【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及煤矿井下气体监测，尤其是一种气体监测系统及其监测流程、束管工作状态判断方法及火灾预测方法。
技术介绍
1、国内目前煤矿对采煤工作面采空区、回风隅角以里、巷道高冒区、停用的溜煤眼以及沿空留巷密闭以里等监测人员无法进入的地点，均采用提前预埋气体采样器、束管及气体监测杖，常见的监测方法是利用手握气球或气体采样器进行采样，将气样输送球胆再送到地面监测室进行气体分析。气体的采样过程以及球胆送至地面的过程均需要一定的操作时间，同时气体在球胆内时间过长容易发生变化，使气体监测的准确性降低。
2、同时，由于密闭区多处于井下偏远地点，且为封闭空间，人员不易抵达，如果监测管路发生破损、落石压堵等情况，无法从监测数据判断，进而难以发现火灾隐患或事故，用以造成隐患。而且，针对气体监测结果，目前没有方便简捷的火灾预测方法，目前煤矿自然发火预测都是基于单气体指标（如co含量）或多指标系数（如烷烯比c2h6/c2h4）进行预测，但煤种多样，煤种的发火特征均不相同，使用统一的指标根据经验和单一参数值进行估计，准确度较低。
技术实现思路
1、本专利技术旨在解决上述问题，提供了一种气体监测系统及其监测流程、束管工作状态判断方法及火灾预测方法，其采用的技术方案如下：
2、一种气体监测系统，包括依次连接的电子压差计、第三电磁阀、吸气泵、正压滤水器、流量计及传感器总成，所述传感器总成设置在采空区外侧，所述第三电磁阀为三通阀，所述第三电磁阀的进气端g端连通至采空区的密闭墙内，用以采集采空
3、在上述方案的基础上，所述传感器总成包括传感器室及传感器，所述传感器的数量为多个，且可拆卸地安装在传感器室内，多个传感器依次连通，且各传感器的目标检测气体不同，传感器室上设置与其内部空间连通的进气口及出气口，所述进气口及出气口与传感器连通。
4、优选地，待监测的采空区的数量为多个，且各采空区内分别设置监测点，不同监测点之间分别设置用以控制气路通断的气路阀；在同一时间内各监测点最多只有1个与第三电磁阀的进气端连通。
5、在上述方案的基础上，所述气路阀为第一电磁阀及第二电磁阀，所述第一电磁阀与第二电磁阀均为三通阀，所述第一电磁阀的b端连通第一采空区内的第一监测点、a端连通第三电磁阀的g端、c端连通第二电磁阀的d端，第二电磁阀的e端和f端分别连通第二采空区内的第二监测点及第三采空区内的第三监测点；第一电磁阀的b端和c端不连通，第二电磁阀的e端和f端不连通；
6、第一电磁阀的a-b气路连通、a-c气路断开时，第三电磁阀的进气端g端与第一监测点连通；第一电磁阀的a-b气路断开、a-c气路连通，同时第一电磁阀与第二电磁阀之间的c-d气路连通、第二电磁阀的d-e气路连通、d-f气路断开时，第三电磁阀的进气端g端与第二监测点连通；第一电磁阀的a-b气路断开、a-c气路连通，同时第一电磁阀与第二电磁阀之间的c-d气路连通、第二电磁阀的d-e气路断开、d-f气路连通时，第三电磁阀的进气端g端与第三监测点连通。
7、优选地，所述正压滤水器设置排气口，所述排气口与外界连通，用以排出多余气体及过滤出的水分。
8、一种气体监测系统的监测流程，使用上述的气体监测系统，包括以下步骤，
9、s1.第三电磁阀启动，并使g-h气路连通，电子压差计测量采空区与外界的气压差；
10、s2.对测量得到的气压差进行判断：若采空区内气压较密闭墙外侧气压低，则表示采空区密闭墙漏风，若采空区内气压较密闭墙外侧气压高，则表示没有安全隐患，进行下一步监测；
11、s3.吸气泵上游设置流量计，启动吸气泵，流量计对管路中的气体流量进行实时监控和判断，若流量正常则进行下一步监测；
12、s4.自吸气泵排出的气体，经正压滤水器过滤后进入传感器总成，并实时检测各类气体的含量和浓度。
13、一种束管工作状态判断方法，针对气体监测系统的监测流程中，步骤s3对气体流量的监测结果进行气体管路状态判断，包括以下步骤，
14、a1.计算管路理论实时流量；
15、a2.对理论实时流量进行比例赋值计算，得到流量阈值范围；
16、a3.若管路中气体实时流量大于流量阈值上限，判定管路发生破碎，处于断路状态；若管路中气体实时流量小于流量阈值下限，判断管路发生堵塞，处于堵塞状态；
17、a4.若管路处于断路状态，则对采空区外的气体管路进行检查、维修和更换；若管路处于堵塞状态，则对采空区内管路进行维护；
18、a5.管路维护过程中及完成后实时监测气路流量，直至气路流量处于流量阈值范围为止。
19、在上述方案的基础上，所述管路的损失流量为
20、（1）
21、式中d为管路直径，为气体的动态粘度，l为管路长度，为压力损失，压力损失为
22、（2）
23、（3）
24、（4）
25、式中为摩擦损失，为局部损失，为摩擦因子，为气体密度，为气体密度，为局部阻力系数，由管路中的阀门、弯头结构及数量决定，
26、实时流量为
27、-（5）
28、式中为管路的额定流量；
29、赋值管路粘度系数范围为0.8~1.1，赋值管路长度系数为0.9~1.2，
30、定义流量阈值下限为，定义流量阈值上限为，则流量阈值为[，]。
31、一种火灾预测方法，针对气体监测系统的监测流程中，步骤s4对气体含量和浓度的检测结果进行分析，包括以下步骤，
32、b1.将采集到的气体监测结果数据进行预处理，包括首先去除数据中的异常值及缺失值，之后对数据进行标准化处理；
33、b2.以各监测点上不同时点的数据构建特征向量，以同一时点的不同气体浓度及温度作为特征向量的分量，即，其中o2、co、co2、ch4、c2h4、c2h2及t分别表示该监测点该时点的o2浓度、co浓度、co2浓度、ch4浓度、c2h4浓度、c2h2浓度及温度；
34、b3.对于不同的特征向量，计算向量间的欧式距离，使用欧氏距离作为相似度的度量标准；
35、b4.在非先验条件下，使用聚类算法对采集到的100组数据进行聚类分析，并计算形成聚类中心；
36、b5.设定欧氏距离阈值，用以判断新接受的数据形成的特征向量与聚类中心是否足够接近；
37、b6.若新接受的数据形成的特征向量与所有聚类中心的欧氏距离都超过了欧氏距离阈值，表明该数据点存在异常情况，具有火灾隐患；
38、b7.判断存在火灾隐患时，向上位机发出火灾预警，提示工作人员采取安全措施或启动本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种气体监测系统，其特征在于，包括依次连接的电子压差计、第三电磁阀、吸气泵、正压滤水器、流量计及传感器总成，所述传感器总成设置在采空区外侧，所述第三电磁阀为三通阀，所述第三电磁阀的进气端G端连通至采空区的密闭墙内，用以采集采空区内的气体，第三电磁阀的H端及I端分别与电子压差计及吸气泵连通，第三电磁阀的G-H气路连通时电子压差计测量采空区与外界的气压差，第三电磁阀的G-I气路连通时吸气泵自采空区内抽取空气，并通入传感器总成中进行气体监测，第三电磁阀的H端与I端不连通。
2.根据权利要求1所述的一种气体监测系统，其特征在于，所述传感器总成包括传感器室及传感器，所述传感器的数量为多个，且可拆卸地安装在传感器室内，多个传感器依次连通，且各传感器的目标检测气体不同，传感器室上设置与其内部空间连通的进气口及出气口，所述进气口及出气口与传感器连通。
3.根据权利要求1所述的一种气体监测系统，其特征在于，待监测的采空区的数量为多个，且各采空区内分别设置监测点，不同监测点之间分别设置用以控制气路通断的气路阀；在同一时间内各监测点最多只有1个与第三电磁阀的进气端连通。p>
4.根据权利要求3所述的一种气体监测系统，其特征在于，所述气路阀为第一电磁阀及第二电磁阀，所述第一电磁阀与第二电磁阀均为三通阀，所述第一电磁阀的B端连通第一采空区内的第一监测点、A端连通第三电磁阀的G端、C端连通第二电磁阀的D端，第二电磁阀的E端和F端分别连通第二采空区内的第二监测点及第三采空区内的第三监测点；第一电磁阀的B端和C端不连通，第二电磁阀的E端和F端不连通；
5.根据权利要求1所述的一种气体监测系统，其特征在于，所述正压滤水器设置排气口，所述排气口与外界连通，用以排出多余气体及过滤出的水分。
6.一种气体监测系统的监测流程，其特征在于，使用权利要求1至5中任意一项所述的气体监测系统，包括以下步骤，
7.一种束管工作状态判断方法，其特征在于，针对气体监测系统的监测流程中，步骤S3对气体流量的监测结果进行气体管路状态判断，包括以下步骤，
8.根据权利要求7所述的一种束管工作状态判断方法，其特征在于，所述管路的损失流量为
9.一种火灾预测方法，其特征在于，针对气体监测系统的监测流程中，步骤S4对气体含量和浓度的检测结果进行分析，包括以下步骤，
10.根据权利要求9所述的一种火灾预测方法，其特征在于，形成聚类中心后，通过新接受的数据对聚类中心进行持续计算和更新。
...【技术特征摘要】
1.一种气体监测系统，其特征在于，包括依次连接的电子压差计、第三电磁阀、吸气泵、正压滤水器、流量计及传感器总成，所述传感器总成设置在采空区外侧，所述第三电磁阀为三通阀，所述第三电磁阀的进气端g端连通至采空区的密闭墙内，用以采集采空区内的气体，第三电磁阀的h端及i端分别与电子压差计及吸气泵连通，第三电磁阀的g-h气路连通时电子压差计测量采空区与外界的气压差，第三电磁阀的g-i气路连通时吸气泵自采空区内抽取空气，并通入传感器总成中进行气体监测，第三电磁阀的h端与i端不连通。
2.根据权利要求1所述的一种气体监测系统，其特征在于，所述传感器总成包括传感器室及传感器，所述传感器的数量为多个，且可拆卸地安装在传感器室内，多个传感器依次连通，且各传感器的目标检测气体不同，传感器室上设置与其内部空间连通的进气口及出气口，所述进气口及出气口与传感器连通。
3.根据权利要求1所述的一种气体监测系统，其特征在于，待监测的采空区的数量为多个，且各采空区内分别设置监测点，不同监测点之间分别设置用以控制气路通断的气路阀；在同一时间内各监测点最多只有1个与第三电磁阀的进气端连通。
4.根据权利要求3所述的一种气体监测系统，其特征在于，所述气路阀为第一电磁阀...
【专利技术属性】
技术研发人员：白光星，彭鹏，张连军，王泽瑶，贾明铄，李金亮，张兴栋，姚爱敏，王泽群，李论，
申请(专利权)人：淄博祥龙测控技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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