[发明专利]一种煤矿井下红外气体监测分析装置及其使用方法

权利要求书

1.一种煤矿井下红外气体监测分析装置，其特征在于：包括设置在煤矿井下所检测气体附近处的地下监测分析组件和设置在煤矿井上地面处的地面显示操作组件，所述地下监测分析组件包括预抽及采样组件(1)、红外线气体检测仪(2)、CPU芯片(3)、地面数据存储器(4)、数模转换器(5)、地下声光报警器(6)、数据通讯芯片(7)和地下光端机(8)，所述预抽及采样组件(1)包括对检测气体进行防爆处理的气路隔爆装置(1-1)、对检测气体进行除尘处理的气体过滤器(1-2)和将煤矿井下所检测气体抽入气路隔爆装置(1-1)的采样泵(1-4)，所述气路隔爆装置(1-1)、气体过滤器(1-2)和采样泵(1-4)通过束管依次连接，连接所述气体过滤器(1-2)和采样泵(1-4)的束管上安装有可随时观测过滤后气体流量的流量传感器(1-3)；所述采样泵(1-4)通过束管与红外线气体检测仪(2)连接且由红外线气体检测仪(2)对所检测气体进行组分分析，所述红外线气体检测仪(2)与CPU芯片(3)电连接并将所检测气体组分分析结果信息传输给CPU芯片(3)，所述CPU芯片(3)通过系统总线与地面数据存储器(4)和数据通讯芯片(7)均相接且CPU芯片(3)将所接收的气体组分分析结果信息储存在地面数据存储器(4)上并将该气体组分分析结果信息传输给数据通讯芯片(7)，所述数据通讯芯片(7)通过通讯线路与地下光端机(8)连接且将接收的气体组分分析结果信息传输给地下光端机(8)，所述地下光端机(8)与所述地面显示操作组件通过光纤(10)连接；所述数模转换器(5)与CPU芯片(3)和流量传感器(1-3)均相接且将流量传感器(1-3)采集到的模拟信号转换为数字信号并传输给CPU芯片(3)，所述CPU芯片(3)还与地下声光报警器(6)相接且控制地下声光报警器(6)在出现异常情况时发出声光警报以提醒工作人员注意。

2.按照权利要求1所述的一种煤矿井下红外气体监测分析装置，其特征在于：所述地面显示操作组件包括外壳(9-7)、显示屏(9-1)、地面数据存储器(9-2)、按钮(9-3)、通讯芯片(9-4)、地面声光报警器(9-5)和地面光端机(9-6)，所述显示屏(9-1)、按钮(9-3)、地面声光报警器(9-5)和地面光端机(9-6)均设置在外壳(9-7)的外壁上，所述地面数据存储器(9-2)和通讯芯片(9-4)均设置在外壳(9-7)内；所述地面光端机(9-6)通过光纤(10)与地下光端机(8)连接且地下光端机(8)将接收的气体组分分析结果信息传输给地面光端机(9-6)，所述地面光端机(9-6)与通讯芯片(9-4)连接且将接收的气体组分分析结果信息传输给通讯芯片(9-4)，所述通讯芯片(9-4)连接显示屏(9-1)和地面数据存储器(9-2)且将接收的气体组分分析结果信息存储在地面数据存储器(9-2)上并通过显示屏(9-1)显示气体组分分析结果，所述按钮(9-3)和地面声光报警器(9-5)均与通讯芯片(9-4)相接。

3.按照权利要求1或2所述的一种煤矿井下红外气体监测分析装置，其特征在于：所述气路隔爆装置(1-1)为无电源自动抑爆装置。

4.按照权利要求1或2所述的一种煤矿井下红外气体监测分析装置，其特征在于：所述红外线气体检测仪(2)的数量为多个，多个所述红外线气体检测仪(2)之间相并联。

5.按照权利要求1或2所述的一种煤矿井下红外气体监测分析装置，其特征在于：所述地下光端机(8)和地面光端机(9-6)均为数据光端机。

6.按照权利要求1或2所述的一种煤矿井下红外气体监测分析装置，其特征在于：所述采样泵(1-4)为微型真空泵。

7.一种如权利要求2所述的煤矿井下红外气体监测分析装置的使用方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、用户通过操作按钮(9-3)来启动采样泵(1-4)，并将启动信号发送给通讯芯片(9-4)，通讯芯片(9-4)接收到启动信号后，将该启动信号发送给地面光端机(9-6)；地面光端机(9-6)接收到启动信号后，将该启动信号发送给地下光端机(8)；地下光端机(8)接收到启动信号后，将该启动信号发送给数据通讯芯片(7)；数据通讯芯片(7)接收到启动信号后，控制采样泵(1-4)启动；

步骤二、采样泵(1-4)开始对预抽及采样组件(1)进行抽真空处理，并利用产生的负压将煤矿井下检测气体依次抽入气路隔爆装置(1-1)、气体过滤器(1-2)和流量传感器(1-3)中；首先由气路隔爆装置(1-1)对检测气体进行防爆处理，防止气体在整个过程中发生爆炸；随后进入气体过滤器(1-2)中，对检测气体进行除尘处理，防止粉尘进入而导致束管堵塞；然后经过流量传感器(1-3)时，可以随时观测过滤后的气体流量，以了解气体采样情况；

步骤三、当所检测气体通过束管进入红外线气体检测仪(2)中，则红外线气体检测仪(2)开始对所检测气体中进行CO、CO₂、CH₄、C₂H₆、C₃H₈、C₄H₁₀、H₂S、C₂H₄和C₂H₂这九种气体组分分析，并将气体组分分析结果信息传输给CPU芯片(3)；

步骤四、CPU芯片(3)接收到该气体组分分析结果信息后，将其储存在地面数据存储器(4)中，同时又将该气体组分分析结果信息传输给数据通讯芯片(7)，数据通讯芯片(7)接收到气体组分分析结果信息后传输给地下光端机(8)；

步骤五、地下光端机(8)接收到气体组分分析结果信息后，将该气体组分分析结果信息发送给地面光端机(9-6)；

步骤六、地面光端机(9-6)接收到气体组分分析结果信息后，将该气体组分分析结果信息发送给通讯芯片(9-4)；通讯芯片(9-4)接收到气体组分分析结果信息后，将其储存在地面数据存储器(9-2)上，同时在显示屏(9-1)中进行显示；气体组分分析结果信息不断在地面数据存储器(9-2)储存，并不断在显示屏(9-1)中显示，通讯芯片(9-4)对收集到的一系列气体组分分析结果信息进行整理，然后绘制出分析结果随时间变化的气体浓度趋势图，并通过显示屏(9-1)进行显示；

步骤七、用户可以在通讯芯片(9-4)上给CO、CO₂、CH₄、C₂H₆、C₃H₈、C₄H₁₀、H₂S、C₂H₄和C₂H₂这九种气体设置气体浓度危险临界值；

当用户通过显示屏(9-1)上的气体浓度趋势图看到某种气体浓度达到或者超过其危险临界值时，通过操作按钮(9-3)使得通讯芯片(9-4)给地面光端机(9-6)发送危险信号，或者由通讯芯片(9-4)自动给地面光端机(9-6)发送危险信号；同时通讯芯片(9-4)控制地面声光报警器(9-5)发出危险信号声光警报，用于提醒地面工作人员做好准备应对可能发生的矿井火灾、瓦斯爆炸和窒息或者其它危及人身安全的危险性事件；

地面光端机(9-6)接收到危险信号后，将该危险信号发送给地下光端机(8)；地下光端机(8)接收到危险信号后，将该危险信号发送给数据通讯芯片(7)；数据通讯芯片(7)接收到危险信号后，将该危险信号发送给CPU芯片(3)；CPU芯片(3)接收到危险信号后，控制地下声光报警器(6)发出危险信号声光警报，用于提醒井下工作人员注意安全，并做好准备应对可能发生的矿井火灾、瓦斯爆炸和窒息或者其它危及人身安全的危险性事件；

步骤八、当流量传感器(1-3)检测到采样的气体流量异常或者采样异常时，流量传感器(1-3)会发出气体流量异常信号，则与流量传感器(1-3)连接的数模转换器(5)会将流量传感器(1-3)会发出的异常模拟信号转换为数字信号，并将其传输给CPU芯片(3)；CPU芯片(3)接收到气体流量异常信号后，将该信号发送给数据通讯芯片(7)，同时控制地下声光报警器(6)发出异常信号声光警报，用于提醒井下工作人员注意采样异常；数据通讯芯片(7)接收到气体流量异常信号后，将该异常信号发送给地下光端机(8)；地下光端机(8)接收气体流量异常信号后，将该异常信号发送给地面光端机(9-6)；地面光端机(9-6)接收到气体流量异常信号后，将该异常信号发送给通讯芯片(9-4)；通讯芯片(9-4)接收异常信号后，控制地面声光报警器(9-5)发出异常信号声光警报，用于提醒地面工作人员注意采样异常；

步骤九、当地面工作人员注意到该异常信号后，通过操作按钮(9-3)向通讯芯片(9-4)发出让红外线气体检测仪(2)停止分析、清洗、校核操作信号；通讯芯片(9-4)接收到操作信号后，将该操作信号发送给地面光端机(9-6)；地面光端机(9-6)接收到操作信号后，将该操作信号发送给地下光端机(8)；地下光端机(8)接收到操作信号后，将该操作信号发送给CPU芯片(3)；CPU芯片(3)接收到操作信号后，控制红外线气体检测仪(2)停止分析、清洗、校核操作；

若经过此操作后，流量传感器(1-3)未检测到有任何异常，会发出气体流量正常信号，则与流量传感器(1-3)连接的数模转换器(5)会将气体流量正常的模拟信号转换为数字信号，并将该信号传输给CPU芯片(3)；CPU芯片(3)接收到气体流量正常信号后，控制地下声光报警器(6)停止发出异常信号声光警报，并将气体流量正常信号发送给数据通讯芯片(7)；数据通讯芯片(7)接收到气体流量正常信号后，将该气体流量正常信号发送给地下光端机(8)；地下光端机(8)接收到气体流量正常信号后，将该气体流量正常信号发送给地面光端机(9-6)；地面光端机(9-6)接收到气体流量正常信号后，将该气体流量正常信号发送给通讯芯片(9-4)；通讯芯片(9-4)接收到气体流量正常信号后，控制地面声光报警器(9-5)停止发出异常信号声光警报。