技術領域：

本發(fā)明屬于采空區(qū)氣體監(jiān)測技術領域，具體涉及一種煤礦井下氣體采樣裝置及方法。

背景技術：
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井下采空區(qū)是煤炭自燃重點防控區(qū)域，在綜采技術普及的現在仍然不可避免遺煤的產生，遺煤在采空區(qū)內經歷氧化、蓄熱最終導致自燃，威脅了井下人員生命安全并凍結大量的礦產資源。通過井下采空區(qū)內鋪設的束管對采空區(qū)內氣樣進行采集，再經過對氣樣內指標氣體分析，判斷當前采空區(qū)內遺煤是否有自燃危險或是否已經自燃，這樣就能及時采取措施，防止采空區(qū)自燃，保證安全生產。

當前氣樣采集工作是一個工序繁瑣、效率低下的體力勞動，氣樣采集人員要將手動氣泵兩端分別連接束管和氣樣球，通過對手動氣泵的不斷抓握向氣樣球內輸送氣樣，在氣樣充滿氣樣球后對氣樣球進行封閉后再斷開所有連接，造成氣樣采集速度緩慢，而且在需要采集氣樣數量多的情況下，大量充滿的氣樣球也會造成攜帶體積大，各氣樣容易混淆的缺點。傳統(tǒng)的氣樣采集方法導致采集前后兩個氣樣的時間間隔過長，無法做到連續(xù)采集，更無法確定某個氣樣處在采集過程中某個時間段內，降低了準確性。

由以上分析可知，現今的氣樣采集方法和裝備弊端太多，因此有必要提出一種便攜式的氣樣采集裝置和方法，改進現今的缺陷。

技術實現要素：
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本發(fā)明的目的是為提高氣體采樣效率，及時判別危險源，提供一種煤礦井下氣體采樣裝置及方法，該裝置結構簡單，操作方便，易于攜帶，采用該裝置進行氣樣采集可以提高氣體采樣效率和準確度，減輕氣體采樣工作負擔。

為實現上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案：

一種煤礦井下氣體采樣裝置，包括包體，儲氣筒，橡膠管，管口切換器和氣泵，其中：

所述的儲氣筒設置若干個，所述的儲氣筒并排放置在包體內；

所述的橡膠管設置數量與儲氣筒數量相對應，所述的橡膠管一端與儲氣筒連接，另一端與管口切換器連接；

所述的管口切換器與氣泵相連，所述的管口切換器用于將氣泵接通至各目標儲氣筒相對應的橡膠管，進行氣體采集。

所述的包體設有拉鏈，所述的包體一側設有氣泵收納袋，用于放置氣泵，所述的包體另一側設有水杯收納袋。

所述的氣泵收納袋和水杯收納袋為網狀布料，便于透氣。

所述的包體設有肩帶，所述的肩帶上設有標記卡插槽，所述的管口切換器設置在肩帶上。

所述的肩帶為可調節(jié)肩帶，所述的可調節(jié)肩帶設有肩帶調節(jié)扣。

所述的儲氣筒一端設有儲氣筒進氣口，另一端設有儲氣筒排氣開口，所述的儲氣筒進氣口與橡膠管連接；所述的儲氣筒進氣口處設有氣體活塞，所述的儲氣筒內設有復位彈簧，所述的氣體活塞與復位彈簧相連接。

所述的儲氣筒個數根據所需采樣的氣體種數確定。

所述的管口切換器包括連接管，切換開關，切換開關滑槽，軌道，氣袋和與橡膠管數量相對應的橡膠管接入口，其中：

所述的橡膠管接入口與橡膠管連接，所述的橡膠管接入口相鄰位置并排設置1個不連接橡膠管的關閉位置，所述的橡膠管接入口端口處設有氣體控制活塞和氣體控制彈簧，所述的氣體控制活塞與氣體控制彈簧相連，所述的氣體控制活塞邊緣設有通氣孔，所述的橡膠管接入口端口處內表面設有與通氣孔相對應的凸起，當彈簧伸展時，通氣孔與橡膠管接入口端口處內表面凸起相貼合，使橡膠管接入口端口處于密封狀態(tài)；

所述的橡膠管接入口下方設置軌道，所述的連接管設置在軌道上，所述的連接管一側為楔形開口，所述的楔形開口外圓周表面設有環(huán)形密封圈；氣體采樣時，楔形開口向上運動將氣體控制活塞頂起，環(huán)形密封圈與橡膠管接入口端口外壁貼合，氣樣由通氣孔向橡膠管輸送；所述的連接管另一側與氣袋相連，所述的氣袋設有氣袋進氣口，工作時，所述的氣袋進氣口與氣泵相連；

所述的切換開關設置在切換開關滑槽內，所述的切換開關與連接管相連；

所述的切換開關用于控制連接管在軌道上滑動至相應的橡膠管接入口；

所述的切換開關設有位置控制板，所述的位置控制板與軌道相連接；

所述的切換開關與位置控制板間設有開關復位彈簧。

所述的切換開關控制連接管在軌道上滑動的過程為：按下切換開關，所述的位置控制板通過壓縮復位彈簧，帶動連接管向下運動，所述的連接管在軌道上移動至下一個橡膠管接入口。

所述的軌道為雙軌道。

所述的氣袋為橡膠氣袋。

所述的包體設有與橡膠管數量相對應的導出開口，所述的橡膠管穿過導出開口連接儲氣筒與管口切換器，所述的橡膠管由導出開口穿出后能夠并列整齊排列在肩帶上。

所述的氣泵為便攜式氣泵，所述的氣泵為礦用本質安全型氣泵。

采用所述的煤礦井下氣體采樣裝置進行氣體采樣的方法，包括以下步驟：

(1)將管口切換器調至第一儲氣筒；

(2)開啟氣泵，進行氣體樣本采集，完成第一儲氣筒集氣；

(3)下一管氣體采集，其中：

(a)當對某一地點的氣樣連續(xù)采集時：

重復步驟(1)和(2)的操作，調節(jié)管口切換器，向其余儲氣筒依次進行氣體樣本采集；使用完畢后，將管口切換器切換至放空狀態(tài)；

(b)當對不同地點的氣體進行間斷采集時：

關閉氣泵，將管口切換器切換至放空位置，打開氣泵，將管口切換器內殘余氣體排空后，再次將管口切換器滑動至下一個儲氣筒進行集氣，依此循環(huán)，完成不同氣體的采集操作；

(4)進行氣體檢測時，將管口切換器與氣相色譜儀相連，調節(jié)管口切換器到相應位置即可釋放氣體。

所述的步驟(2)中，當氣袋鼓起時，說明該儲氣筒充滿。

所述的步驟(3)(a)中，當對某一地點的氣樣連續(xù)采集時，將管口切換器直接切入下一橡膠管接入口，氣袋內氣樣自動進入下一橡膠管內。

本發(fā)明的有益效果：

(1)該井下氣體采樣裝置結構簡單，便于攜帶，方法操作方便，可大幅度提高井下氣體采樣工作的效率，減輕氣樣采集人員負擔，提高工作人員積極性；

(2)該井下氣體采樣裝置能夠有效減少攜帶體積，彌補了傳統(tǒng)球狀氣袋采樣攜帶體積過大的缺點；

(3)該井下氣體采樣裝置克服傳統(tǒng)球狀氣袋長期使用壽命縮短導致的漏氣現象，，保證氣樣密封性，使所收集氣體樣本更符合現場實際，滿足對氣樣連續(xù)采集需要；

(4)采用該采樣方法能夠增加井下安全監(jiān)測人員工作效率，及時辨別井下危險源，保證人員生命安全和企業(yè)經濟效益；

(5)該采樣方法可以對某一地點的氣樣連續(xù)采集，并通過氣泵流量和儲氣筒體積確定某氣筒內氣樣采集的時間段，便于監(jiān)測氣樣成分隨抽采時間的變化過程，對于不同地點的氣樣采集同樣適用。

附圖說明：

圖1為本發(fā)明實施例1的煤礦井下氣體采樣裝置的結構示意圖；

圖2為圖1的煤礦井下氣體采樣裝置的后視圖；

圖3為本發(fā)明實施例1的儲氣筒的結構示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例1的管口切換器的結構示意圖；

圖5為本發(fā)明實施例1的管口切換器中切換開關的結構示意圖；

其中：1-包體，2-拉鏈，3-儲氣筒，301-儲氣筒進氣口，302-儲氣筒排氣開口，303-氣體活塞，304-復位彈簧，4-管口切換器，401-切換開關，402-橡膠氣袋進氣口，403-切換開關滑槽，404-橡膠管接入口，405-氣體控制彈簧，406-氣體控制活塞，407-通氣孔，408-軌道，409-位置控制板，410-開關復位彈簧，411-關閉位置，412-橡膠氣袋，413-連接管，414-環(huán)形密封圈，5-可調節(jié)肩帶，501-標記卡插槽，502-肩帶調節(jié)扣，6-便攜氣泵收納袋，7-橡膠管，8-水杯收納袋，9-導出開口。

具體實施方式：

下面結合實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。

實施例1

如圖1～5所示，一種煤礦井下氣體采樣裝置，包括包體1，儲氣筒3，橡膠管7，管口切換器4和便攜式氣泵，該便攜式氣泵為礦用本質安全型氣泵，其中：

所述的儲氣筒3的個數根據所需采樣的氣體種數確定，本實施例中設置20個，并排放置在包體1內，所述的儲氣筒3一端設有儲氣筒進氣口301，另一端設有儲氣筒排氣開口302；所述的儲氣筒進氣口301處設有氣體活塞303，所述的儲氣筒3內設有復位彈簧304，所述的氣體活塞303與復位彈簧304相連接；

所述的管口切換器4包括連接管413，切換開關401，切換開關滑槽403，軌道408，橡膠氣袋412和20個并排設置的橡膠管接入口404，其中：

所述的橡膠管接入口404相鄰位置并排設置1個不連接橡膠管7的關閉位置411，所述的軌道408為雙軌道，所述的橡膠管接入口404端口處設有氣體控制活塞406和氣體控制彈簧405，所述的氣體控制活塞406與氣體控制彈簧405相連，所述的氣體控制活塞406邊緣設有兩個通氣孔407，所述的橡膠管接入口404端口處內表面設有與通氣孔407相對應的凸起，當彈簧伸展時，通氣孔407與橡膠管接入口404端口處內表面凸起相貼合，使橡膠管接入口404端口處于密封狀態(tài)；

所述的軌道408設置在橡膠管接入口404下方，所述的連接管413設置在軌道408上，所述的連接管413一側為楔形開口，所述的楔形開口外圓周表面設有環(huán)形密封圈414；氣體采樣時，楔形開口向上運動將氣體控制活塞頂起，環(huán)形密封圈414與橡膠管接入口404端口外壁貼合，氣樣由通氣孔407向橡膠管7輸送；所述的連接管413另一側與橡膠氣袋412相連，所述的橡膠氣袋412設有橡膠氣袋進氣口402，工作時，所述的橡膠氣袋進氣口402與便攜式氣泵相連；

所述的切換開關401設置在切換開關滑槽403內，所述的切換開關401與連接管413相連；

所述的切換開關401用于控制連接管413在軌道408上滑動至相應的橡膠管接入口404；

所述的切換開關401設有位置控制板409，所述的位置控制板409與軌道408相連接；

所述的切換開關401與位置控制板409間設有開關復位彈簧410；

所述的管口切換器4用于將便攜式氣泵接通至各目標儲氣筒相對應的橡膠管7，進行氣體采集；

所述的橡膠管7對應設置20個，所述的橡膠管7一端與儲氣筒進氣口301連接，另一端與橡膠管接入口404連接；

所述的包體1設有拉鏈2，所述的包體1一側設有便攜氣泵收納袋6，用于放置便攜式氣泵，所述的包體1另一側設有水杯收納袋8，所述的便攜氣泵收納袋6和水杯收納袋8為網狀布料，便于透氣；

所述的包體1設有可調節(jié)肩帶5，所述的可調節(jié)肩帶5上設有標記卡插槽501，所述的管口切換器4設置在可調節(jié)肩帶5上，所述的可調節(jié)肩帶5設有肩帶調節(jié)扣502；

所述的包體1設有20個導出開口9，所述的橡膠管7穿過導出開口9連接儲氣筒3與管口切換器4，所述的橡膠管7由導出開口9穿出后能夠并列整齊排列在可調節(jié)肩帶5上；

該煤礦井下氣體采集裝置在采集時各連接處密封良好，保證了氣樣的準確性；

針對煤礦井下延伸進入采空區(qū)不同位置的氣體監(jiān)測束管進行采空區(qū)氣樣采集，本實例中，需要通過20個束管分別對采空區(qū)不同位置的氣樣進行采集，采用所述的煤礦井下氣體采樣裝置進行氣體采樣的方法，包括以下步驟：

(1)將便攜式氣泵進氣口與束管連接，便攜式氣泵出氣口與橡膠帶進氣口402連接，按下切換開關401，將橡膠氣袋412滑動至關閉位置411即排空位置，打開便攜式氣泵，將束管內及橡膠氣袋413的殘余氣體排空；

(2)按下切換開關401，將連接管413滑動至第一個儲氣筒3對應的橡膠管接入口404，松開切換開關401，開關復位彈簧410復位，推動連接管413向上移動，使得環(huán)形密封圈414與橡膠管端口外壁貼合，連接管413推動氣體控制活塞406向上移動，氣體控制彈簧405被壓縮，開啟便攜式氣泵，開始對包體1內的第一個儲氣筒3進行充氣，隨著氣樣進入連接管413，氣樣由通氣孔407進入橡膠管7，充滿后橡膠氣袋412開始膨脹，表明第一個儲氣筒3已經完成充氣；

(3)再次按下切換開關401，位置控制板409通過壓縮開關復位彈簧410，帶動連接管413向下運動，連接管413在軌道408滑軌上滑動，帶動橡膠氣袋412滑動至關閉位置411，關閉便攜式氣泵并放入便攜式氣泵收納袋6內，將本次采集的氣樣位置與對應橡膠管接入口404進行記錄，并放置在標記卡插槽501內，至此完成1個氣體采樣，重復上述殘余氣體排放和氣樣采集步驟，完成對剩下19個氣樣的采集；

(4)進行氣體檢測時，將管口切換器4的橡膠氣袋412與氣相色譜儀相連，調節(jié)管口切換器4到目標儲氣筒對應的橡膠管，氣樣在活塞303和復位彈簧304的作用下反向進入化驗儀器。

實施例2

本實施例中的一種煤礦井下氣體采樣裝置與實施例1相同，區(qū)別在于本實施例中儲氣筒設置10個，橡膠管，橡膠管接入口與導出開口相對應也分別設置10個；針對需要對氣樣進行連續(xù)采集的情況，用于觀察氣樣成分隨時間變化；本實例中，在上隅角釋放示蹤氣體，需要對采空區(qū)下隅角進行一段時間的連續(xù)采集，采集完畢后可根據便攜式氣泵流量和儲氣筒的容量，確定每個氣樣的采集開始和結束時間，采用所述的煤礦井下氣體采樣裝置進行氣體采樣的方法，具體包括以下步驟：

(1)將便攜式氣泵進氣口伸入下隅角風障內，便攜式氣泵出氣口與橡膠氣袋進氣口連接，按下切換開關，將連接管滑動至關閉位置即放空位置，打開便攜式氣泵，將橡膠氣袋內的殘余氣體排空；

(2)按下切換開關，將連接管滑動至第一儲氣筒相對應的橡膠管接入口，開啟便攜式氣泵，開始對包體內向應的第一個儲氣筒充入氣樣，充滿后橡膠氣袋鼓起脹，表明第一個儲氣筒已經完成氣樣采集；

(3)再次按下切換開關，將連接管滑動至下一儲氣筒相對應的橡膠管接入口，開始向第二儲氣筒充入氣樣，橡膠氣袋內的氣體隨著新進入的氣樣一并進入第二儲氣筒，如此連續(xù)操作，完成10個氣樣連續(xù)采樣，便攜式氣泵流量為5l/min，每個儲氣筒的容量為1l，連續(xù)采集2min后充滿10個儲氣筒3，在開始采集后每個儲氣筒充滿時間為12s，可以確定每個儲氣筒的采集開始和結束時間。