一种可自诊断的软连接分级抽气矿井束管系统及方法
【专利说明】
【技术领域】
[0001]本发明涉及长距离多取样点气体采集领域，特别涉及对矿井自燃发火气体的束管在线监测领域。
【【背景技术】】
[0002]我国是一个能源消耗大国，其中近70%的能源需求是由我国境内的煤炭资源的开采来满足的。然而在我国的煤炭开采过程中，安全事故发生较多，这其中有70%以上是由于煤自燃导致的。为此，各大型煤矿采用束管的方式将井下的气体抽到井口，或者人工方式用气囊从井下取气到井口，然后用气相色谱仪进行定量分析，以确定气体的成分及含量，继而评定井下的安全等级。
[0003]人工采样一方面全凭取样人的经验操作，往往会影响到最终的分析结果，其实时性也相对较差，人工成本较高;另一方面，一旦煤自燃比较严重，取样工人的健康、甚至生命安全存在安全隐患。束管是目前大型煤矿通行的一种煤自燃发火监测方式，但因气路长，要把气体从井下抽到井口，部分束管内的气压很大，导致漏气时有发生，煤炭自燃发火气体无法抽取到井口。另外，目前的束管主要是用钢管硬链接的方式连接而成，由于矿井环境恶劣，巷道经常由于地质的变化而变形，这往往导致束管受到挤压而出现漏气，甚至束管断m
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[0004]为了克服现有束管的缺陷，专利CN202693385 U,CN 204101338 U、CN 201560803U采用储气式、多路采样栗和车载式等方式，将束管改良成多个抽气栗，以及多个取样点的方式。这种改良可以降低束管内压力，实现多点取样分析，但无法克服矿井巷道变形导致束管漏气的缺陷，更无法确定漏气的严重程度和漏气位置。因此，这些方法无法从根本上提高矿井束管系统的可靠性。
【
【发明内容】
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[0005]本发明的目的在于，提供了一种可自诊断的软连接分级抽气矿井束管系统及方法，可以实现矿井下气体的自动化样气采集和输送功能，实时、可靠、高效地为煤炭自燃发火气体仪器提供井下待检样气，满足煤炭开采等领域对安全生产的需求。
[0006]本发明采用如下技术方案:
[0007]—种可自诊断的软连接分级抽气矿井束管系统，包括气栗，在每一个采气点均设置有所述气栗，气栗之间采用通气束管连接，每一个采气点均通过多级的气栗连接至监测设备，所述通气束管与气栗之间通过螺纹管连接，以避免由于煤矿巷道变形导致束管连接口断裂的情况发生。
[0008]进一步，在所述多个气栗的连接点设置有汇流排，该汇流排上安装有电磁气路阀，并与通气束管相连;当选择某一路抽气通路时，汇流排上其余通路的电磁气路阀关闭，保证仅开启被选择的一路电磁气路阀。
[0009]进一步，该监测系统进一步包括有漏气检测器，用于检测气体的泄露情况;所述漏气检测器安装在螺纹管与束管的连接点。
[0010]进一步，多个气栗形成气栗管路，包括连接至第一采气点的主管路，该主管路的多个气栗之间分出有多个并联的第一分支管路，每一个第一分支管路上通过多个串联的气栗连接至各自的采气点；另外，主管路上直接与采气点相连的气栗与采气点之间的结点分出多个并联的第二分支管路，每一个第二分支管路分别通过串联的多个气栗连接至各自的采气点。
[0011]进一步，所述监测系统包括有多个监测设备，每一个监测设备串联有一个气栗管路，多个监测设备的气栗管路之间并联连接。
[0012]—种可自诊断的软连接分级抽气矿井束管系统的监测方法，当监测设备给出导通的气路命令后，被选择的气路打开，其他气路关闭，保证采集与被选择气路连接的采气点的气体。
[0013]进一步，当被选择气路导通后，该气路上的电磁气路阀和电子开关均被打开，使得被选择气路开始抽气采样。
[0014]进一步，所述监测设备与漏气检测芯片通过通讯协议连接，当监测系统发生泄漏时，通过通讯端口进行报警，监测设备收到异常报警后，停止其余工作，并根据报警端口确定漏气位置。
[0015]进一步，每次采集样气之后，监测设备都会对采样的时间和位置进行记录，防止同一位置重复采集。
[0016]本发明采用多级栗抽气的方式，降低束管内的压差，降低束管系统的耐压要求，采用多点取样，电磁阀控制取样点选择的方法，实现一套系统，多巷道监测，在每个气栗与管道连接处安装超声漏气检测器，以监测系统是否漏气，然后根据超声漏气传感器信号的强弱和频率，分析漏气点数量及其位置。该系统可以实现将矿井下多个巷道的待检气体安全、快速、可靠地抽取至矿井外的监测设备内，已保证矿井安全的实时、可靠监测。
【【附图说明】】
[0017]图1基于分级式气栗的束管连接矿井下气体采集系统的整体示意图；
[0018]图2是基于分级式气栗的束管连接矿井下气体采集系统的另一形式的整体示意图；
[0019]图3是基于分级式气栗的束管连接矿井下气体采集系统的第三种形式的整体示意图；
[0020]图4基于分级式气栗的束管连接矿井下气体采集系统的硬件结构图；
[0021 ]图5系统采用的螺纹管结构示意图；
[0022]图6操作软件运行流程图。
【【具体实施方式】】
[0023]可自诊断的软连接分级抽气束管系统，其整体方案图如附图1所示。该系统由硬件和软件两部分组成，以下结合附图和发明人给出的实施例对本发明作进一步的详细描述。
[0024]1.硬件部分
[0025]可自诊断的软连接分级抽气束管系统的硬件结构如图2所示。其中包括井下防爆气栗、中央控制计算机、通气束管、螺纹管、汇流排及电磁气路阀、漏气检测芯片、电子开关、通讯连接线，对于井下采用无线通讯的，还需要无线收发设备。
[0026]井下防爆气栗是为抽取矿井下样气提供动力的设备，由于矿井等环境对电气设备安全性要求较高，此处选用的抽气栗需要按照国家相应标准进行防爆改装后才能实地使用。抽气栗在安装时采用分级式的思路，在矿井下每间隔一段距离便设置一个气栗，气栗间以通气束管和螺纹管连接，即前置气栗的进气口通过束管连接后置气栗的出气口，以保证气路中气压和抽气速率保持稳定。每个气栗与束管的接头处安装一个压力计和超声波传感器，以监测束管内的气压，以及是否漏气，在应用中，气体采集系统可以设立多个井下采气点，当检测仪器需要监测、化验某一采样点的气体样本时，系统将采用电磁气路阀选择相应支路，并将井下待检气体安全、快速、可靠地抽取至井外的监测设备内。对于气栗的选型，一般不要求太高，通常每分钟抽气几十升的小型气栗即可满足要求。
[0027]中央控制计算机(即监测设备)是实现系统自动化采集样气的核心，它用于接收操作人员的采集命令，并将其处理后传达至各执行机构。控制计算机放置在井上的主控室中，通过通讯连接线或者无线收发装置与诸如电磁气路阀、漏气检测芯片、电子开关等执行元件相连。对于控制计算机的选型，一般常规配置的工业控制计算机均可满足要求。选择取气支路时，由控制计算机通过通讯连接线路或者无线通讯设备控制汇流排上的电磁气路阀，使得除被选支路外其余气路全部关闭，同时开启被选气路上防爆气栗的电子开关，从而可以达到仅使得井下被选采样点内气体被抽取到监测设备中的目的。
[0028]通气束管是系统的骨架，它是用于抽取样气的气路管道。需要注意的是本系统的通气束管应使用螺纹管做内管，以避免由于煤矿井下震动、偏移导致束管连接口断裂的情况发生。
[0029]汇流排、电磁气路阀及电子开关都是执行切换抽气通路的元件。汇流排上加装有电磁气路阀，并与通气束管相连，当需要选择某一路抽气通路时，汇流排上其余通路的电磁气路阀会自动关闭，仅开启被选择的一路的气阀，同时这一支气路上控制抽气栗开启的电子开关也打开，使得抽气栗运行，样品气体被成功采集。这些执行元件的运作都是接受中央控制计算机通过通讯连接线路下达的指令后进行的。
[0030]漏气检测芯片需要加装在取气系统的每个关键节点上，包括而不局限于螺纹管内接口、防爆气栗抽气口和排气口、汇流排接口等处。一旦束管发生破裂泄露，检测模块将第一