一种煤矿区瓦斯监测设备
技术领域
本发明属于瓦斯监测技术领域，具体是一种煤矿区瓦斯监测设备。
背景技术
地下煤矿开采区是瓦斯灾害事故频发的地段，随着近年来对地下煤矿开采力度和深度的不断加强，矿井高危事故也不断增加，如何预警和监测也成了煤矿安全开采工作中的重大研究方向。在现有技术中，普遍存在的现象是，在每一定点设置一台用于监测瓦斯浓度的设备，通过该设备监测瓦斯浓度并在瓦斯浓度较高情况下及时对用电设备断电。但该种方式仅局限于对瓦斯浓度的监测，多数情况下，煤矿区的通风环境异常时，哪怕当下瓦斯浓度没有过高，也会因为通风不畅而导致瓦斯浓度迅速升高，此时再由监测设备对用电设备进行断电，具有时间上的滞后和错过逃生最佳时间的危险。
如已经公开的专利[专利申请号：201410781626.0]，该专利涉及一种煤矿瓦斯灾害多参量多测点监测装置，它包括瓦斯压力监测装置、钻孔应力监测装置、瓦斯浓度监测装置、若干监测子站、一监测分站和一地面终端。瓦斯压力监测装置设置在巷道其中一帮的第一钻孔内，钻孔应力监测装置设置在巷道另外一帮的第二钻孔内，瓦斯浓度监测装置悬挂设置在巷道顶板上；瓦斯压力监测装置实时监测瓦斯压力信号，并发送到第一监测子站；钻孔应力监测装置实时监测钻孔应力信号，并发送到第二监测子站；瓦斯浓度监测装置实时监测作业空间的瓦斯浓度信号，并发送到第三监测子站；第一、第二、第三监测子站分别通过无线通讯技术将监测信号发送到监测分站，监测分站通过光纤将所有监测信号发送到地面终端。
以上专利并未提出如何根据通风环境来进行预警或断电。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种能够根据通风环境来进行预警、断电的煤矿区瓦斯监测设备。
本发明是通过以下技术方案来实现的：本发明提供一种煤矿区瓦斯监测设备，包括瓦斯监测主机，所述瓦斯监测主机包括主机处理器、用于监测风速信息的风速传感器、用于监测瓦斯浓度信息的瓦斯传感器、继电器和显示屏；所述风速传感器、所述瓦斯传感器均与所述主机处理器电性连接并将监测得到的数据信息输入给所述主机处理器进行处理；所述继电器、所述显示屏均与所述主机处理器电性连接并受所述主机处理器控制；所述继电器控制煤矿区内各用电设备的断电/通电状况；所述显示屏显示煤矿区内风速信息和瓦斯浓度信息；所述主机处理器包括风速处理模块、瓦斯处理器模块和逻辑电路；由所述风速处理模块处理过的风速信息和由所述瓦斯处理模块处理过的瓦斯浓度信息在经过所述逻辑电路的逻辑运算后，通过所述逻辑电路的输出电平信号控制所述继电器的工作状态。
可选的，还包括过道辅助风扇，所述主机处理器还包括比较器和RS485串行通讯接口；每台所述过道辅助风扇皆与一台所述瓦斯监测主机电性连接并受所述瓦斯监测主机控制工作；两台相邻的所述瓦斯监测主机之间通过所述RS485串行通讯接口进行瓦斯浓度信息的交互；交互的两个地点的瓦斯浓度信息经过其中一台所述瓦斯监测主机内部的所述比较器处理后，输出电平信号控制与此台所述瓦斯监测主机电性连接的所述过道辅助风扇工作。
可选的，所述瓦斯监测主机还包括风速警示灯、风速正常绿灯、瓦斯警示灯和瓦斯正常绿灯；所述风速处理模块将风速不小于第一风速值的风速信息转换为电平信号控制所述风速正常绿灯亮起，将风速小于第一风速值且不小于第二风速值的风速信息转换为电平信号控制所述风速警示灯亮起，将风速小于第二风速值的风速信息转换为电平信号输入所述逻辑电路进行运算来控制所述继电器断开电源；所述瓦斯处理模块将瓦斯浓度不大于第一瓦斯浓度值的瓦斯浓度信息转换为电平信号控制所述瓦斯正常绿灯亮起，将瓦斯浓度大于第一瓦斯浓度值且不大于第二瓦斯浓度值的瓦斯浓度信息转换为电平信号控制所述瓦斯警示灯亮起，将瓦斯浓度大于第二瓦斯浓度值的瓦斯浓度信息转换为电平信号输入所述逻辑电路进行运算来控制所述继电器断开电源。
可选的，所述瓦斯监测主机还包括警报器和机顶辅助通风扇；所述警报器和机顶辅助通风扇均与所述主机处理器电性连接；所述主机处理器还包括计数器和D触发器；所述逻辑电路包括第一与非门电路和第二与非门电路；所述计数器的输入端与所述瓦斯处理模块电性连接，所述D触发器的输入端与所述计数器的输出端电性连接，所述瓦斯浓度大于第一瓦斯浓度值且不大于第二瓦斯浓度值的电平信号从所述D触发器的输出输出；所述风速小于第二风速值的电平信号，和所述瓦斯浓度大于第二瓦斯浓度值的电平信号，均输入所述第一与非门电路的两输入端；所述D触发器的输出端与所述第一与非门电路的输出端均输入所述第二与非门电路的两输入端，所述第二与非门电路的输出端电性连接所述继电器；所述第一与非门电路的输出端控制所述警报器和所述机顶辅助通风扇工作。
可选的，所述比较器包括减法器和N沟道MOS管开关电路；所述减法器包括两个用于输入瓦斯浓度电平信号的输入端；所述N沟道MOS管开关电路包括带有寄生二极管的N沟道MOS管；所述减法器的输出端电性连接所述N沟道MOS管的栅极，所述N沟道MOS管的漏极电性连接直流电源，在所述漏极和所述直流电源之间电性连接所述过道辅助通风扇，所述N沟道MOS管的源极接地。
可选的，所述减法器包括运算放大器；所述运算放大器的反相输入端电性连接第一电阻，正相输入端电性连接第二电阻，输出端与所述反相输入端之间电性连接反馈电阻，所述正相输入端与接地之间电性连接第三电阻。
可选的，所述瓦斯监测主机包括机体，所述瓦斯传感器与所述风速传感器均与所述机体外表面固定连接；所述机体一侧面固定连接显示面板，所述风速正常绿灯、所述风速警示灯、所述瓦斯正常绿灯、所述瓦斯警示灯、所述警报器和所述显示屏均设置于所述显示面板上且与所述显示面板固定连接；所述机体一侧面固定连接若干继电器；所述机体一侧面设置有与所述机体转动连接的档门，所述机体内部设置有处理器腔室，所述档门隔绝所述处理器腔室与外部空间；所述主机处理器设置于所述处理器腔室内；所述机顶辅助通风扇与所述机体顶部表面固定连接。
本发明的有益效果是：
1、本发明适用于煤矿区的通风通道处，在通风通道处设置本实施例的煤矿区瓦斯监测设备可以有效保证在瓦斯浓度过高或通风不畅情况下，及时断电，控制各个用电设备停止工作。本发明可以实现通风和瓦斯浓度二者之一出现异常情况时，及时果断断电，而不用再进行人为判断或人工断电。
2、本发明的瓦斯监测主机具有显示屏，可协助工作人员及时了解到该瓦斯监测主机放置位置的瓦斯浓度情况和通风情况。
3、本发明通过两台相邻的瓦斯监测主机之间的瓦斯浓度信息的交互，使一旦出现瓦斯浓度差值大于一定值时便开启两台瓦斯监测主机之间的过道辅助通风扇，及时协助空气流通，避免出现瓦斯浓度差值越来越大而带来的安全隐患。
4、本发明的瓦斯监测主机自身也携带机顶辅助通风扇，在当下环境异常时及时开启强制的协助空气流动。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明的实施例的瓦斯监测主机外形结构示意图；
图2为本发明的实施例的瓦斯监测主机内部处理器位置结构示意图；
图3为本发明的实施例的煤矿区瓦斯监测设备控制系统示意图；
图4为本发明的实施例的比较器示意图；
图5为本发明的实施例的相邻两台瓦斯监测主机之间瓦斯浓度信息交互示意图；
100-显示面板；110-显示屏；121-风速正常绿灯；122-风速警示灯；131-瓦斯正常绿灯；132-瓦斯警示灯；140-警报器；150-瓦斯传感器；160-风速传感器；170-继电器；180-机顶辅助通风扇；190-档门；200-主机处理器；400-处理器腔室；300-机体。
具体实施方式
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的附图，对本发明实施例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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“左”、“右”、“顶”、“底”“内”、“外”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，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装置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。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。
本发明公开一种煤矿区瓦斯监测设备，用于放置在煤矿区的地下通风通道，当出现通风通道区域局部瓦斯浓度不匀时，能够及时开启过道辅助通风扇，保证通风通道的瓦斯浓度不超标。其中，本实施例的煤矿区瓦斯监测设备包括瓦斯监测主机和过道辅助通风扇，每一台过道辅助通风扇与一台瓦斯监测主机对应，并由相对应的这台瓦斯监测主机控制工作，附图1与附图2即为本实施例的瓦斯监测主机的机械结构示意图。
如附图3所示，瓦斯监测主机包括主机处理器200、用于监测风速信息的风速传感器160、用于监测瓦斯浓度信息的瓦斯传感器150，以及继电器170和显示屏110。风速传感器160、瓦斯传感器150均与主机处理器200电性连接并将监测得到的数据信息输入给主机处理器200进行处理。继电器170、显示屏110均与主机处理器200电性连接并受主机处理器200控制。继电器170用于控制煤矿区内各种用电设备的断电/通电状况；显示屏110用于显示煤矿区内风速信息和瓦斯浓度信息。主机处理器200包括风速处理模块、瓦斯处理器模块和逻辑电路。由风速处理模块处理过的风速信息和由瓦斯处理模块处理过的瓦斯浓度信息在经过逻辑电路的逻辑运算后，通过逻辑电路的输出电平信号控制继电器170的工作状态。即逻辑电路输出高电平时，继电器170触点断开，使被控的各用电设备停止运行；逻辑电路输出低电平时，继电器170触点吸合，使被控的各用电设备正常运行。
具体的，本实施例的煤矿区瓦斯监测设备还包括过道辅助风扇，主机处理器200还包括比较器和RS485串行通讯接口。每台过道辅助风扇皆与一台瓦斯监测主机电性连接并受瓦斯监测主机控制工作。每台瓦斯监测主机可监测其放置地点区域的瓦斯浓度，两台相邻的瓦斯监测主机之间通过RS485串行通讯接口进行瓦斯浓度信息的交互。交互的两个地点的瓦斯浓度信息在经过其中一台瓦斯监测主机内部的比较器处理后，输出电平信号控制与此台瓦斯监测主机电性连接的过道辅助风扇工作。如附图5所示，在两台瓦斯监测主机之间设置一台过道辅助风扇，两台瓦斯监测主机之间通过RS485串行通讯接口进行瓦斯浓度信息的交互；为方便描述，将附图5中的三台瓦斯监测主机命名为左边瓦斯监测主机、中间瓦斯监测主机和右边瓦斯监测主机；左边瓦斯监测主机和中间瓦斯监测主机交互的瓦斯浓度信息由中间瓦斯监测主机的比较器进行比较处理；中间瓦斯监测主机和右边瓦斯监测主机交互的瓦斯浓度信息由右边瓦斯监测主机的比较器进行比较处理。
具体的，瓦斯监测主机还包括风速警示灯122、风速正常绿灯121、瓦斯警示灯132和瓦斯正常绿灯131。风速处理模块将风速不小于第一风速值的风速信息转换为电平信号控制风速正常绿灯121亮起，将风速小于第一风速值且不小于第二风速值的风速信息转换为电平信号控制风速警示灯122亮起，将风速小于第二风速值的风速信息转换为电平信号输入逻辑电路进行运算来控制继电器170断开电源。为方便阐述，如附图3所示，本实施例将风速处理模块的分为第一风速处理输出端F1、第二风速处理输出端F2和第三风速处理输出端F3。本实施将风速信号处理后，从第一风速处理输出端F1输出风速不小于第一风速值的电平信号来控制风速正常绿灯121亮起，用来提示当前的风速正常；从第二风速处理输出端F2输出风速小于第一风速值且不小于第二风速值的电平信号来控制风速警示灯122亮起，用来警示当前风速较小，需要提高警惕但不至于危险；从第三风速处理输出端F3输出风速小于第二风速值的电平信号来输入逻辑电路。
瓦斯处理模块将瓦斯浓度不大于第一瓦斯浓度值的瓦斯浓度信息转换为电平信号控制瓦斯正常绿灯131亮起，将瓦斯浓度大于第一瓦斯浓度值且不大于第二瓦斯浓度值的瓦斯浓度信息转换为电平信号控制瓦斯警示灯132亮起，将瓦斯浓度大于第二瓦斯浓度值的瓦斯浓度信息转换为电平信号输入逻辑电路进行运算来控制继电器170断开电源。为方便阐述，如附图3所示，本实施例将瓦斯处理模块的分为第一瓦斯处理输出端W1、第二瓦斯处理输出端W2和第三瓦斯处理输出端W3。本实施例将瓦斯浓度信号处理后，从第一瓦斯处理输出端W1输出瓦斯浓度不大于第一瓦斯浓度值的电平信号控制瓦斯正常绿灯131亮起，用来提示当前的瓦斯浓度正常；从第二瓦斯处理输出端W2输出瓦斯浓度大于第一瓦斯浓度值且不大于第二瓦斯浓度值的电平信号来控制瓦斯警示灯132亮起，用来警示当前瓦斯浓度较高，需要提高警惕但不至于危险；从第三瓦斯处理输出端W3输出瓦斯浓度大于第二瓦斯浓度值的电平信号来输入逻辑电路。第三风速处理输出端F3和第三瓦斯处理输出端W3输出的电平信号输入第一与非门电路A1的两输入端。
具体的，瓦斯监测主机还包括警报器140和机顶辅助通风扇180。警报器140和机顶辅助通风扇180均与主机处理器200电性连接。主机处理器200还包括计数器和D触发器。逻辑电路包括第一与非门电路A1和第二与非门电路A2。计数器的输入端与瓦斯处理模块电性连接，具体的，第二瓦斯处理输出端W2与计数器的输入端电性连接。D触发器的输入端与计数器的输出端电性连接，瓦斯浓度大于第一瓦斯浓度值且不大于第二瓦斯浓度值的电平信号从D触发器的输出输出。即当环境中瓦斯浓度大于第一瓦斯浓度值且不大于第二瓦斯浓度值的情况保持一定时长时，也可以控制继电器170断电；从第二瓦斯输出端输出的电平信号在经过计数器的一定时长倒计时后，通过D触发器完成一次输出来控制继电器170断电。
具体的，风速小于第二风速值的电平信号(第二风速输出端输出的电平信号)，和瓦斯浓度大于第二瓦斯浓度值的电平信号(第二瓦斯输出端输出的电平信号)，均输入第一与非门电路A1的两输入端。D触发器的输出端与第一与非门电路A1的输出端均输入第二与非门电路A2的两输入端，第二与非门电路A2的输出端电性连接所述继电器170。第一与非门电路A1的输出端控制警报器140和机顶辅助通风扇180工作，即当风速小于第三风速值，或瓦斯浓度大于第三瓦斯浓度值时，都有警报器140的响起和机顶辅助通风扇180的开启，用于加快开启流动、降低瓦斯浓度，以及提示工作人员环境危险。综上，第二风速输出端与第二瓦斯输出端至少一个出现高电平时，第一与非门电路A1的输出端均输出高电平；第一与非门电路A1的输出端和D触发器的输出端至少一个出现高电平时，第二与非门电路A2的输出端均输出高电平。
具体的，比较器包括减法器和N沟道MOS管Q1开关电路；减法器包括两个用于输入瓦斯浓度电平信号的输入端。N沟道MOS管Q1开关电路包括带有寄生二极管D1的N沟道MOS管Q1，寄生二极管D1具有保护作用。减法器的输出端电性连接N沟道MOS管Q1的栅极，并在N沟道MOS管Q1的栅极与减法器的输出端之间电性连接第五电阻R5，N沟道MOS管Q1的漏极电性连接直流电源，在漏极和直流电源之间电性连接过道辅助通风扇，在过道辅助通风扇与直流电源之间电性连接第四电阻R4，N沟道MOS管Q1的源极接地。减法器的输入端输入的是两个相邻的不同瓦斯监测主机所测得的瓦斯浓度信息的电平信号，减法器输出端为该两电平信号的差值。当减法器的输出端电平大于一定值时，N沟道MOS管Q1开关电路导通，即N沟道MOS管Q1导通，在N沟道MOS管Q1的漏极具有放大后的输出电压得以控制过道辅助通风扇的工作。
减法器的型号采用可以根据实际需求而定，并不局限于本实施例，如附图4所示，本实施例仅提供了一种最基础的减法器电路图，该减法器包括运算放大器。运算放大器的反相输入端电性连接第一电阻R1，正相输入端电性连接第二电阻R2，输出端与反相输入端之间电性连接反馈电阻，正相输入端与接地之间电性连接第三电阻R3。
附图1和附图2为本实施例公开的一种煤矿区瓦斯监测设备机械示意图，如附图2中所示，本实施例的瓦斯监测主机包括机体300，瓦斯传感器150与风速传感器160均与机体300外表面固定连接。机体300一侧面固定连接显示面板100，风速正常绿灯121、风速警示灯122、瓦斯正常绿灯131、瓦斯警示灯132、警报器140和显示屏110均设置于显示面板100上且与显示面板100固定连接。机体300一侧面固定连接若干继电器170。机体300一侧面设置有与机体300转动连接的档门190，机体300内部设置有处理器腔室400，档门190隔绝处理器腔室400与外部空间。主机处理器200设置于处理器腔室400内。机顶辅助通风扇180与机体300顶部表面固定连接。
综上所述，本实施例具有以下表格中的实现功能：为方便阐述，令风速不小于第一风速值的情况为第一风况，令风速小于第一风速值且不小于第二风速值的情况为第二风况，令风速小于第二风速值的情况为第三风况；令瓦斯浓度不大于第一瓦斯浓度值的情况为第一瓦斯情况，令瓦斯浓度大于第一瓦斯浓度值且不大于第二瓦斯浓度值的情况为第二瓦斯情况，令瓦斯浓度大于第二瓦斯浓度值的情况为第三瓦斯情况。
本实施例适用于煤矿区的通风通道处，在通风通道处设置本实施例的煤矿区瓦斯监测设备可以有效保证在瓦斯浓度过高或通风不畅情况下，及时断电，控制各个用电设备停止工作。本实施例的瓦斯监测主机具有显示屏110，可协助工作人员及时了解到该瓦斯监测主机放置位置的瓦斯浓度情况和通风情况。本实施例可以实现通风和瓦斯浓度二者之一出现异常情况时，及时果断断电，而不用再进行人为判断或人工断电。本实施例通过两台相邻的瓦斯监测主机之间的瓦斯浓度信息的交互，使一旦出现瓦斯浓度差值大于一定值时便开启两台瓦斯监测主机之间的过道辅助通风扇，及时协助空气流通，避免出现瓦斯浓度差值越来越大而带来的安全隐患。本实施例的瓦斯监测主机自身也携带机顶辅助通风扇180，在当下环境异常时及时开启强制的协助空气流动。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。
