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申请/专利权人：西安科技大学

摘要：本发明提供了一种基于矿井烟气监测的自动调控风门系统，包括多个风门系统、多个烟气监测系统、控制系统和传输系统；风门系统设置在井下巷道内，包括风门、喷头、语音设备以及信号显示设备；烟气监测系统用于检测巷道内气体、粉尘、温度、烟雾以及风流信息；控制系统包括信号转换器和计算机；传输系统包括传输线路和信号接收器；烟气监测系统监测到信号通过传输系统输送信号给控制系统，控制系统根据接收到的信号控制风门的开启。本发明自动调控风门系统通过实时监测矿井火灾烟气在不同位置处的浓度及烟流方向，从而作用抗灾救灾风门，自动调整风门打开程度，将火灾烟气及时排放，防止烟气进一步向深处蔓延。

主权项：1.一种基于矿井烟气监测的自动调控风门系统，其特征在于，包括多个风门系统、多个烟气监测系统、控制系统和传输系统；所述风门系统设置在井下巷道内，包括风门（21）、喷头（22）、语音设备（23）以及信号显示设备（24），所述喷头（22）、语音设备（23）以及信号显示设备（24）均设置在风门（21）上；所述烟气监测系统用于检测巷道内气体、粉尘、温度、烟雾以及风流信息；所述烟气监测系统设置在井下巷道（1）内，所述烟气监测系统包括一氧化碳传感器（31）、瓦斯传感器（32）、粉尘传感器（33）、烟雾传感器（34）、红外温度传感器（35）和风流方向及风速传感器（37），所述烟气监测系统还包括防爆摄像头（36）；所述控制系统包括信号转换器（43）和计算机（44）；所述传输系统包括传输线路（41）和信号接收器（42）；风门系统具体设置在各大巷之间的联络巷内；烟气监测系统设置在运输大巷内，具体安装在巷道交叉处以及抗灾救灾风门（21）处，为了能及时判别火灾发生位置以及烟气蔓延的范围和速度，根据联络巷的位置将运输大巷分成不同区段，每一个区段是一个独立的烟气监测及排放区域，烟气监测装置设置在每一个区段的开始、中间以及结束位置，通过每一区段实时反馈的信息能够及时得知发生火灾的位置位于哪一区段，通过区段开始和结束位置处的烟气监测装置，能够及时判断出烟气是随着风流方向蔓延，还是由于热流烟气密度过大导致烟气逆流顺着风流反方向蔓延，从而能够及时确定打开最佳位置风门，将烟气排放；所述烟气监测系统监测到巷道内气体、粉尘、温度、烟雾以及风流信息的信号通过传输系统输送信号给控制系统，控制系统根据接收到的信号控制风门的开启；当巷道某处发生火灾时，首先红外温度传感器会第一时间监测到巷道内的温度场的变化，其次一氧化碳、烟雾传感器会监测到一氧化碳及烟雾的浓度逐渐变大，再次通过风流方向和风速传感器会监测到巷道风流的风速与原来相比发生明显变化，最后通过防爆摄像头监测到巷道内的变化，经过层层判断及时识别出巷道内具体位置处发生的火灾；烟气监测系统监测到信号通过高速传输系统将监测系统监测的数据信号实时输送给控制系统，控制系统根据监测系统传输的数据进行分析汇总，通过二三因素组合对比法，将监测器上不同传感器信号对比印证、综合分析后确定巷道发生火灾以及烟气蔓延的位置，及时将动作信号高速传输到相应风门（21），打开相应风门（21）排放有害烟气，同时根据监测系统实时监测烟气在排放过程中变化，实时自动调整风门（21）的打开程度，让风门（21）能以最大合适程度的排放烟气，当火灾结束后若巷道内已无有害烟气，计算机通过监测系统反馈的数据信号，及时自动关闭救灾风门（21），从而恢复到正常状态，全程无需人为控制；所述烟气监测系统分别安装在巷道交叉处或风门（21）处；基于矿井烟气监测的自动调控风门系统调控自动调控风门的方法包括以下步骤：S1、将巷道分成多个区段，每一个区段是一个独立的烟气监测及排放区域，多个区段之间分别通过风门系统隔开，烟气监测系统设置在每一个区段的开始、中间以及结束位置，通过每一区段内的烟气监测系统实时检测巷道内气体、粉尘、温度和烟雾信息；S2、将S1中检测到的气体、粉尘、温度和烟雾信息通过传输线路（41）传给信号接收器（42），再由信号接收器（42）将接收的信号经过转换器（43）的转化后传给计算机（44），计算机（44）对收集到的各种信息进行综合对比，确定灾害发生位置位于巷道的哪一区段，并通过该区段开始和结束位置处的烟气监测装置，能够及时判断出烟气的蔓延的方向，及时控制打开相应位置处风门系统的风门，对烟气进行扩散，直至烟气扩散结束。

全文数据：一种基于矿井烟气监测的自动调控风门系统及调控方法技术领域本发明属于矿井抗灾救灾设备技术领域，具体涉及一种基于矿井烟气监测的自动调控风门系统及调控方法。背景技术中国是世界第一产煤大国，煤炭在中国一次能源消费结构中占70％左右。中国工程院《国家能源发展战略2030～2050》指出煤炭在能源结构中比例仍占50％。在相当长的时期内，煤炭作为中国的主导能源将不可替代，因而煤炭是国家能源发展战略的重点。矿井火灾是煤矿重大灾害之一，矿井一旦发生火灾，火势蔓延迅速，造成重大财产损失和人身伤亡事故。在矿井火灾中，造成火灾事故扩大化的主要原因为：火灾及其产生有毒物质的蔓延。蔓延形式主要表现为高温烟气、有毒有害气体在矿井风流的流动时失去控制无规律扩散。因此，对矿井火灾风流控制技术进行研究，在矿井巷道火灾易发地点建立风流控制系统，当火灾发生后能够使火灾影响范围限定在最小损失范围之内，并为井下人员逃生避灾提供指导、降低井下人员伤亡率、提高救援可能性方面有着十分重要的现实意义。传统的救灾风门只能通过手动、感应、触发或者控制装置进行风门动作，在发生火灾后，现有救灾风门无法根据巷道烟气蔓延范围与速度自动进行动作如：自动调节火灾巷道的进风量以及烟气的排放量。无法实时得知烟气蔓延的范围、方向以及速度，从而会对矿井烟气的排放产生滞后，导致烟气的在矿井内蔓延，会严重造成人员窒息伤亡。因此，基于矿井烟气监测的抗灾救灾自动调控风门的研究对煤矿抗灾救援具有重要意义。发明内容本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种基于矿井烟气监测的自动调控风门系统，该自动调控风门系统通过实时监测矿井火灾烟气在不同位置处的浓度及烟流方向，从而作用抗灾救灾风门，自动调整风门打开程度，将火灾烟气及时排放，防止烟气进一步向深处蔓延。本方法与现有方法相比，主要是将巷道进行防灾区段划分，进行层层连锁控制，根据不同阶段的监测系统监测的数据及时确定发生火灾的位置，能够根据烟气的蔓延方向和范围，及时自动调整风门动作，无需进行人为控制，而且能够根据烟气动向实现实时自动调整风门的打开或关闭程度，使得有毒有害烟气蔓延范围能够以最大程度被控制，从而在发生火灾后能够使人员伤亡降到最低。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于矿井烟气监测的自动调控风门系统，其特征在于，包括多个风门系统、多个烟气监测系统、控制系统和传输系统；所述风门系统设置在井下巷道内，包括风门、喷头、语音设备以及信号显示设备，所述喷头、语音设备以及信号显示设备均设置在风门上；所述烟气监测系统用于检测巷道内气体、粉尘、温度、烟雾以及风流信息；所述控制系统包括信号转换器和计算机；所述传输系统包括传输线路和信号接收器；所述烟气监测系统监测到信号通过传输系统输送信号给控制系统，控制系统根据接收到的信号控制风门的开启。优选地，所述烟气监测系统设置在井下巷道内，所述烟气监测系统包括一氧化碳传感器、瓦斯传感器、粉尘传感器、烟雾传感器、红外温度传感器和风流方向及风速传感器。优选地，所述烟气监测系统还包括防爆摄像头。优选地，所述风门系统安装在矿井各大巷之间的联络巷处。优选地，所述烟气监测系统分别安装在巷道交叉、风门等处。另外，本发明还提供了一种基于矿井烟气监测的自动调控风门的方法，该方法包括以下步骤：S1、根据联络巷的位置将巷道分成多个区段，每一个区段是一个独立的烟气监测及排放区域，烟气监测系统设置在每一个区段的开始、中间以及结束位置，通过每一区段内的烟气监测系统实时检测巷道内气体、粉尘、温度、烟雾以及风流信息；S2、将S1中检测到的气体、粉尘、温度、烟雾以及风流信息通过传输线路传给信号接收器，再由信号接收器中接收的信息经过转换器的转化后传给计算机，计算机对收集到的各种信息进行综合对比，确定灾害发生位置位于哪一区段，并通过该区段开始和结束位置处的烟气监测装置，能够及时判断出烟气的流动方向，从而及时控制打开烟气流向处的风门系统的风门，对烟气进行快速排放，直至烟气全部被排放。本发明与现有技术相比具有以下优点：现有技术在发生火灾时只能相应的打开风门排放有害烟气，对于有害烟气是否能全部排放，排放过程中烟气的变化、风流的变化以及烟气是否进一步蔓延，蔓延的快慢和范围无从而知，这就是为什么矿井中虽然都设置有救灾风门，但是一旦发生火灾后，仍然导致大量人员伤亡的原因。本发明根据风门安装的位置将两风门之间的巷道划分为一个功能区段，每一功能区段内都设置有监测系统，达到层层监控、层层排放的目的，通过区段内的监测系统能够及时得知火灾发生的位置，以及在烟气排放过程中确定出烟气是否能够及时全部排放，若发生火灾区段的风门不能满足有害烟气的全部排放，则烟气会进一步向下一区段蔓延，通过下一区段开始处的监测系统能第一时间监测到烟气的进一步蔓延，则下一区段的相应风门会自动打开，将进一步蔓延的烟气及时排放，每一区段都会实现上述功能，使得烟气的被层层控制、层层排放，从而防止烟气向深部蔓延。即使所有的区段风门无法满足所有烟气的排放，但是通过层层排放，会使烟气的蔓延速度大大降低，层层监控会实时确定烟气蔓延的位置及范围，为井下人员逃生自救提供准确信息，从而实现最大程度减少人员伤亡。下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。附图说明图1为本发明系统的现场应用示意图；图2为本发明系统的风门放大示意图；图3为本发明系统烟气监测系统示意图；图4为本发明的控制系统及传输系统示意图；图5为本发明的自动控制方法程序运行图。图6为本发明的电路原理框图。附图标记说明：1-运输大巷，2-辅运大巷，3-回风大巷，4a、4b、4c、4d、4e、4f-风门系统，5a、5b、5c、5d、5e、5f、5j-烟气监测系统，6-火灾烟气，21-风门，22-喷头，23-语音设备，24-信号显示设备，31-一氧化碳传感器，32-瓦斯传感器，33-粉尘传感器，34-烟雾传感器，35-红外温度传感器，36-防爆摄像头，37-风流方向及风速传感器，41-传输线路，42-信号接收器，43-信号转换器，44-计算机。具体实施方式如图1～图6所示的一种基于矿井烟气监测的自动调控风门系统，包括多个风门系统、多个烟气监测系统、控制系统及传输系统。井下巷道可设置为相互平行的大巷，具体为运输大巷1、回风大巷3、辅运大巷2，各大巷之间可通过联络巷连通；根据井下巷道实际通风情况，在井下相应巷道设计安装不同的抗灾救灾风门系统4，风门系统4具体设置在各大巷之间的联络巷内，风门系统4安装处设置有风门21、喷头22、语音设备23以及信号显示设备24；喷头22为高效洒水喷头，语音设备23为语音箱，信号显示设备24为信号灯；烟气监测系统5具体设置在运输大巷内，为了能及时判别火灾发生位置以及烟气蔓延的范围和速度，根据联络巷的位置将运输大巷分成不同区段，每一个区段是一个独立的烟气监测及排放区域，烟气监测装置设置在每一个区段的开始、中间以及结束位置，通过每一区段实时反馈的信息能够及时得知发生火灾的位置位于哪一区段，通过区段开始和结束位置处的烟气监测装置，能够及时判断出烟气是随着风流方向蔓延，还是由于热流烟气密度过大导致烟气逆流顺着风流反方向蔓延，从而能够及时确定打开最佳位置风门，将烟气排放，避免风门的误打开导致烟气蔓延更快，从而达到快速、精准、高效的完成有害烟气的排放，能够最大程度的避免人员的伤亡。烟气监测系统包括一氧化碳传感器31、瓦斯传感器32、粉尘传感器33、烟雾传感器34、红外温度传感器35、防爆摄像头36和风流方向及风速传感器37等。烟气监测系统所包含的传感器并不是简单的组装，而是一个相互连锁、印证的系统，为计算机的判别提供更加准确的判别。当巷道某处发生火灾时，首先红外温度传感器会第一时间监测到巷道内的温度场的变化，其次一氧化碳、烟雾传感器会监测到一氧化碳及烟雾的浓度逐渐变大，再次通过风流方向和风速传感器会监测到巷道风流的风速与原来相比发生明显变化，最后通过防爆摄像头监测到巷道内的变化，经过层层判断及时识别出巷道内具体位置处发生的火灾，为计算机下一步指令提供更加可靠的数据支持。传输系统包括传输线路41和信号接收器42；控制系统包括信号转换器43和计算机44。烟气监测系统监测到信号通过高速传输系统将监测系统监测的数据信号实时输送给控制系统，控制系统根据监测系统传输的数据进行分析汇总，通过二三因素组合对比法，将监测器上不同传感器信号对比印证、综合分析后确定巷道发生火灾以及烟气蔓延的位置，及时将动作信号高速传输到相应风门21，打开相应风门21排放有害烟气，同时根据监测系统实时监测烟气在排放过程中变化，实时自动调整风门21的打开程度，让风门21能以最大合适程度的排放烟气，当火灾结束后若巷道内已无有害烟气，计算机通过监测系统反馈的数据信号，及时自动关闭救灾风门21，从而恢复到正常状态，全程无需人为控制。当巷道处抗灾救灾的风门4动作打开用于排放火灾烟气6时，风门21上的信号灯发出红色信号，语音箱播报风门此时状态，高效洒水喷头及时打开从而降低风门附近的烟尘浓度以及温度，防止风门因高温火灾烟气造成损坏。所述控制系统主要是计算机44通过对传输回来的信号进行分析，及时确定出火灾烟气浓度、蔓延的速度以及范围，从而得知受火灾烟气6污染的巷道段，进一步发出指令打开相应巷道处的抗灾救灾风门4，防止烟气向巷道深处发生蔓延。传输系统主要是用于火灾烟气以及巷道温度分布信号的搜集和传输，确保实时将井下火灾信息传输到地面计算机上。本发明可以通过计算机对传输的数据进行实时的监测、分析、记录，从而实现连续性对井下环境进行监测、记录。烟气监测系统分别安装在巷道交叉处以及抗灾救灾风门21处，在井下没有发生火灾时，烟气监测系统上的一氧化碳传感器31、瓦斯传感器32、粉尘传感器33和烟雾传感器34分别实时监测井下一氧化碳、瓦斯、粉尘和烟雾浓度，巷道周围温度场的分布，通过防爆摄像头36实时传输井下的视频画面，风流方向及风速传感器37监测风流的方向和风速的大小。当井下一旦发生火灾时，烟气会顺着巷道蔓延，通过巷道内的烟气监测系统上的各种传感器，及时监测不同巷道处火灾烟气浓度的各种信号，通过信号接收器42、传输线路41、以及信号转换器43及时将信号传输到计算机44上，经过计算机44上的分析软件对采集的各种信号进行分析汇总后可以快速得知井下不同位置处烟气浓度的大小、烟气蔓延方向及范围，同时计算机44发出风门21打开动作指令经传输线路41传输到相应风门21处进而打开，火灾烟气通过风门21及时排放，若烟气蔓延段风门21不能满足火灾烟气全部排放，则烟气会向巷道深处进一步蔓延，此时进一步被火灾烟气污染的巷道处相应位置的烟气监测系统5及时将信号反馈到计算机44，相应的另一阶段的风门21被打开，将进一步排放剩余烟气，防止烟气向更深处蔓延。当风门21逐渐被打开后，由于风流可能会发生短路，导致局部区域风流发生反风，通过风流方向及风速传感器37及时监测风流的大小以及风向，从而进一步确认烟气是否发生蔓延。如图1所示，本发明自动调控风门系统的其中一种具体工作为：若运输大巷1某一阶段发生火灾产生火灾烟气6，烟气会随着巷道进一步蔓延，当烟气蔓延到烟气监测系统5a和5b处，通过烟气监测系统5a和5b上的烟雾传感器34、红外温度传感器35、和风流方向及风速传感器37将巷道内的烟气、温度以及风流的信息及时通过传输线路41、信号接收器42以及信号转换器43传输到计算机44，计算机44对火灾信息进行分析确定出火灾烟气6蔓延范围，针对蔓延范围对应的抗灾救灾风门4a发出打开指令，用于抗灾救灾的风门系统4a的风门21逐渐打开，火灾烟气6从风门系统4a的风门21处被排放到回风大巷，抗灾救灾风门系统4a的风门21打开程度与烟气大小有关，若烟气浓度逐渐增大，烟气监测系统5c监测到烟气信息，则抗灾救灾风门系统4a的风门21打开的程度逐渐增大，直到烟气全部从抗灾救灾风门系统4a的风门21处全部排放。若抗灾救灾风门系统4a的风门21全部打开后，仍不能满足烟气的排放，烟气逐渐向巷道深处蔓延，烟气监测系统5c和5d先后监测到烟气蔓延的信息，则抗灾救灾风门系统4c的风门21发生动作逐渐打开，进一步将蔓延的烟气排放掉，抗灾救灾风门系统4c的风门21打开过程中，有可能发生局部反风，通过烟气监测系统5e上的风流方向及风速传感器37可以监测到风流的方向是否发生变化，若风流的方向发生改变，则证明此处风流发生反风，烟气被全部排放掉，没有进一步蔓延。若烟气量过大，抗灾救灾风门4c也不能满足烟气的排放，则与上述功能一致，通过烟气监测系统5e和5f的监测信息，下一阶段的抗灾救灾风门系统4c的风门21逐渐打开，直至烟气全部被排放。当火灾逐渐减小时，可根据烟气监测系统5提供实时信息，及时作用抗灾救灾风门4，防止风门打开过大，导致巷道其他处的风量减少，实现实时连续动作。本发明可以通过智能控制系统实时分析井下火灾烟气浓度以及蔓延范围，根据不同区域烟气信息，自动调节风门打开程度，及时排放烟气，具有较强的自动连续功能性。同时，本发明的烟气监测系统中的一氧化碳传感器31用于监测巷道内的一氧化碳含量，粉尘传感器33用于监测巷道内的粉尘的含量，瓦斯传感器32用于监测巷道内瓦斯的含量，并将这些信号通过传输线路41传输给信号接收器42，并由信号转换器43转换后传给计算机进行分析，从而实现井下环境的实时监控，预防火灾的发生。。以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

权利要求：1.一种基于矿井烟气监测的自动调控风门系统，其特征在于，包括多个风门系统、多个烟气监测系统、控制系统和传输系统；所述风门系统设置在井下巷道内，包括风门21、喷头22、语音设备23以及信号显示设备24，所述喷头22、语音设备23以及信号显示设备24均设置在风门21上；所述烟气监测系统用于检测巷道内气体、粉尘、温度、烟雾以及风流信息；所述控制系统包括信号转换器43和计算机44；所述传输系统包括传输线路41和信号接收器42；所述烟气监测系统监测到巷道内气体、粉尘、温度、烟雾以及风流信息的信号通过传输系统输送信号给控制系统，控制系统根据接收到的信号控制风门的开启。2.根据权利要求1所述的基于矿井烟气监测的自动调控风门系统，其特征在于：所述烟气监测系统设置在井下巷道1内，所述烟气监测系统包括一氧化碳传感器31、瓦斯传感器32、粉尘传感器33、烟雾传感器34、红外温度传感器35和风流方向及风速传感器37。3.根据权利要求2所述的基于矿井烟气监测的自动调控风门系统，其特征在于：所述烟气监测系统还包括防爆摄像头36。4.根据权利要求1或2或3所述的基于矿井烟气监测的自动调控风门系统，其特征在于：所述风门系统安装在在矿井各大巷之间的联络巷处。5.根据权利要求4所述的基于矿井烟气监测的自动调控风门系统，其特征在于：所述烟气监测系统分别安装在巷道交叉处或风门21处。6.一种基于矿井烟气监测的自动调控风门的方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、将巷道分成多个区段，每一个区段是一个独立的烟气监测及排放区域，多个区段之间分别通过风门系统隔开，烟气监测系统设置在每一个区段的开始、中间以及结束位置，通过每一区段内的烟气监测系统实时检测巷道内气体、粉尘、温度和烟雾信息；S2、将S1中检测到的气体、粉尘、温度和烟雾信息通过传输线路41传给信号接收器42，再由信号接收器42将接收的信号经过转换器43的转化后传给计算机44，计算机44对收集到的各种信息进行综合对比，确定灾害发生位置位于巷道的哪一区段，并通过该区段开始和结束位置处的烟气监测装置，能够及时判断出烟气的蔓延的方向，及时控制打开相应位置处风门系统的风门，对烟气进行扩散，直至烟气扩散结束。

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