[发明专利]采空区及密闭空间的气体浓度场三维实时监测系统及方法

说明书

本发明属于煤矿的安全生产领域，公开了采空区及密闭空间的气体浓度场三维实时监测系统及方法，采用便携式气体检测装置，在人不接触气体的情况或者人不进入某密闭空间的情况下，用激光检测气体数据对气体三维分布规律进行实时监控；便携式气体检测装置包括激光系统、光信息接收系统、信号处理系统、以及设备校准系统；本发明同时公开一种采空区及密闭空间的气体浓度场三维实时监测方法。本发明能够实现对某一区域气体指标进行实时监测；数据的传输分有线传输和无线传输两种方式，使数据的传输方式适应性更强。

技术领域

本发明属于煤矿的安全生产领域，尤其涉及一种采空区及密闭空间的气体浓度场三维实时监测系统及方法。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：

对于矿井下气体的监测主要有以下方法：(1)束管监测系统，主要利用色谱分析技术对井下气体成份的分析。(2)红外线便携式气体检测器。(3)通过人工取样检测气体。(4)常规气体传感器检测装置。(5)利用气体探头对气体进行检测。在煤矿的开采和隧道的施工过程中，地下环境中会有不同的气体排入工作区域，为了工作人员的安全，必须对这些气体进行检测，目前对于矿井下气体的监测，大多使用气体检测设备进行定点监测，目前矿井下使用的气体检测仪，暴露了技术上的很多不足，一般情况下只有在设备接触到气体的情况下才能检测到气体成分，对于一些工人难以到达地方的气体难以测量，并且数据取样比较单一，由于有些气体是有毒的、可燃的，因此为了工作人员的安全，有些时候在检测某种气体成分时，人不能直接接触气体。根据研究表明使用红外线吸收法的便携式气体检测器已经可用。这种检测装置可以测量气体浓度来自远程位置的气体，并且在建造的隧道中已经使用。目前这种设备有它的局限性只能测量气体的总含量，不能准确描述关于气体时间、位置、浓度的关系。气体的红外线吸收波长是唯一的并且对于该气体是特定的，其限定了单个气体使用适当的光源需要其自己设定波长。因此运用激光检测气体是可行的，但是运用激光检测气体指标运用到矿井生产中的情况并不多见。我国是一个煤矿开采大国，因此煤矿的安全生产是非常重要的。随着开采深度的增加，矿井下开采条件复杂多变，对煤矿安全生产提出更严格的要求。这种采空区及密闭空间的气体浓度场三维实时监测系统，利用便携式气体检测装置和井下安全监控系统相结合，通过监测气体的成分、浓度、位置使矿井下高风险区域更容易确定，并且有望给矿山环境带来更有效的安全贡献。目前对于一些密闭的空间内气体的监测方法一般是定点监测，操作方法是把探头布置在里面，只能监测很小的区域，若要对整个区域进行监测，按照布置探头的方法，成本较高，不容易达到的目的。还有一些位置的气体按照现有的设备、技术，工作人员不容易对其进行实时监测，例如工作面后方采空区内不同高度、不同深度的气体三维分布规律；工作面临时封闭时工作面的气体流向；工作面永久封闭时其内部的气体三维分布规律；工作面上、下隅角位置的气体浓度，由于工作面上、下隅角位置特殊，气体浓度要实时监测，本系统可以实时监测上、下隅角位置不同高度的气体浓度场情况。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)现有煤矿安全生产监测领域存在不足，不能为安全生产提供保障。

(2)目前矿井下气体检测装置功能单一，未能对气体进行实时监测，若要对整个区域进行监测，成本较高。

(3)对于多种成分混合气体，目前现有设备不易监测。

(4)对于矿井下密闭空间内气体的监测，工作人员不易到达的地方，气体不易监测。

(5)目前大多是对数据的定点监测，没有对数据做到三维监测。

解决上述技术问题的难度和意义：

本发明运用激光检测气体，借助拉曼散射这个概念，通过分析拉曼散射波长，和拉曼散射强度鉴别气体成分和浓度，避免了一些危险的发生。