[实用新型]一种基于微流控技术的煤矿井下空气监测装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及煤矿井下空气监测技术领域，尤其是涉及一种基于微流控技术的煤矿井下空气监测装置。

背景技术

煤炭工业是我国重要的能源产业之一，2011年全国煤炭产量达35.2亿吨左右，约占全国能源生产总量的77.8%。目前，我国地下煤矿均为瓦斯矿井，瓦斯煤尘爆炸、煤与瓦斯突出等灾害给煤炭的安全生产带来巨大压力。因此，国家安全生产监督管理局和国家煤矿安全监察局制定了严格的《煤矿安全规程》。

为了保证井下正常生产，《煤矿安全规程》规定了井下工作区域空气中的各种气体含量和粉尘浓度。其中，井下主要监测的气体成分包括氧气(O₂)、二氧化碳(CO₂)、甲烷(CH₄)、氢气(H₂)、二氧化硫(SO₂)、一氧化碳(CO)、硫化氢(H₂S)、氨(NH₃)、氧化氮（NO）等。粉尘监测主要涉及总粉尘、呼吸性粉尘和粉尘中游离SiO₂含量等。因此，实时全面掌握井下空气现状在矿井安全监控系统中显得十分重要。

目前，与矿井安全监控系统配接的空气监测类装置主要有甲烷检测仪、一氧化碳检测仪和煤矿粉尘浓度测量仪等，其使用基本满足现有煤矿安全监控的要求。但在实际中，使用上述独立式的监测仪器对井下空气进行检测时，需要多种设备，程序繁琐，费用高；在进行综合数据分析时，不仅各类数据间的相关性差，而且工作人员劳动强度大。

为了适应煤矿井下空气监测的需要，近年来井下空气检测技术出现了多种检测仪器集成化的趋势。采用单一仪器来检测分析同一空气样本的多项指标，不仅能降低费用，而且能更好的反映空气在同一时刻的真实情况。例如，北京凌天世纪自动化技术有限公司生产的“CJYB4/25甲烷氧气两参数报警仪”，使用热催化原理、电化学原理实时检测环境空气中甲烷、氧气的浓度。

近年来，在生物、化学领域发展的微流控技术为煤矿井下空气监测技术的发展提供了新的机遇。微流控技术把分析实验中涉及的多种操作单元集成在一块几平方厘米的芯片上，进行相关分析。例如，申请日为2011年3月25日，申请号为201110074623.X的中国实用新型专利公开了一种有毒有害气体检测芯片及其制备方法，该芯片使用电化学的方法可以检测一氧化碳、硫化氢和二氧化硫等气体种类和浓度。但是，煤矿井下环境特殊，由于空气中的气体成分、粉尘浓度同时监测的需要，上述芯片无法直接引入煤矿井下进行空气监测。现有技术中，还没有基于微流控技术的煤矿井下空气监测系统及方法。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于微流控技术的煤矿井下空气监测装置，其结构简单，设计新颖合理，实现方便，降低了检测成本，减少了工作人员的劳动强度，提高了检测效率，且能获得更加准确的检测数据，实用性强，推广应用价值高。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种基于微流控技术的煤矿井下空气监测装置，其特征在于：包括微流控芯片、采样单元、检测单元和主控制单元，所述微流控芯片上设置有进气孔、排气孔、排尘孔、高速气体入口、液体入口和抽真空口，所述微流控芯片内部设置有气固两相分离机构、粉尘分散度选择机构和多条气体分析微通道，所述气固两相分离机构的进气口通过输气导管和设置在输气导管上的第一微阀与所述进气孔相接，所述气固两相分离机构的粉尘出口通过粉尘输送导管和设置在粉尘输送导管上的第五微阀与粉尘分散度选择机构的粉尘入口相接，所述粉尘分散度选择机构的粉尘出口通过粉尘输送导管与所述排尘孔相接，所述气固两相分离机构的气体出口通过输气导管和设置在输气导管上的第四微阀与多条所述气体分析微通道的气体入口相接，多条所述气体分析微通道的气体出口均通过第六微阀与所述排气孔相接，所述气固两相分离机构通过液体输送导管和设置在液体输送导管上的第二微阀与所述液体入口相接，所述液体输送导管通过高速气体输送导管和设置在高速气体输送导管上的第七微阀与所述高速气体入口相接，连接在所述气固两相分离机构气体出口处的输气导管通过抽真空导管和设置在抽真空导管上的第三微阀与所述抽真空口相接；