瓦斯及其它可燃氣體爆炸預警裝置的製作方法

2023-06-06 19:55:31

專利名稱：瓦斯及其它可燃氣體爆炸預警裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種安全預警裝置，具體涉及一種快速測試發現並及時預警處置 礦山井下瓦斯及其它可燃氣體爆炸的預警裝置。
技術背景長期以來，涉及可燃氣體危爆行業的重特大安全事故連續不斷，特別是煤礦井下 瓦斯爆炸，群死群傷，損失最為慘重，社會影響也十分惡劣。根據瓦斯特性，只要最低含量達 到5%，氧氣含量充足(國家礦山安全法規定，井下氧氣含量不得低於20% )，就隨時能被 引爆燃燒；而白磷在溫度40多度時就能自燃，沼氣在陽光照射下也可以自燃……等等。由 於礦山蘊藏複雜，存有多種混合可燃氣體，這些不同雜質含量的混合氣體，給檢測帶來了極 大的困難，也給監測預警部門提出了難以解決的技術難題。市場上雖說已有一些瓦斯含量 的監測設備，但還是不能對多種可燃混合氣體在不同雜質、溫度、溼度、壓力、氧氣環境等復 雜條件下的燃爆和自燃進行監測和預警。而這些可燃混合氣體的各種元素，在各自不同氧 氣、壓力、溼度、溫度等環境條件下，有著各自不同的燃燒爆炸特性和自燃特性參數。這些元 素物質在雜質、含量、溫度、溼度、氧氣等複雜條件下混合形成的可燃氣體，改變了原來單質 元素物質的爆炸和自燃特性參數。這些複雜情況，給監測預警帶來了極大的困難。瓦斯及 其它可燃氣體的爆炸燃燒和自燃，具有複雜和極強的突發性、隱蔽性，國家和礦工的生命財 產隨時受到嚴重的威脅，因此，研製一種能及時監測瓦斯及其它可燃氣體混合物，並提前預 警、處置，避免人民生命財產重大損失的方法及設備，是迫切需要並至關重要的
實用新型內容
本實用新型所要解決的技術問題是解決上述現有技術存在的問題，而提供一種 連續不斷試驗和測試混合可燃氣體動態數據、快速發現可燃氣體超限、提前預警、迅速處 置、避免人民生命財產重大損失的瓦斯及其它可燃氣體爆炸預警裝置。本實用新型採用的技術方案是在採樣氣流主管道內設置上、中、下電動閥門，形 成隔離室和燃燒室，在主管道採氣口下方安裝採氣扇，在主管道排氣口上方安裝排氣扇，電 動閥門和採氣扇、排氣扇都由控制電路板連接控制，主管道燃燒室側壁分別連接有配氣系 統、電子點火系統和測試報警系統；配氣系統為瓦斯或可燃氣體壓縮罐通過配氣管道、電 動可調氣體流量表連接至主管道的進氣咀，電動可調氣體流量表與控制電路板連接；電子 點火系統為主管道內的電子點火頭連接控制電路板；測試報警系統為主管道的燃燒室 內壁安裝有壓力傳感器和/或溫度傳感器，壓力傳感器和/或溫度傳感器通過信號線連接 控制電路板，控制電路板分別連接報警電路、安全控制中心、安全系統網絡、安全系統控制 設備及應急處理系統。上述技術方案中，主管道側壁還連接安裝有清理冷卻系統，清理冷卻系統為主管 道隔離室和燃燒室連接安裝有噴氣咀，噴氣咀通過管道連接氣泵，氣泵受控制電路板連接 控制，主管道外周連接安裝有循環冷卻水箱，循環冷卻水箱通過連接水管、水泵與底座水箱
3連接。上述技術方案中，主管道內上、中、下電動閥門關閉到位處，安裝有上、中、下電磁 開關，電磁開關與控制電路板連接。本實用新型解決了下述實質性技術問題1.對煤礦空氣中瓦斯和可燃混合氣體含量逐步增加，報警器能及時作出相應報警 提示。2.對煤礦瓦斯和可燃混合氣體含量在空氣中氧氣、溫度、溼度、壓力等條件下達到 或可能接近爆炸邊緣，報警器發出預警、警報信號，提示人員撤離。3.對煤礦瓦斯和可燃混合氣體含量的逐步上升，啟動應急措施，合理抽排混合氣 體與加強通風，及時稀釋井下採掘作業場、點湧出的瓦斯和可燃混合氣體。4.連接網際網路、物聯網，進行遠程監控管理。本實用新型最為重要的一個實質性特點是採用瓦斯「等同法」，測出煤礦井下或 礦山井下空氣中可燃混合氣體的燃燒爆炸含量及上升速率、動態趨勢，並將採樣數據輸入 控制電路板，進行相應的安全處理。這種瓦斯等「同法法」測試，設計極其巧妙，解決了歷年 來井下空氣中瓦斯及可燃混合氣體爆炸或自燃含量難以測試的技術難題。這是因為煤礦井下或礦山井下爆炸時，空氣中實際其成分是極其複雜的，不是人 們所想像的那樣純粹由瓦斯和自然空氣所組成，也不是人們所推斷的爆炸完全是由於單一 瓦斯含量超限所引起的，不同的礦井空氣成分不同，而且不同的礦井其溫度、溼度、壓力、氧 氣環境不同，如有的礦井不僅含有瓦斯，還含有沼氣、白磷、煤油等，而白磷的自燃點僅40 多度，煤油的自燃點僅80多度，等等，又如有的礦井溫度低、溼度大、氧氣含量不足。不易自 燃，而有的礦井溫度高、氧氣含量過高，極易自燃和爆炸，因此，以往僅憑測量瓦斯含量來判 斷井下安全狀況是不全面的，不科學的，也是與實際不符的，仍然有可能發生重大爆炸或自 燃事故。由於礦井空氣成分複雜，溫度、溼度、氧氣、壓力等條件不同，而且是不斷變化的， 因此，對這些不斷變化的複雜空氣成分在複雜環境條件下的測試和安全判斷，實際是無法 實現的，這也是一直無法解決的技術難題。本實用新型巧妙地設計了這種「等同測試法」解 決了這一技術難題，每秒鐘定量向燃燒室注入瓦斯，並連續不斷進行電子點火。如第1秒鐘 注入含量0. 5%的瓦斯，電子點火後爆炸，那就意味著礦井空氣中已含有相當於4. 5%瓦斯 的可燃氣體，十分危險，應立即報警並進行撤離，如第9秒、10秒，注入含量4. 5%、5%的瓦 斯，在電子點火引燃下爆炸，則說明空氣中只有很少、很稀薄的可燃氣體，礦井處於安全狀 態。因此，不管礦井空氣成分多麼複雜，工況條件多麼特殊，採用「瓦斯等同法」就能準確測 出礦井空氣的安全程度，而且根據連續不斷的等同法，還可以掌握可燃氣體含量的上升或 下降的動態趨勢，提前預警。由於礦井空氣成分複雜，工況條件不同，礦井和礦井之間差異性大，因此逐一單質 氣體測試及確定燃爆含量是不可能做到的，也是不科學的，與實際情況及突發事故是不相 符合的。本實用新型的「瓦斯等同法」測試預警及裝置，看似簡單，卻成功地解決了這一難 題，而且是符合實際的，科學的。


[0016]圖1為本實用新型裝置結構示意圖，[0017]圖2為本實用新型裝置電控原理圖。[0018]附圖標註[0019]1—一主管道 2——上電動閥門3——中電動閥門[0020]4——一下電動閥門5——隔離室6——燃燒室[0021]7——一採氣扇 8——排氣扇9——上電磁開關[0022]1 Ο-一中電磁開關11—一下電磁開關 12—一控制電路板[0023]ι 3-一瓦斯或可燃氣體壓縮罐14—一配氣管道 15—一電動可調氣體流量表[0024]16-一進氣咀17-——電子點火頭[0025]18-一壓力傳感器或溫度傳感器19-——信號線 20—一報警電路[0026]21-一安全控制中心安全、系統網絡、安全系統控制設備、應急處理系統[0027]22-一噴氣咀23-——循環冷卻水箱24—一連接水管[0028]25-水泵26-——底座水箱 27—一氣泵[0029]28-充電電池。
具體實施方式
參見圖1、圖2，本實用新型的瓦斯及其它可燃氣體爆炸預警裝置為在採樣氣流 主管道1內設置上、中、下電動閥門，形成隔離室5和燃燒室6，在主管道採氣口下方安裝有 採氣扇7，在主管道排氣口上方安裝排氣扇8、電動閥門和採氣扇、排氣扇都由控制電路板 12連接控制，主管道燃燒室6側壁分別連接有配氣系統、電子點火系統和測試報警系統；配 氣系統為瓦斯或可燃氣體壓縮罐13通過配氣管道14、電動可調氣體流量表15連接至主 管道的進氣咀16，電動可調氣體流量表15表與控制電路板12連接；電子點火系統為主管 道內的電子點火頭17連接控制電路板12 ；測試報警系統為主管道1的燃燒室6內壁安裝 有壓力傳感器18和/或溫度傳感器，壓力傳感器和/或溫度傳感器通過信號線19連接控 制電路板12，控制電路板12分別連接報警電路20、安全控制中心、安全系統網絡、安全系統 控制設備及應急處理系統21。本實用新型主管道1側壁還連接安裝有清理冷卻系統，清理冷卻系統為主管道 隔離室5和燃燒室6連接安裝有噴氣咀22，主管道1外周連接安裝有循環冷卻水箱23，循 環冷卻水箱23通過連接水管24、水泵25與底座水箱26連接連通。前述主管道內壁的上、中、下電動閥門關閉到位處，安裝有上、中、下電磁開關9、 10,11,電磁開關與控制電路板連接。上述清理冷卻系統中的噴氣咀22通過管道連接氣泵25，氣泵25受控制電路板連 接控制。本實用新型的具體實施工作過程及原理抽樣測試採取抽取大樣即礦區當前樣(大樣已經包括為礦區的氧氣、溫度、溼度、壓力與瓦 斯及其它可燃氣體和其它物質形成的混合氣)，在燃燒室內點火測試方式進行。[0037]1.當抽取採集的大樣，在燃燒室點火時發生燃燒爆炸，說明礦區存在很大風險，只 要有明火或溫度達到相當時，即刻爆炸或自燃爆炸。或者由於白磷存在以及其它不明低燃 點物質氣體存在，當其混合含量逐步上升達到一定混合比例，自然爆炸也隨時因達到合適 溫度而發生。報警器及時發出預警信號，撤離人員，啟動應急措施。不停採集抽樣進行點火測試的好處就在於可燃混合氣上升還沒達到燃燒爆炸條件時，包括白磷及其它可燃混合氣逐步上 升，還沒達到燃燒爆炸條件時和沒達到合適溫度時，我們已經提前在燃燒室測試點火燃燒 爆炸，從而提前掌握了燃燒爆炸的變化進度。無論瓦斯氣體含量上升，還是白磷等低燃點氣體物質含量上升，我們採集抽樣是 在礦區相同溫度下，再向燃燒室提前加注噴射瓦斯、同步點火測試燃燒爆炸，從而進一步提 前穩定的掌握了這些可燃氣體含量在上升或在下降的變化，也提前掌握了這些混合氣還沒 達到可燃溫度和自燃溫度標準時，已經完成了點火燃燒爆炸測試，從而能夠提前作出預警， 報警器及時提示發出警報，撤離人員及採取應急處理措施。2.當礦區的可燃混合氣含量從0.01%上升時，抽取礦區裡大樣或多個點抽樣，每 設1至30秒點火測試一次，點不著，不燃燒即不爆炸，屬正常範圍。可燃混合氣點著燃燒試驗安全參數變化波動範圍0. 001% -—0. 1% 點不著 礦區安全0. 1%--------1% 點不著 礦區安全1%--------1.5% 點不著 礦區安全1.5%--------2% 點不著 礦區安全2%--------2.5% 點不著 礦區安全2.5%--------3% 點不著 礦區安全3.5%--------4% 點不著 礦區安全4.5%--------5% 勉強點著危及礦區安全開始產生5%--------5. 1% 點著燃燒危及礦區安全已經產生當點著燃燒時，證明礦區可燃混合氣在壓力、溫度、溼度、氧氣條件下已經達到警 戒值，隨時都可能出現由於人為操作，機械故障，明火等現象引發事故，報警器及時發出預 警信號。同樣，如果有不明氣體物質包括白磷低燃點物質混合其中，含量逐步上升，點火器 由原來的10秒點著，到9秒點著，到8秒點著……證明危險在加劇，報警器及時發出預警信號。3.當礦區的可燃混合氣在不知不覺中增加上升，從0.01%加速上升達到5%邊 緣，也就是隨時接近爆炸燃點的這一過程，人們自身器官難以覺察到，市場雖有關於瓦斯濃 度含量的檢測設備，但不能確定可燃混合氣氣體在氧氣、溫度、溼度、壓力及其它物質和變 化下燃燒的可能性。同時，礦區空氣中本身就含有其它可燃氣體或者有乃至於存在低燃 點的白磷，那麼，單一的對瓦斯含量監測還不能根本解決可能爆炸問題。本設備通過不停 的反覆抽樣點火試驗，在氧氣、溫度、溼度、壓力條件下，得到的可燃混合氣氣體被點著燃 燒爆炸時間變化，如從花較長時間如30秒點著，到花20秒點著，18秒點著，到花15秒點 著.......到花1秒點著，本設備利用點火燃燒掌握了這個加速變化過程，實際也就提前掌
6握了礦區內包括所有物質在溫度、溼度、壓力等條件下，形成的可能被點著燃燒的可燃混合 氣體的變化過程，從而對這個危險在加劇的變化過程作出預警。那麼，在一個固定容器的燃燒室裡加注一定數量的瓦斯，要求單位時間的流量流 速一致，即每秒注入量相等。例單位時間注入瓦斯變化見下表1秒0. 5%6秒3%[0058]2秒1%7秒3. 5%[0059]3秒1. 5%8秒4%[0060]4秒2%9秒4. 5%[0061]5秒2. 5%10秒5%由於燃燒室不停地在點火，如果在10秒鐘時點燃，也就是在注入了 5%的瓦斯後 爆炸，那麼，礦區內瓦斯的含量及其它可燃氣體的含量很低，礦區可燃氣體是安全的。如果在8秒鐘時點燃，也就是在注入瓦斯含量達4%時爆炸，那麼礦區可燃氣體含 量也在左右。當在6秒鐘時點燃，也就是在注入瓦斯3%後爆炸，那麼，礦區可燃氣體含量在2%
左右ο當在點火一秒鐘時點燃，也就是向燃燒室注入0.5%的瓦斯後爆炸，說明礦區可燃 氣體已經達到4. 5%左右.......由於本產品針對這些可燃氣體點著燃燒能統計計算時間的功能，從而測算出礦區 可燃氣體在礦區的濃度含量變化，由於不停的點火試驗，抽取大樣也就是當前樣，是抽取相 同溫度、溼度、壓力、氧氣及其它物質等變化條件的可燃混合氣，點火燃燒也在這些變化條 件下進行，同樣也就提前掌握了這些可燃氣體隨溫度變化而爆炸的功能，從而達到提前提 示數據變化和預警報警的目的。加注瓦斯與礦區可燃氣體含量及點火燃燒的安全變化關係[0068]加注瓦斯量比點火燃燒時間礦區可燃氣體存量比安全程度[0069]10秒加注5%10秒很稀薄安全[0070]9秒加注4. 5%9秒很稀薄或上升了 0.5%安全[0071]8秒加注4%8秒較稀薄或上升了安全[0072]7秒加注3. 5%7秒比較薄或上升了 1.5%安全[0073]6秒加注3%6秒稀薄或上升了 2%比較安全[0074]5秒加注2. 5%5秒較稀薄或上升了 2. 5%比較安全[0075]4秒加注2%4秒上升了 3%隱患上升[0076]啟動應急處理[0077]3秒加注1. 5%3秒上升了 3. 5%隱患加大[0078]啟動應急處理[0079]2秒加注1%2秒上升了 4%危及安全[0080]報警提示[0081]1秒加注0. 5%1秒上升了 4. 5%危及安全[0082]報警撤離
7[0083]從上表獲知，危險是在礦區可燃氣體增加達到一定時，就可能由於人為操作，明火 而點燃這些可燃氣體。乃至與不同物質氣體，以及燃點低的物質混合而成的混合氣體，上升 到一定混合比和一定溫度下，產生自燃。報警設備及時提示這些數據變化，同時預警作出相應降低風險措施。礦區氣體採樣1.控制電路板接通採氣扇和排氣扇電源，風扇開始運轉工作。同時切斷上閥門、中 閥門、下閥門的電源，三個電動閥門處於打開狀態，礦區的當前氣流經隔離倉，燃燒室，通向 通風井出口。2.控制電路板接通上閥門、中閥門、下閥門的電源，在電磁開關的作用下，三個電 動閥門同時關閉，將當前氣體截留隔離在隔離室和燃燒室。同時斷開採氣扇電源和排氣扇 電源，採氣扇和排氣扇停止工作。3.上閥門和中閥門形成隔離室，中閥門和下閥門形成燃燒室。4.控制電路板可設置整個採氣過程為10秒、20秒、30秒三種。燃燒測試報警1.當控制電路板將中閥門關閉的最後時刻，同時打開接通了氣體流量開關，瓦斯 或液化壓縮可燃氣體，在單位時間裡被勻速等量的噴入燃燒室，與原來的氣體形成可燃混
I=I 飛 O2.當控制電路板將下閥門關閉的最後時刻，同時接通了點火器，點火器在燃燒室 不停的點火。3.當瓦斯可燃氣體達到一定比例時，燃燒室被點著燃燒爆炸。在爆炸壓力的作用 下，壓力探測報警器根據開始點火至點著燃燒爆炸的時間統計，也就是開始向燃燒室加注 噴射瓦斯可燃氣體至點著燃燒爆炸的總時間，這個時間段裡，總計注入噴射了多少瓦斯量， 從而得知礦區可燃氣體的含量，多次反覆測試，可以統計得到礦區可燃氣體含量的增減狀 況，進一步可以對礦區可燃氣體含量進行預報、報警，切斷開採設備電源，警報，撤離人員， 調節空氣流通，抽排礦區可燃氣體，調節降溫，降水等相關措施。4.控制電路板連接物聯網，進行相關預報與報警和相關監管管理。5.控制電路板設置整個測試燃燒爆炸時間為10秒、20秒、30秒三種形式。清理冷卻系統1.燃燒爆炸壓力產生後，控制電路板斷開了上閥門，中閥門，下閥門的電源，三個 閥門自動打開。2.三個閥門打開的同時，控制電路板切斷點火器電路開關，電源被切斷，點火器停 止工作，控制電路板同時切斷氣體流量表開關，氣體流量錶停止了噴注瓦斯的工作。3.控制電路板將三個閥門電源斷開同時，打開接通了氣泵開關，大量氣體噴向燃 燒室，洗除燃燒室汙垢和對燃燒室降溫。4.控制電路板將三個閥門電源斷開同時，接通水泵電源，水泵開始工作，水循環設 備進行降溫處理。5.可燃氣體不足5%含量時，進行重複測試。6.控制電路板設置整個清理冷卻處理時間為10秒、20秒、30秒三種形式。應急處理系統啟動[0104]1.當礦區瓦斯及其它可燃氣體含量逐步上升，控制電路板啟動通排風設施，隨著 可燃氣體再度上升，加大通排風設施功率，最大限度及時調節降低礦區瓦斯可燃氣體含量。2.當礦區瓦斯上升到危及邊緣，除及時報警，撤離人員之外，電路控制板將啟動連 接的所有處理應急設備，進行降溫，噴水，抽排氣體，並關停其它開採設備。
9
權利要求一種瓦斯及其它可燃氣體爆炸預警裝置，其特徵在於在採樣氣流主管道內設置上、中、下電動閥門，形成隔離室和燃燒室，在主管道採氣口下方安裝採樣氣扇，在主管道排氣口上方安裝排氣扇，電動閥門和採氣扇、排氣扇都由控制電路板連接控制，主管道燃燒室側壁分別連接有配氣系統、電子點火系統和測試報警系統；配氣系統為瓦斯或可燃氣體壓縮罐通過配氣管道、電動可調氣體流量表連接至主管道的進氣咀，電動可調氣體流量表與控制電路板連接；電子點火系統為主管道內的電子點火頭連接控制電路板；測試報警系統為主管道的燃燒室內壁安裝有壓力傳感器和/或溫度傳感器，壓力傳感器和/或溫度傳感器通過信號線連接控制電路板，控制電路板分別連接報警電路、安全控制中心、安全系統網絡、安全系統控制設備及應急處理系統。
2.根據權利要求1所述的瓦斯及其它可燃氣體爆炸預警裝置，其特徵在於主管道側 壁還連接安裝有清理冷卻系統，清理冷卻系統為主管道隔離室和燃燒室連接安裝有噴氣 咀，噴氣咀通過管道連接氣泵，氣泵受控制電路板連接控制；主管道外周連接安裝有循環冷 卻水箱，循環冷卻水箱通過連接水管、水泵與底座水箱連接連通。
3.根據權利要求1所述的瓦斯及其它可燃氣體爆炸預警裝置，其特徵在於主管道內 上、中、下電動閥門關閉到位處，安裝有上、中、下電磁開關，電磁開關與控制電路板連接。
專利摘要一種瓦斯及其它可燃氣體爆炸預警裝置，在採樣氣流主管道內設置上、中、下電動閥門及採氣扇、排氣扇，形成隔離室和燃燒室，主管道燃燒室側壁分別連接有配氣系統、電子點火系統和測試報警系統；瓦斯或可燃氣體壓縮罐通過配氣管道、電動可調氣體流量表連接至主管道的進氣咀，電動閥門、採氣扇、排氣扇、電動可調氣體流量表、電子點火頭、壓力傳感器和/或溫度傳感器連接控制電路板，控制電路板分別連接報警電路、安全控制中心、安全系統網絡、安全系統控制設備及應急處理系統。本實用新型採用一種嶄新的裝置，連續不斷試驗和測試混合可燃氣體動態數據，快速發現可燃氣體超限，並提前預警，快速處置，避免人民生命財產重大損失。
文檔編號E21F17/18GK201738955SQ201020508210
公開日2011年2月9日 申請日期2010年8月26日 優先權日2010年8月26日
發明者周柏林, 周泉清 申請人:周泉清;周柏林