一种煤矿风硐用甲烷排放量监测系统

技术领域：

本发明涉及一种煤矿风硐用甲烷排放量监测系统。

背景技术：

在煤矿行业中，风硐通常是指矿井回风井和主要通风机之间的一段联络巷道，由于通过风硐的风量及内外压力差较大，所以应特别注意降低风硐的通风阻力和减少漏风；而甲烷是仅次于二氧化碳的第二大温室气体，是对流层臭氧的前体物，在煤炭行业中，甲烷气体排放量占比最高；目前，我国建立的甲烷控制体系主要是通过因子来计算甲烷的排放量，由于甲烷的逃逸性和扩散性，导致对甲烷实际排放水平评估误差较大，不能充分表征出甲烷本身的泄漏量；同时对于煤炭行业风排系统甲烷排放量的核算也未设有统一的标准和方法。

进一步的，现有的甲烷排放量监测系统是利用煤矿井下回风巷道安全监控系统的数据进行计算，而监测数据点位较多，只能计算工况状态的甲烷排放量，缺少湿度参数、大气压力参数等数据信息，从而无法准确换算出标况状态下的甲烷排放量。

发明内容：

本发明实施例提供了一种煤矿风硐用甲烷排放量监测系统，结构设计合理，基于多个功能组件的相互配合作用，能够准确核算出煤矿风排系统的甲烷排放量，将工况状态下的甲烷排放量转换为标况下的甲烷排放量，减少因甲烷的逃逸性和扩散性而带来的监测误差，从而设定统一的标准来进行充分表征出甲烷的泄漏量，同时参照湿度参数、大气压力参数等数据信息来作为辅助监测核算依据，以进一步提升监测数据的精准度和反馈速度，解决了现有技术中存在的问题。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种煤矿风硐用甲烷排放量监测系统，所述监测系统包括：

风硐风量精准测量组件，所述风硐风量精准测量组件用于精准测量风硐相关风量参数，包括风硐网架、皮托管、压差传输管路、反冲洗阀门、墙体引出装置、压差气路切换装置、微压差仪表柜、微压差信号线缆和安装附件；

风硐甲烷浓度精准测定组件，所述风硐甲烷浓度精准测定组件用于精准测量出风硐甲烷相关浓度参数，包括温湿度传感器、采样器、甲烷监测传输管路、机械滤水除尘转换装置、抽气泵、可调谐激光光谱TDLAS气体检测仪、气压传输管路、墙体引出装置、压力传感器切换装置、风硐压力传感器和信号线缆；

风硐甲烷排放量集成组件，所述风硐甲烷排放量集成组件用于收集、分析、处理风硐内风流中的风流速度、甲烷浓度、温度湿度和大气压力，以计算风硐甲烷的排放量。

在风硐风量精准测量组件中的风硐网架用于固定皮托管，所述皮托管用于测定压差，所述皮托管的测点安装位置根据性能试验具体要求计算得出；所述皮托管可以测定风硐内的测点全压h

在风硐风量精准测量组件中的压差传输管路用于传输皮托管测量产生的全压与静压；所述墙体引出装置为风硐压差传输管路的穿墙装置；所述压差气路切换装置用于进行两个风硐压差气路的切换，同时切换皮托管安装数量两倍的气路，确保主要通风机切换时能够自动进行切换，满足实时测量的要求。

所述安装附件包括皮托管固定装置和压差传输管路固定装置。

所述温湿度传感器用于测定风硐内风流的温度和相对湿度，温度检测精度为0.5℃；所述采样器用于过滤甲烷监测传输管路中的粉尘，以确保微压差传感器正常运行；所述甲烷监测传输管路用于传输风硐内的含甲烷气体的空气；所述机械滤水除尘转换装置用于对甲烷监测传输管路中的空气滤水除尘，在两个风硐的甲烷监测传输管路之间进行切换；所述抽气泵用于将风硐内的空气通过甲烷监测传输管路泵送到高精度甲烷检测装置；所述可调谐激光光谱TDLAS气体检测仪用于测定风硐内风流中的甲烷浓度C

所述信号线缆包括甲烷浓度线缆、压力线缆和温湿度信号线缆。

所述风硐甲烷排放量集成组件可收集分析风硐风流流速以计算风硐风流流量，所述微压差信号线缆将微压差传感器产生的速压数据传输至数据处理中心，计算皮托管测点的风流流速v

即

其中，v

其中，v

平均流量V＝v

其中，V为风硐的平均风流流量，s为风硐的测点断面面积。

所述风硐甲烷排放量集成组件可收集分析风硐内风流的甲烷浓度，并每分钟读取一次风硐风流中甲烷的平均浓度。

所述风硐甲烷排放量集成组件可收集分析处理风硐内风流的温湿度参数和绝对压力参数，并计算风硐风流的空气密度

所述空气密度

其中，P为风硐内空气的大气压力，T为热力学温度，P

所述风硐甲烷排放量集成组件可根据设定的算法计算出工况状态下的甲烷排放量，通过换算生成实时的标况状态的甲烷排放量报表；

V

根据热力学公式(P

V

其中，P

本发明采用上述结构，通过风硐风量精准测量组件来精准测量风硐相关风量参数；通过风硐甲烷浓度精准测定组件来精准测量出风硐甲烷相关浓度参数；通过风硐甲烷排放量集成组件收集、分析、处理风硐内风流中的风流速度、甲烷浓度、温度湿度和大气压力，以计算风硐甲烷的排放量；通过数据处理中心将全部相关的信息数据进行分析处理计算，并且进行数据的交互与传输，具有简便实用、精准高效的优点。

附图说明：

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的风硐风量精准测量组件的结构示意图。

图3为本发明的风硐甲烷浓度精准测定组件的结构示意图。

图4为本发明的风硐甲烷排放量集成组件的结构示意图。

具体实施方式：

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。

如图1-4中所示，一种煤矿风硐用甲烷排放量监测系统，所述监测系统包括：

风硐风量精准测量组件，所述风硐风量精准测量组件用于精准测量风硐相关风量参数，包括风硐网架、皮托管、压差传输管路、反冲洗阀门、墙体引出装置、压差气路切换装置、微压差仪表柜、微压差信号线缆和安装附件；

风硐甲烷浓度精准测定组件，所述风硐甲烷浓度精准测定组件用于精准测量出风硐甲烷相关浓度参数，包括温湿度传感器、采样器、甲烷监测传输管路、机械滤水除尘转换装置、抽气泵、可调谐激光光谱TDLAS气体检测仪、气压传输管路、墙体引出装置、压力传感器切换装置、风硐压力传感器和信号线缆；

风硐甲烷排放量集成组件，所述风硐甲烷排放量集成组件用于收集、分析、处理风硐内风流中的风流速度、甲烷浓度、温度湿度和大气压力，以计算风硐甲烷的排放量。

在风硐风量精准测量组件中的风硐网架用于固定皮托管，所述皮托管用于测定压差，所述皮托管的测点安装位置根据性能试验具体要求计算得出；所述皮托管可以测定风硐内的测点全压h

在风硐风量精准测量组件中的压差传输管路用于传输皮托管测量产生的全压与静压；所述墙体引出装置为风硐压差传输管路的穿墙装置；所述压差气路切换装置用于进行两个风硐压差气路的切换，同时切换皮托管安装数量两倍的气路，确保主要通风机切换时能够自动进行切换，满足实时测量的要求。

所述安装附件包括皮托管固定装置和压差传输管路固定装置。

所述温湿度传感器用于测定风硐内风流的温度和相对湿度，温度检测精度为0.5℃；所述采样器用于过滤甲烷监测传输管路中的粉尘，以确保微压差传感器正常运行；所述甲烷监测传输管路用于传输风硐内的含甲烷气体的空气；所述机械滤水除尘转换装置用于对甲烷监测传输管路中的空气滤水除尘，在两个风硐的甲烷监测传输管路之间进行切换；所述抽气泵用于将风硐内的空气通过甲烷监测传输管路泵送到高精度甲烷检测装置；所述可调谐激光光谱TDLAS气体检测仪用于测定风硐内风流中的甲烷浓度C

所述信号线缆包括甲烷浓度线缆、压力线缆和温湿度信号线缆。

所述风硐甲烷排放量集成组件可收集分析风硐风流流速以计算风硐风流流量，所述微压差信号线缆将微压差传感器产生的速压数据传输至数据处理中心，计算皮托管测点的风流流速v

即

其中，v

其中，v

平均流量V＝v

其中，V为风硐的平均风流流量，s为风硐的测点断面面积。

所述风硐甲烷排放量集成组件可收集分析风硐内风流的甲烷浓度，并每分钟读取一次风硐风流中甲烷的平均浓度。

所述风硐甲烷排放量集成组件可收集分析处理风硐内风流的温湿度参数和绝对压力参数，并计算风硐风流的空气密度

所述空气密度

其中，P为风硐内空气的大气压力，T为热力学温度，P

所述风硐甲烷排放量集成组件可根据设定的算法计算出工况状态下的甲烷排放量，通过换算生成实时的标况状态的甲烷排放量报表；

V

根据热力学公式(P

V

其中，P

本发明实施例中的一种煤矿风硐用甲烷排放量监测系统的工作原理为：基于多个功能组件的相互配合作用，能够准确核算出煤矿风排系统的甲烷排放量，将工况状态下的甲烷排放量转换为标况下的甲烷排放量，减少因甲烷的逃逸性和扩散性而带来的监测误差，从而设定统一的标准来进行充分表征出甲烷的泄漏量，同时参照湿度参数、大气压力参数等数据信息来作为辅助监测核算依据，以进一步提升监测数据的精准度和反馈速度，分析计算方式简便可靠，方便进行推广和普及，可以适用于多种不同的煤矿风硐应用场景。

在整体方案中，主要包括风硐风量精准测量组件，用于精准测量风硐相关风量参数，包括风硐网架、皮托管、压差传输管路、反冲洗阀门、墙体引出装置、压差气路切换装置、微压差仪表柜、微压差信号线缆和安装附件；

风硐甲烷浓度精准测定组件，用于精准测量出风硐甲烷相关浓度参数，包括温湿度传感器、采样器、甲烷监测传输管路、机械滤水除尘转换装置、抽气泵、可调谐激光光谱TDLAS气体检测仪、气压传输管路、墙体引出装置、压力传感器切换装置、风硐压力传感器和信号线缆；

风硐甲烷排放量集成组件，用于收集、分析、处理风硐内风流中的风流速度、甲烷浓度、温度湿度和大气压力，以计算风硐甲烷的排放量。

在煤炭行业中，现行的甲烷排放量试点的工作原理是利用煤矿井下回风巷道安全监控系统的数据进行计算，然而监测数据点位过多，只能粗略计算出工况状态下的甲烷排放量，缺乏相关监测参数的支持，计算得到的数据并不具有可靠性和精准度，因此，需要本申请中的一种煤矿风硐用甲烷排放量监测系统来兼顾相应的环境参数来提升监测数据的精准度。

具体的，在风硐风量精准测量组件中的风硐网架用于固定皮托管，所述皮托管用于测定压差，所述皮托管的测点安装位置根据性能试验具体要求计算得出；所述皮托管可以测定风硐内的测点全压h

同时，皮托管测点安装位置根据风硐的结构按照《工业通风机现场性能试验》GB/T10178-2006具体要求通过计算得出，按照统一的标准进行分析计算，来进一步保证数据的精准度。

优选的，在风硐风量精准测量组件中的压差传输管路用于传输皮托管测量产生的全压与静压；所述墙体引出装置为风硐压差传输管路的穿墙装置；所述压差气路切换装置用于进行两个风硐压差气路的切换，同时切换皮托管安装数量两倍的气路，确保主要通风机切换时能够自动进行切换，满足实时测量的要求。

在风硐甲烷浓度精准测定组件中，温湿度传感器用于测定风硐内风流的温度和相对湿度，温度检测精度为0.5℃；所述采样器用于过滤甲烷监测传输管路中的粉尘，以确保微压差传感器正常运行；所述甲烷监测传输管路用于传输风硐内的含甲烷气体的空气；所述机械滤水除尘转换装置用于对甲烷监测传输管路中的空气滤水除尘，在两个风硐的甲烷监测传输管路之间进行切换；所述抽气泵用于将风硐内的空气通过甲烷监测传输管路泵送到高精度甲烷检测装置；所述可调谐激光光谱TDLAS气体检测仪用于测定风硐内风流中的甲烷浓度C

上述监测得到的信号数据都会通过信号线缆传输至数据处理中心，由数据处理中心进行统一结算。

优选的，所述风硐甲烷排放量集成组件可收集分析风硐风流流速以计算风硐风流流量，所述微压差信号线缆将微压差传感器产生的速压数据传输至数据处理中心，计算皮托管测点的风流流速v

即

其中，v

其中，v

平均流量V＝v

其中，V为风硐的平均风流流量，s为风硐的测点断面面积。

风硐甲烷排放量集成组件可收集分析风硐内风流的甲烷浓度，并每分钟读取一次风硐风流中甲烷的平均浓度，以一定的周期来稳定计算输出甲烷的平均浓度，进一步提升精准度；周期性的进行浓度数值的输出还可以从侧面反映监测系统的运行状态，在出现异常状况时可以及时进行反馈响应。

对于风硐内风流的温湿度参数和绝对压力参数，本申请的风硐甲烷排放量集成组件同样可以进行监测，并计算风硐风流的空气密度

所述空气密度

其中，P为风硐内空气的大气压力，T为热力学温度，P

本申请还可以对标况状态下的各个系数进行处理运算，具体的，通过换算生成实时的标况状态的甲烷排放量报表；

V

根据热力学公式(P

V

其中，P

综上所述，本发明实施例中的一种煤矿风硐用甲烷排放量监测系统基于多个功能组件的相互配合作用，能够准确核算出煤矿风排系统的甲烷排放量，将工况状态下的甲烷排放量转换为标况下的甲烷排放量，减少因甲烷的逃逸性和扩散性而带来的监测误差，从而设定统一的标准来进行充分表征出甲烷的泄漏量，同时参照湿度参数、大气压力参数等数据信息来作为辅助监测核算依据，以进一步提升监测数据的精准度和反馈速度，分析计算方式简便可靠，方便进行推广和普及，可以适用于多种不同的煤矿风硐应用场景。

上述具体实施方式不能作为对本发明保护范围的限制，对于本技术领域的技术人员来说，对本发明实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本发明的保护范围内。

本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。