采空区气体取样装置和方法与流程

1.本发明属于煤矿灭火技术领域，具体涉及一种采空区气体取样装置和方法。


背景技术：

2.煤矿采空区自然发火是一种能够波及全矿井，造成严重人身伤害和经济损失的严重事件。为了及时观测、掌握煤矿采空区火灾发生情况，其中最重要的一项工作就是煤矿采空区气体观测、分析。能否准确采集采空区内气体是煤矿自然发火预测预报工作准确与否的关键。
3.目前主要采用抽气泵和气囊配合采样。但是对于正压通风或采空区密闭内外压差较大的煤矿，抽气泵采样存在采集不出气样、气样不准确、抽气时间长等问题，直接结果就是采集的气样不准确、效率低。


技术实现要素：

4.针对现有技术中所存在的上述技术问题的部分或者全部，本发明提出了一种采空区气体取样装置和方法。该采空区气体取样装置能提高气样的准确性和取样效率。
5.根据本发明的一方面，提供了一种采空区气体取样装置，包括：
6.气体观测管，所述气体观测管用于穿过采空区与巷道之间的密封墙，在所述气体观测管上设置有气样仓收放窗口和气样仓取样窗口，且所述气样仓收放窗口位于巷道内，所述气样仓取样窗口位于采空区内，
7.气样仓模块，所述气样仓模块用于设置在所述气体观测管内并在所述气样仓收放窗口和所述气样仓取样窗口之间移动，
8.密封挡板，所述密封挡板用于密封式隔离所述气样仓收放窗口和所述气样仓取样窗口。
9.在一个实施例中，在所述气体观测管内设置直线导轨，所述气样仓模块安装在所述直线导轨上，驱动结构与所述直线导轨传动连接，用于带动所述气样仓模块在所述气样仓收放窗口和所述气样仓取样窗口之间往复运动。
10.在一个实施例中，所述直线导轨与所述气样仓模块之间形成丝杠螺母副，并且所述驱动结构为转动手轮，所述转动手轮与所述直线导轨固定连接，用于带动所述直线导轨旋转。
11.在一个实施例中，所述密封挡板包括第一挡板和第二挡板，所述第一挡板和所述第二挡板分别位于所述气样仓模块的两端，并与所述气样仓模块保持相对静止。
12.在一个实施例中，所述气样仓模块包括：
13.气样仓体，所述气样仓体具有腔体以及与所述腔体连通的进气口和采样孔，
14.设置在所述进气口处的密封板，所述密封板用于打开或关闭所述进气口，
15.设置在所述采样孔处的密封塞，所述密封塞用于打开或关闭所述采样孔。
16.在一个实施例中，所述腔体的内壁上滑动配合气样活塞，所述气样活塞用于改变
所述腔体的容积。
17.在一个实施例中，所述密封板与所述气样仓体之间设置有扭簧，所述扭簧用于使得所述密封板打开所述进气口，在所述气样仓体位于所述气体观测管内时所述气体观测管抵接所述密封板以使得所述密封板盖合在所述进气口。
18.在一个实施例中，所述气样仓模块还包括气囊，所述气囊能够安装在所述采样孔上，用于在所述密封板关闭所述进气口时，在所述气样活塞的作用下，使所述腔体内的气体经所述采样孔进入所述气囊内。
19.在一个实施例中，所述气样仓模块还包括推拉杆，所述推拉杆与所述气样活塞连接，用于带动所述气样活塞运动。
20.根据本发明的另一方面，提供一种利用上述装置进行采空区气体取样方法，包括以下步骤：
21.s100，安装所述气体观测管，以使所述气样仓收放窗口位于所述巷道内，所述气样仓取样窗口位于采空区内，此时，所述气样仓模块位于所述气样仓收放窗口，
22.s200，使所述气样仓模块移动到所述气样仓取样窗口，
23.s300，操作所述气样仓模块，使所述气样仓模块采集所述采空区的气体，
24.s400，使所述气样仓模块移动回到气样仓收放窗口，并从所述气样仓模块中收集所采集的气体。
25.与现有技术相比，本发明的优点在于：气样仓模块在气样仓收放窗口和气样仓取样窗口之间移动，以在采空区取样，并运送到气样仓收放窗口，在这个过程中，密封挡板隔离气样仓收放窗口和气样仓取样窗口，使得所取气体气样准确。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
27.图1为本发明具体实施例所述的采空区气体取样装置的结构示意图；
28.图2为图1中的采空区气体取样装置的结构示意图；
29.图3为图1中的气样仓模块沿着直线轨道运动至中间位置时的示意图；
30.图4为图1中的气样仓模块运动至取样位置时的示意图；
31.图5为图1中的气样仓模块的结构示意图；
32.图6为图5中的气样仓模块取样到气体样本的示意图；
33.图7为将图6中的气样仓模块取样到气体样本挤入气囊的示意图；
34.图8为图1中的采空区气体取样装置的使用步骤示意框图；
35.图9为本发明实施例提供的采空区气体取样方法的流程示意框图。
36.图标：10-巷道；20-采空区；30-密闭墙；100-采空区气体取样装置；110
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气体观测管；111-气样仓收放窗口；112-气样仓取样窗口；120-气样仓模块；121
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气样仓体；1211-进气口；1212-采样孔；122-密封板；123-气样活塞；124-密封塞；125-气囊；126-推拉杆；130-密封挡板；140-直线导轨；150-驱动结构。
具体实施方式
37.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
38.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
39.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
40.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
41.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。
42.下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细说明。
43.请参阅图1和图2，本实施例提供了一种采空区气体取样装置100，其能够提高气样的准确性和取样效率。
44.在本发明实施例中，采空区气体取样装置100用于取样采空区20的气体，在采空区20与巷道10之间设置有密闭墙30，密闭墙30用于隔离巷道10和采空区20，密闭墙30上开设有一个安装气体取样装置100的孔，用于气体取样装置100穿过。
45.在本实施例中，取样装置包括气体观测管110、气样仓模块120、密封挡板 130、直线导轨140和驱动结构150。气体观测管110安装在密闭墙30上，并从巷道10延伸至采空区20。气体观测管110设置有气样仓收放窗口111和气样仓取样窗口112。且气样仓收放窗口111位于巷道10内，气样仓取样窗口112 位于采空区20内。直线导轨140安装在气体观测管110内。气样仓模块120 安装在直线导轨140上。驱动结构150与直线导轨140传动连接，用于带动气样仓模块120在气样仓收放窗口111和气样仓取样窗口112之间往复运动。密封挡板130用于在气样仓模块120位于气样仓收放窗口111时密封气样仓收放窗口111，并用于在气样仓模块120位于气样仓取样窗口112时密封气样仓取样窗口112。也就是说，不论气样仓模块120位于何处，密封挡板130均能实现气样仓收放窗口111与气样仓取样窗口112的隔离，进而保证采样操作过程中，气样的准确性。
46.气体观测管110安装在密闭墙30上的方式可以不做具体限定，气样仓收放窗口111和气样仓取样窗口112的设置方式也可以不做要求和限定。如图1所示，气体观测管110在采空区20一侧的长度大于其在巷道10一侧的长度，当然，并不仅限于此，其具体的长度关系取决于密闭墙30的设置位置。驱动结构 150的驱动方式可以为手动或者自动。“气样仓模块120在气样仓收放窗口111 和气样仓取样窗口112之间往复运动”指的是，在驱动结构150的作用下，气样仓模块120可以从气样仓收放窗口111运动至气样仓取样窗口112，完成对采空区20气体的取样，也可以从气样仓取样窗口112运动至气样仓收放窗口 111，将取样的气体收集至测量设备检测；该过程可以进行一次或多次。
47.在可选的实施例中，气体观测管110在靠近两端部的侧壁上分别开设气样仓收放
窗口111和气样仓取样窗口112。气体观测管110的截面形状如图所示，其具体的形状可以为长方体、圆柱体或者不规则体等，本发明对此不做要求和限定。
48.进一步地，气体观测管110在采空区20内的长度大于在巷道10的长度。
49.在可选的实施例中，直线导轨140与气样仓模块120之间形成丝杠螺母副，驱动结构150用于带动直线导轨140绕直线导轨140的中轴线旋转。
50.进一步地，驱动结构150为转动手轮，转动手轮与直线导轨140固定连接，用于带动直线导轨140旋转。转动手轮可以手动驱动气样仓模块120，从而便于调节且具有良好的安全性。
51.在可选的实施例中，密封挡板130包括第一挡板和第二挡板，第一挡板和第二挡板分别位于气样仓模块120的两端，并与气样仓模块120保持相对静止，第一挡板用于密封气样仓收放窗口111，第二挡板用于密封气样仓取样窗口 112。
52.如图3所示，其示出的是气样仓模块120运动至气样仓取样窗口112和气样仓收放窗口111之间时的结构示意图，此时，密封挡板130密封气样仓取样窗口112和气样仓收放窗口111，使采空区20与巷道10保持密封。
53.如图4所示，其示出了气样仓模块120运动至气样仓取样窗口112时的结构示意图，此时，密封挡板130依然能密封气样仓取样窗口112和气样仓收放窗口111，使采空区20与巷道10保持密封。在图4中，可以通过气样仓模块 120实现气体的取样。
54.请参阅图5和图6，在可选的实施例中，气样仓模块120包括气样仓体121、密封板122、气样活塞123和密封塞124。气样仓体121具有腔体以及与腔体连通的进气口1211和采样孔1212，密封板122与气样仓体121活动连接，用于打开或关闭进气口1211。密封塞124设置在采样孔1212上，用于打开或关闭采样孔1212。气样活塞123与腔体的内壁滑动配合。进气口1211用于使采空区20内的气体进入腔体内。
55.请参阅图7，进一步地，气样仓模块120还可以包括气囊125。气囊125 能够安装在采样孔1212上，用于在密封板122关闭进气口1211时，在气样活塞123的作用下，使腔体内的气体经采样孔1212进入气囊125内。即，通过气囊125收集取样气体。
56.进一步地，密封板122与气样仓体121之间设置有扭簧，扭簧用于使密封板122远离进气口1211，以使进气口1211打开。
57.进一步地，气样仓模块120还包括推拉杆126，推拉杆126与气样活塞123 连接，用于带动气样活塞123运动。
58.可选地，采样孔1212与气样活塞123的立面相对，且采样孔1212的中轴线与腔体的中轴线同轴。
59.对于气样仓模块120来说，请参阅图5，密封板122打开进气口1211，采空区20内的气体进入到气样仓体121的腔体内，再关闭密封板122(图6)，气样仓体121内的气体即为采空区20内采集的气体。在直线轨道的带动下，气样仓模块120回到巷道10一侧，可以打开密封塞124，并将气囊125套在采样孔 1212上(图7)，在气样活塞123的作用下，将采样到的气体挤入气囊125内，从而实现气样的收集。
60.请参阅图8，本实施例中的采空区20取样装置，其主要解决的是目前采空区20取样不准确，效率低等问题，提供一种准确、快速的采空区20取样方案及装置。在施工密闭墙3030隔离采空区20与巷道10时在密闭上安装气体观测管110，气体观测管110内安装有直线
导轨140、手轮、气样仓收放窗口111、气样仓取样窗口112和密封挡板130。通过气样仓收放窗口111将气样仓安装在直线导轨140上，关闭气样仓密封板122摇动手轮使气样仓从气样仓收放窗口111移动至气样仓取样窗口112。气样仓摇动至气样仓取样窗口112后，气样仓密封板122在扭簧作用下自动弹起，实现气样仓体121与采空区20气体自由扩散，完成气体采样。采用完成后，摇动手轮使气样仓体121从气样仓取样窗口112移动至气样仓收放窗口111。在气样仓体121由气样仓取样窗口112 进入到气样仓体121的腔体内时，在气体观测管110作用下，密封板122被关闭到进气口1211上，用于保证气样仓体121的密闭。在气样仓体121移动过程中，气体观测管110的壁作用抵接于密封板122，保证进气口1211的密闭。直至，气样仓体121到达气样仓收放窗口111。此时，需要说明的是，可以通过手动按压密封板122的方式依然保证进气口1211的密闭。气样仓模块120移动过程中两个密闭挡板130始终有一个处于气体观测管110内部，保证采空区20 与巷道10之间气体不流通。
61.例如，在密封板122的与气体观测管110的壁之间还可以设置滑块滑轨结构，一方面用于保证密封板122的密封，另一方面，保证气样仓体121在气体观测管110内顺利移动。进一步地，滑块滑轨结构还可以构造为滚动摩擦，相对于滑动摩擦可以减低摩擦力，进一步保证气样仓体121在气体观测管110内顺利移动。
62.请参阅图9，本发明实施例还提供一种采空区20气体取样方法，利用前述任一项的采空区气体取样装置100，取样方法包括：
63.步骤s100：安装气体观测管110，以使气样仓收放窗口111位于巷道10 内，气样仓取样窗口112位于采空区20内。此时，气样仓模块120位于气样仓收放窗口111，且密封挡板130在气样仓收放窗口111形成密封。
64.步骤s200：气样仓模块120在气体观测管110内运动，使气样仓模块120 到达气样仓取样窗口112。此时，密封挡板130依然能在采空区20和巷道10 之间形成密封。
65.步骤s300：操作气样仓模块120，使气样仓模块120采集采空区20的气体。
66.可选地，在本发明实施例中，步骤s300可以包括以下子步骤。
67.子步骤s310：在扭簧作用下，密封板122打开，使进气口1211与采空区 20连通。从而使得采空区20的气体由进气口1211进入到气样仓体121的腔室内。
68.子步骤s320：进气口1211与采空区20连通预设时间。连通预设时间使得采样去的气体能够充分进入到气样仓体121的腔室内。
69.步骤s400：使气样仓模块120移动回到气样仓收放窗口111，并从气样仓模块120中收集所采集的气体。
70.可选地，在本发明实施例中，步骤s400可以包括以下子步骤。
71.子步骤s410：在驱动结构150的作用下，使气样仓模块120沿直线轨道滑动。初始，气体观测管110作用于密封板122，使得密封板重新密封进气口1211，保证气样仓体121内的气体成分基本等同于采空区20内的气体。使气样仓模块 120位于气样仓收放窗口111。此时，密封板122可以依靠外力例如手动压在进气口1211处。同时，密封挡板130在气样仓收放窗口111形成密封，阻隔采空区20与巷道10连通。
72.子步骤s420：将气囊125套在采样孔1212处，推动气样活塞123，使气样仓体121内的气体被挤压至气囊125内，从而实现采空区20气体的取样。
73.收集气体时气样仓活塞上安装推拉杆126，气样收集孔上安装气囊125，推动推拉
杆126使气样活塞123移动将气样仓内气体推至气囊125中，完成气样收集工作。
74.本发明实施例提供的采空区气体取样装置100及其取样方法可以实现对采空区20内气体的方便采样，且采集到的气样准确；即可以提高采集的气样准确性和效率。
75.需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
76.此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
77.还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
78.虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。