瓦斯控制装置的制作方法

1.本实用新型涉及煤矿瓦斯管理技术领域，具体涉及一种瓦斯控制装置。


背景技术：

2.随着煤矿开采程度的不断加大，瓦斯越来越成为制约矿井安全生产的瓶颈。特别是大气压的急剧变化，导致矿井瓦斯异常涌出，造成工作面瓦斯异常超限，严重影响矿井的安全生产。井下采空区可以看作是一个开口的容器，其气压相对比较稳定。当地面大气压急剧降低时，井下巷道和回采工作面的气压也随着降低，致使采空区内气压大于巷道及回采工作面的气压，采空区表现为气体膨胀，瓦斯不断向巷道、回采工作面异常涌出，导致瓦斯超限。
3.目前，主要通过在巷道中施工风门、安设局部通风机等方式，通过人工控制，调节巷道及回采工作面的气压，以平衡与采空区之间的压差。此种方式，增加了矿井运输的难度和管理难度，且使用人工操作的方法，不能实时控制采空区和巷道、回采工作面之间的压差，具有明显的滞后性。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本实用新型提供一种瓦斯控制装置，设置泄压管路连通采空区与总回风巷道，根据回采工作面的瓦斯浓度，自动控制泄压管路上电控阀的启闭，也即控制采空区向总回风巷道中释放瓦斯的时机，使采空区与总回风巷道及回采工作面之间的压差始终处于合理范围内，以克服现有技术的缺陷。
5.本实用新型提供的瓦斯控制装置包括：第一瓦斯传感器，设置于回采工作面，用于监测回采工作面的瓦斯浓度，并输出第一浓度信号；泄压管路，其第一端连通采空区，其第二端连通总回风巷道；电控阀，设置于所述泄压管路中；控制器，所述控制器的第一输入端与所述第一瓦斯传感器的输出端连接以接收所述第一浓度信号，所述控制器的输出端与所述电控阀的控制端连接；所述控制器的输出端在所述第一浓度信号大于第一设定阈值时，输出第一控制信号至所述电控阀的控制端，控制所述电控阀开启。
6.可选地，所述瓦斯控制装置还包括大气压传感器，设置于地面，用于监测地面的大气压值，并输出压力信号；所述控制器的第二输入端与所述大气压传感器的输出端连接以接收所述压力信号，当大气压下降速率大于第二设定阈值时，所述控制器的输出端输出所述第一控制信号至所述电控阀的控制端，控制所述电控阀开启。
7.可选地，所述瓦斯控制装置还包括第二瓦斯传感器，设置于所述总回风巷道，用于监测所述总回风巷道中的瓦斯浓度，并输出第二浓度信号；所述控制器的第三输入端与所述第二瓦斯传感器的输出端连接以接收所述第二浓度信号；所述控制器的输出端在所述第二浓度信号大于第三设定阈值时，输出第二控制信号至所述电控阀的控制端，控制所述电控阀关闭；所述第二控制信号的优先级高于所述第一控制信号。
8.可选地，所述瓦斯控制装置还包括手动控制器，其输出端与所述电控阀的控制端
连接，在收到手动触发信号后，其输出端输出所述第一控制信号或所述第二控制信号以控制所述电控阀的启闭。
9.可选地，所述电控阀包括电动闸阀和电动机；所述电动机的输出端与所述电动闸阀的输入端连接，所述电动机的被控端作为所述电控阀的控制端与所述控制器的输出端连接，所述电动机驱动其输出端正转或反转以控制所述电动闸阀的启闭。
10.可选地，所述瓦斯控制装置还包括：总站控制主机，设置于地面的总站内；分站控制主机，设置于巷道中的分站内；所述总站控制主机的输出端与所述分站控制主机的输入端连接，所述分站控制主机的输出端与所述控制器的第四输入端连接。
11.可选地，所述瓦斯控制装置还包括控制面板，其输出端与所述总站控制主机的输入端连接。
12.可选地，显示屏，所述显示屏的输入端与所述控制器的输出端连接。
13.可选地，所述控制器为plc控制器。
14.可选地，所述第二瓦斯传感器设置于所述总回风巷道中所述泄压管路的所述第二端的下风侧。
15.本实用新型提供的以上技术方案，与现有技术相比，至少具有如下有益效果：
16.通过设置泄压管路连通采空区及总回风巷道，根据回采工作面的瓦斯浓度，自动控制电控阀的启闭，也即控制采空区向总回风巷道中释放瓦斯的时机，使采空区与总回风巷道及回采工作面之间的压差始终处于合理范围内，防止采空区内瓦斯的异常涌出，克服了设置巷道风门、安设局部通风机等调压方式存在的运输、管理难度大及调压滞后性的问题。
附图说明
17.图1为本实用新型一个实施例所述的瓦斯控制装置的工作状态示意图；
18.图2为图1所示瓦斯控制装置的控制关系图。
19.附图标记：
20.1：第一瓦斯传感器；2：第二瓦斯传感器；3：泄压管路；4：电动闸阀；5：电动机；6：控制器；7：总回风巷道；8：采空区；9：大气压传感器；10：手动控制器；11：总站控制主机；12：分站控制主机；13：密闭墙。
具体实施方式
21.下面将结合附图进一步说明本实用新型实施例。在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型的简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必需具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。
22.图1为本实用新型一个实施例所述的瓦斯控制装置的工作状态示意图；图2为图1所示瓦斯控制装置的控制关系图。
23.如图1和图2所示，本实用新型提供的瓦斯控制装置包括第一瓦斯传感器1、泄压管
路3、电控阀和控制器6。
24.所述第一瓦斯传感器1设置于回采工作面，用于监测回采工作面的瓦斯浓度，并输出第一浓度信号；所述泄压管路3的第一端连通采空区8，所述泄压管路3的第二端连通总回风巷道7；所述电控阀设置于所述泄压管路3中；所述控制器6的第一输入端与所述第一瓦斯传感器1的输出端连接以接收所述第一浓度信号，所述控制器6的输出端与所述电控阀的控制端连接；所述控制器6的输出端在所述第一浓度信号大于第一设定阈值时，输出第一控制信号至所述电控阀的控制端，控制所述电控阀开启。
25.所述采空区8内的压力与巷道内的压力处于平衡状态时，所述采空区8不会向巷道内释放瓦斯，当所述采空区8内的压力大于巷道内的压力时，会根据压差大小以不同速率向巷道内释放瓦斯，当巷道内瓦斯超过一定浓度阈值时，会对人体造成伤害，甚至会引发爆炸等事故，本实用新型瓦斯控制装置，在回采工作面的回风巷道中设置所述第一瓦斯传感器1，随时监测回采工作面的瓦斯浓度，设置所述泄压管路3，使所述泄压管路3的第一端(图1中左端)贯穿所述采空区8与巷道之间的密闭墙13，连通所述采空区8内部，并使所述泄压管路3的第二端(图1中右端)延伸至所述总回风巷道7，且在所述泄压管路3中设置所述电控阀，所述电控阀初始处于关闭状态，也即所述采空区8与所述总回风巷道7初始处于未连通状态，当所述第一瓦斯传感器1监测到回采工作面的瓦斯浓度大于所述第一设定阈值时，所述控制器6输出所述第一控制信号至所述电控阀的控制端，控制所述电控阀开启，此时，因所述采空区8内的压力大于巷道内的压力，所述采空区8内的瓦斯会沿所述泄压管路3释放到所述总回风巷道7中，并随气流排出至地表，释放一定量的瓦斯后，所述采空区8内的压力下降，与所述回采工作面的压力重新达到平衡状态，因此，不会继续向回采工作面中释放瓦斯，从而不会使回采工作面中的瓦斯浓度进一步增大，保证作业人员的安全。
26.通过设置所述泄压管路3连通所述采空区8及所述总回风巷道7，根据回采工作面的瓦斯浓度，自动控制所述电控阀的启闭，也即控制所述采空区8向所述总回风巷道7中释放瓦斯的时机，使所述采空区8与所述总回风巷道7及回采工作面之间的压差始终处于合理范围内，防止所述采空区8内瓦斯的异常涌出，克服了设置巷道风门、安设局部通风机等调压方式存在的运输、管理难度大及调压滞后性的问题。
27.在本实施例中，所述第一瓦斯传感器1设置于图1中位于回采工作面下方的回风巷道中，所述泄压管路3设置于图1中位于回采工作面上方的所述采空区8与所述总回风巷道7之间，所述泄压管路3贯穿所述采空区8与巷道之间的所述密闭墙13，并悬挂于巷道顶部，井下各采空区8之间是相互连通的，各采空区8内的压力保持平衡，当回采工作面的瓦斯浓度大于所述第一设定阈值，所述控制器6控制所述电控阀开启，图1中位于回采工作面上方的所述采空区8通过所述泄压管路3向所述总回风巷道7中释放瓦斯时，图1中回采工作面左侧的采空区8也会向回采工作面上方的采空区8中释放瓦斯，从而达到各采空区8之间的压力平衡。根据井下采空区8及巷道的具体布局，所述泄压管路3也可设置于与回采工作面相邻的其他采空区8与所述总回风巷道之间，只要所述采空区8具备与所述总回风巷道7连通的条件即可，所述第一瓦斯传感器1也可设置于回采工作面邻近的图1中以外的其他位置，所述第一设定阈值可以根据不同煤矿的具体条件进行调整，所述控制器6根据回采工作面的瓦斯浓度与所述第一设定阈值的对比结果控制所述电控阀自动启闭的过程，采用现有的简单算法即可实现。
28.可选地，所述瓦斯控制装置还包括大气压传感器9，设置于地面，用于监测地面的大气压值，并输出压力信号；所述控制器6的第二输入端与所述大气压传感器9的输出端连接以接收所述压力信号，当大气压下降速率大于第二设定阈值时，所述控制器6的输出端输出所述第一控制信号至所述电控阀的控制端，控制所述电控阀开启。
29.正常状态下，所述采空区8内的压力与地面的大气压保持平衡，此时，所述采空区8不会向回采工作面中释放瓦斯，当地面的大气压缓慢降低时，所述采空区8会向回采工作面缓慢释放瓦斯，但因释放速度很慢，释放出的瓦斯最终随风流沿总回风巷道7排出至地表，因此不会造成回采工作面内的瓦斯浓度超标，当地面的大气压值快速下降，也即大气压下降速率足够大时，所述采空区8与地面之间的压差会在短时间内达到较大值，所述采空区8会在短时间内向回采工作面释放大量瓦斯，大量的瓦斯不能及时排出，造成回采工作面的瓦斯浓度超标，因此，设置所述大气压传感器9，根据监测到的大气压值计算大气压下降速率，当大气压下降速率达到所述第二设定阈值时，预判所述采空区8会在一定时间后向回采工作面释放大量瓦斯，因此，在大气压下降速率达到所述第二设定阈值，即所述采空区8还未向回采工作面释放大量瓦斯时，提前打开所述电控阀，使所述采空区8内的瓦斯经所述泄压管路3排出至所述总回风巷道7，随风流排出至地表，以降低所述采空区8内的压力，减小所述采空区8与巷道及回采工作面之间的压差，阻止所述采空区8向回采工作面释放瓦斯。
30.设置所述大气压传感器，根据大气压下降速率的变化打开所述泄压管路3中的所述电控阀，可以在回采工作面瓦斯浓度并未超标时，预判所述采空区8是否会向回采工作面释放瓦斯，并提前释放所述采空区8内的瓦斯至所述总回风巷道7，与根据所述第一瓦斯传感器1监测到的瓦斯浓度控制所述电控阀的开启互为补充，根据不同煤矿的具体情况，所述第二设定阈值可以进行调整，所述控制器6根据大气压下降速率与所述第二设定阈值的对比结果控制所述电控阀自动启闭的过程，采用现有的简单算法即可实现。
31.可选地，所述瓦斯控制装置还包括第二瓦斯传感器2，所述第二瓦斯传感器2设置于所述总回风巷道7，用于监测所述总回风巷道7中的瓦斯浓度，并输出第二浓度信号；所述控制器6的第三输入端与所述第二瓦斯传感器2的输出端连接以接收所述第二浓度信号；所述控制器6的输出端在所述第二浓度信号大于第三设定阈值时，输出第二控制信号至所述电控阀的控制端，控制所述电控阀关闭；所述第二控制信号的优先级高于所述第一控制信号。设置所述第二瓦斯传感器2，当监测到所述总回风巷道7中的瓦斯浓度超过所述第三设定阈值时，所述控制器6断开所述第一瓦斯传感器1监测的瓦斯浓度值和所述大气压传感器9监测的大气压下降速率对所述电控阀的控制，所述控制器6控制所述电控阀关闭，以使所述总回风巷道7中的瓦斯浓度超标的气流顺利排至地表。
32.在本实施例中，所述第二瓦斯传感器2设置于所述总回风巷道7中所述泄压管路3的所述第二端的下风侧30米处，根据国家规定，所述第三设定阈值的瓦斯浓度为0.75％，当所述总回风巷道7中的瓦斯浓度高于0.75％时，所述控制器6不受所述第一浓度信号大于所述第一设定阈值和所述大气压下降速率大于所述第二设定阈值的影响，控制所述电控阀关闭，停止所述采空区8向所述总回风巷道7中排放瓦斯，当所述总回风巷道7中的瓦斯浓度低于0.75％时，所述控制器6恢复接受所述第一浓度信号和所述大气压下降速率的控制。根据实际应用情况，所述第二瓦斯传感器2也可设置于所述总回风巷道7中的其他位置，根据政策的变化，所述第三设定阈值可以进行调整，所述控制器6内优先级的控制逻辑的设定采用
现有的算法即可实现。
33.可选地，所述瓦斯控制装置还包括手动控制器10，所述手动控制器10的输出端与所述电控阀的控制端连接，在收到手动触发信号后，所述手动控制器10的输出端输出所述第一控制信号或所述第二控制信号以控制所述电控阀的启闭。设置所述手动控制器10，井下现场作业人员可根据生产实际需求手动控制所述电控阀的启闭，便于现场作业人员灵活操作。
34.在本实施例中，所述手动控制器10设置于所述电控阀附近的巷道煤壁上，所述手动控制器10包括开关和启停按钮，实现现场对所述电控阀开启或闭合的手动控制。
35.可选地，所述电控阀包括电动闸阀4和电动机5；所述电动机5的输出端与所述电动闸阀4的输入端连接，所述电动机5的被控端作为所述电控阀的控制端与所述控制器6的输出端连接，所述电动机5驱动其输出端正转或反转以控制所述电动闸阀4的启闭。此种设置，简化了所述电控阀的控制方式，便于装置正常运转。
36.在本实施例中，所述电动闸阀4原始处于关闭状态，当所述第一瓦斯传感器1输出的所述第一浓度信号大于所述第一设定阈值，或所述大气压下降速率大于所述第二设定阈值时，所述控制器6控制所述电动机5正转，进而带动所述电动闸阀4开启，使所述采空区8经所述泄压管路3向所述总回风巷道7中释放瓦斯；当所述第一瓦斯传感器1输出的所述第一浓度信号小于所述第一设定阈值，且所述大气压下降速率小于所述第二设定阈值时，所述控制器6控制所述电动机5反转，进而带动所述电动闸阀4关闭，停止所述采空区8向所述总回风巷道7中释放瓦斯；当所述电动闸阀4处于开启状态，但所述第二瓦斯传感器2输出的所述第二浓度信号大于所述第三设定阈值时，此时即使所述第一浓度信号大于所述第一设定阈值，或即使所述大气压下降速率大于所述第二设定阈值，所述控制器6均控制所述电动机5反转，进而带动所述电动闸阀4关闭，停止所述采空区8向所述总回风巷道7中释放瓦斯，当所述第二瓦斯传感器2输出的所述第二浓度信号小于所述第三设定阈值时，所述控制器6恢复根据所述第一浓度信号和所述大气压下降速率控制所述电动闸阀4的启闭。
37.所述控制器6内还可以设置时间控制程序，实现所述电动机5每一次的运行时间为设定时间，以控制所述电动闸阀4每次开启或关闭的程度。在本实施例中，所述电动闸阀4由完全关闭状态至完全开启状态，或由完全开启状态至完全关闭状态，所述电动机5需要运行四次，当所述第一浓度信号大于第一设定阈值或所述大气压下降速率大于所述第二设定阈值时，所述控制器6控制所述电动机5正转并持续设定时间，所述电动机5正转带动所述电动闸阀4开启一定程度，所述设定时间结束后，所述电动闸阀4停止开启，此时，若仍满足所述第一浓度信号大于第一设定阈值或所述大气压下降速率大于第二设定阈值的条件，则所述控制器6再次控制所述电动机5正转并持续设定时间，依此循环，直至所述电动闸阀4处于完全开启状态。在所述电动闸阀4开启过程中或完全开启后，当监测到所述第一浓度信号小于所述第一设定阈值且所述大气压下降速率小于所述第二设定阈值时，或所述第二浓度信号大于所述第三设定阈值时，所述控制器控制所述电动机5反转并持续设定时间，所述电动机5反转带动所述电动闸阀4关闭一定程度，所述设定时间结束后，所述电动闸阀4停止关闭，此时，若仍满足所述第一浓度信号小于所述第一设定阈值且所述大气压下降速率小于所述第二设定阈值，或所述第二浓度信号大于所述第三设定阈值的条件，则所述控制器6再次控制所述电动机5反转并持续设定时间，依此循环，直至所述电动闸阀4处于完全关闭状态。
38.可选地，所述瓦斯控制装置还包括总站控制主机11和分站控制主机12。所述总站控制主机11设置于地面的总站内；所述分站控制主机设置于巷道中的分站内；所述总站控制主机11的输出端与所述分站控制主机12的输入端连接，所述分站控制主机12的输出端与所述控制器6的第四输入端连接。此种设置，可以在地面对所述控制器6进行远程控制，进而远程控制所述电控阀的启闭，最终实现所述采空区8向所述总回风巷道7中释放瓦斯时机的远程控制。
39.所述总站控制主机11、所述分站控制主机12与所述控制器6之间可以有线连接，也可以无线连接。
40.可选地，所述瓦斯控制装置还包括控制面板(未示出)，所述控制面板的输出端与所述总站控制主机11的输入端连接。设置所述控制面板，便于地面操作人员通过所述总站控制主机11对所述控制器6发出控制命令。
41.可选地，所述瓦斯控制装置还包括显示屏(未示出)，所述显示屏的输入端与所述控制器6的输出端连接。设置所述显示屏，将输出至所述控制器6的所述第一浓度信号和所述压力信号等在所述显示屏上显示出来，便于操作人员直观地了解井下回采工作面的瓦斯浓度情况及地面的气压情况。
42.所述显示屏还可以显示所述总回风巷道7中的所述第二浓度信号，或其他便于操作人员理解的各种数据信息。
43.可选地，所述控制器6为plc控制器。采用plc控制器使整个控制过程更加实时和准确。
44.可选地，所述第二瓦斯传感器2设置于所述总回风巷道7中所述泄压管路3的所述第二端的下风侧。此种设置，所述第二瓦斯传感器2所处位置既有巷道内排出的瓦斯，又有所述泄压管路3中排出的瓦斯，所述第二瓦斯传感器2监测到的瓦斯浓度是两处瓦斯综合的结果，也即所述第二瓦斯传感器2监测的是所述总回风巷道7内的瓦斯浓度最大值，保证了所述总回风巷道7内的瓦斯浓度一旦超标，第一时间控制所述电控阀关闭，使所述总回风巷道7内的瓦斯超标的气流顺利排至地表，保证所述总回风巷道7内的瓦斯浓度符合国家标准。
45.在本实施例中，所述第二瓦斯传感器2设置于所述总回风巷道7中所述泄压管路3的所述第二端(图1中右端)的下风侧30米处。根据实际应用情况，所述第二瓦斯传感器2的具体设置位置可以进行调整。
46.下面进一步介绍所述瓦斯控制装置的使用过程：
47.将所述泄压管路3悬挂于巷道顶部，使其连通回采工作面邻近的所述采空区8与所述总回风巷道7，将所述第一瓦斯传感器1设置于回采工作面的回风巷道中，将所述第二瓦斯传感器2设置于所述总回风巷道7中所述泄压管路3的所述第二端(图1中右端)的下风侧，所述泄压管路3上设置有电动闸阀4，受所述电动机5控制启闭，所述电动闸阀4附近设置有所述手动控制器10。当所述第一瓦斯传感器1输出的所述第一浓度信号大于所述第一设定阈值，或所述大气压下降速率大于所述第二设定阈值时，所述控制器6控制所述电动机5正转，进而带动所述电动闸阀4开启，使所述采空区8经所述泄压管路3向所述总回风巷道7中释放瓦斯；当所述第一瓦斯传感器1输出的所述第一浓度信号小于所述第一设定阈值，且所述大气压下降速率小于所述第二设定阈值时，所述控制器6控制所述电动机5反转，进而带
动所述电动闸阀4关闭，停止所述采空区8向所述总回风巷道7中释放瓦斯；当所述电动闸阀4处于开启状态，但所述第二瓦斯传感器2输出的所述第二浓度信号大于所述第三设定阈值时，此时即使所述第一浓度信号大于所述第一设定阈值，或即使所述大气压下降速率大于所述第二设定阈值，所述控制器6均控制所述电动机5反转，进而带动所述电动闸阀4关闭，停止所述采空区8向所述总回风巷道7中释放瓦斯，当所述第二瓦斯传感器2输出的所述第二浓度信号小于所述第三设定阈值时，所述控制器6恢复根据所述第一浓度信号或所述大气压下降速率控制所述电动闸阀4的启闭。
48.通过设置所述泄压管路3连通所述采空区8及所述总回风巷道7，根据回采工作面的瓦斯浓度，自动控制所述电控阀的启闭，也即控制所述采空区8向所述总回风巷道7中释放瓦斯的时机，使所述采空区8与所述总回风巷道7及回采工作面之间的压差始终处于合理范围内，防止所述采空区8内瓦斯的异常涌出，克服了设置巷道风门、安设局部通风机等调压方式存在的运输、管理难度大及调压滞后性的问题。
49.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。