斯超限检测通风装置的监测主机结构示意图；图3为本专利技术一种煤矿矿井瓦斯超限检测通风装置的结构框图；图4为本专利技术计算判断模块搭载本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种煤矿矿井瓦斯超限检测通风装置，其特征在于，包括矿井掘进巷道(1)、监测主机(2)、通风管道、通风机、瓦斯浓度传感器(4)、氧气浓度传感器(5)、氮气浓度传感器(6)、用电器故障检测设备(7)、制氧设备(8)和制氮设备(9)；矿井掘进巷道(1)包括进风口(10)、回风巷(11)和瓦斯混合区(12)，通风管道包括压入管道(31)和抽出管道(32)，沿进风口(10)到瓦斯混合区(12)安装有压入管道(31)，沿回风巷(11)至瓦斯混合区(12)设有抽出管道(32)；通风机包括压入风机(14)和抽出风机(15)，压入风机(14)安装在进风口(10)的压入管道(31)端口，抽出风机(15)安装在回风巷(11)的抽出管道(32)端口；瓦斯浓度传感器(4)包括第一传感器组(41)、第二传感器组(42)和第三传感器组(43)，第一传感器组(41)、第二传感器组(42)和第三传感器组(43)分别安装在矿井掘进巷道(1)的进出口、瓦斯混合区(12)和中部巷道处(13)；瓦斯浓度传感器(4)设置的位置处均设有氧气浓度传感器(5)和氮气浓度传感器(6)；监测主机(2)通过电路与瓦斯浓度传感器(4)、氧气浓度传感器(5)、氮气浓度传感器(6)和用电器故障检测设备(7)连接，瓦斯浓度传感器(4)检测到的掘进巷道内不同位置处的与瓦斯爆炸相关的气体浓度数值转化为电信号传输至监测主机(2)，同样的氧气浓度传感器(5)和氮气浓度传感器(6)将掘进巷道内不同位置处的氧气浓度和氮气浓度含量转化为电信号传输至监测主机(2)，用电器故障检测设备(7)用于对掘进巷道内的用电器是否产生故障，若产生故障，通过电路发送故障信号给监测主机(2)；制氧设备(8)和制氮设备(9)通过管路与压入风机(14)进风端连接，并通过控制电路与监测主机(2)连接，监测主机(2)通过控制电路控制制氧设备(8)和制氮设备(9)提供氧气和氮气的量。2.根据权利要求1所述的一种煤矿矿井瓦斯超限检测通风装置，其特征在于，每个瓦斯浓度传感器(4)由甲烷浓度传感器和一氧化碳浓度传感器组成；瓦斯浓度传感器(4)集成在一个安装板上，该安装板固定在可移动设备平台上。3.根据权利要求2所述的一种煤矿矿井瓦斯超限检测通风装置，其特征在于，监测主机(2)包括主机本体(21)、读数显示屏(22)、示警灯(23)、运作灯(24)、无线传输模块(16)、计算判断模块(17)、多种传感器数值传输接口、用电器故障检测连接接口、通风机风量控制接口、制氧设备(8)输出量控制接口和制氮设备(9)输出量控制接口；主机本体(21)表面安装有示警灯(23)、运作灯(24)和读数显示屏...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩勇，李祝，曹少佐，王源，高永雷，杜宇宏，康宇，邵阳，
申请(专利权)人：山西中能华信矿业技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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