一種煤礦工作面痕量氣體正壓采集裝置及其采集方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及痕量氣體監測技術領域，具體涉及一種煤礦工作面痕量氣體正壓采集裝置及其采集方法。
【背景技術】
[0002]煤與瓦斯突出是嚴重影響煤礦安全生產的自然災害之一，突然噴出的瓦斯和煤粉可以充滿數千米的巷道，造成井下人員傷亡，并可能引起火災和爆炸事故，煤與瓦斯突出的危險，時刻威脅著煤礦生產的安全進行。
[0003]長期從事瓦斯突出預測研究的過程中，發現煤層中的He、Ar含量的變化能反映煤層的應力狀態。在應力集中帶會出現He值的明顯發射，而在壓力衰減區則會出現Ar的明顯發射。He與Ar的變化可以反應煤層的應力變化，He的明顯發射區域，煤層應力大，具有較大的突出危險，相應的Ar的發射反應了煤層的完全卸壓，基本不具有突出危險。He與Ar可以構成一對數據組，作為煤與瓦斯突出的預警指標，為突出防治工作提供一種新的手段。
[0004]在使用痕量氣體預測煤與瓦斯突出危險的情況下，如何實時、準確的采樣煤層中的痕量氣體是能夠成功預測煤與瓦斯突出的關鍵。現有的采樣方式是采用鉆機對煤層進行鉆孔，然后取樣煤層深處的煤體樣本，封裝在密封的樣品罐中，帶到井上實驗室進行破碎及檢測。
[0005]采樣過程中存在著以下缺點:1、無法保證采樣的實時性，整個采樣過程周期長；
2、采樣過程中容易混入煤粉等雜質及空氣，由于痕量氣體的含量極低，空氣的混入會大大影響檢測結果的正確性；3、樣品封裝過程中，樣品罐中也容易混入空氣，不易保存和運輸，且采樣的樣品是煤塊，需要破碎提取痕量氣體，工序復雜。
[0006]因此，本領域的技術人員致力于開發一種煤礦工作面痕量氣體正壓采集方案及裝置，實現對煤層工作面中痕量氣體的采樣，具有采樣樣品為痕量氣體，工序簡單，采樣實時性好，不易混入空氣和雜質，正負壓都可以進行采樣的優點。
[0007]通過專利檢索，存在以下已知的技術方案:
[0008]專利1:
[0009]申請號:CN201020215464.1，申請日:2010.06.04，授權公告日:2011.06.01，本實用新型涉及農業、林業及環境研究中土壤擴散的氣體、土壤排放的溫室氣體樣品采集，具體地說是一種土壤剖面梯度氣體樣本的同步采集裝置。主要由圓環形塑料柱、PVC氣體采集管以及不同參數傳感器組成。圓環形塑料柱上面設置不同梯度并在同一梯度含有多孔(本實用新型以兩個孔為例)，其中一個孔接與其直徑相同的PVC氣體采集管，另一個孔接不同參數傳感器，采集氣體時，打開PVC氣體采集管上端的閥門，通過注射器采集土壤氣體樣本。不同參數傳感器可用于測量該梯度土壤的溫度、水分、濕度等參數。將本裝置埋入不同的土壤中，以實現多個土體、多個梯度同步測量、比較分析的優勢。
[0010]專利2:
[0011]申請號:201410108054.X，申請日:2014.03.21，授權公告日:2014.06.11，一種痕量氣體集成探測器的匹配氣路，屬于氣體傳感器/探測器技術領域。包括一個富集器、一個微型色譜柱、一個氣體傳感器、兩個氣栗和一個三通閥，并利用一個電路板控制各個部件的工作狀態；其中，富集器、三通閥、微型色譜柱、氣體傳感器和氣栗2依次串聯，形成主氣路，同時在三通閥處分出支氣路和氣栗1連接，氣栗1的抽氣速度大于氣栗2的抽氣速度，支氣路的管徑大于主氣路的管徑。本發明根據痕量氣體集成探測器中富集器和色譜工作時對氣體流量的不同需求，設計了主、支兩個氣路，并利用三通閥進行轉換，具有結構簡單，易于實現的特點。
[0012]通過以上的檢索發現，以上技術方案沒有影響本發明的新穎性；并且以上專利文件的相互組合沒有破壞本發明的創造性。
【發明內容】
[0013](一)解決的技術問題
[0014]本發明所要解決的技術問題是提供了一種煤礦工作面痕量氣體正壓采集裝置及其采集方法，以克服現有技術無法保證采樣的實時性，整個采樣過程周期長，采樣過程中容易混入煤粉等雜質及空氣，大大影響檢測結果的正確性，樣品封裝過程中，樣品罐中也容易混入空氣，不易保存和運輸的問題。
[0015](二)技術方案
[0016]為實現以上目的，本發明通過以下技術方案予以實現:一種煤礦工作面痕量氣體正壓采集裝置，包括液壓鉆機鉆采裝置(1)，所述液壓鉆機鉆采裝置(1)連接有痕量氣體和煤粉分離回收裝置(2)，所述痕量氣體和煤粉分離回收裝置(2)連接有正負壓采樣封裝裝置(3)，所述正負壓采樣封裝裝置(3)連接有正壓保持和隔離裝置(4)。
[0017]進一步的，所述液壓鉆機鉆采裝置⑴包括鉆頭(101)，鉆桿(102)和鉆機，所述鉆桿(102)連接有鉆頭(101)，所述鉆桿(102)上設有電磁鐵(103)和接口 ；鉆桿(102)上的接口用于與痕量氣體和煤粉分離回收裝置(2)相連接，所述鉆桿(102)上嵌有等間距間隔10cm的電磁鐵(103)，所述電磁鐵的數目不少于兩個；使用時通過對電磁鐵(103)進行計數來計算鉆采的深度，電磁鐵(103)的設置數量根據預計的鉆采深度進行調整。
[0018]進一步的，所述痕量氣體和煤粉分離回收裝置(2)包括過濾分離篩(201)和煤粉回收箱(202)，所述過濾分離篩(201)通過鉆桿(102)上設有的接口與鉆桿(102)連接，所述過濾分離篩(201)連接有煤粉回收箱(202);過濾分離篩(201)將痕量氣體和煤粉分離，煤粉落入煤粉回收箱(202)中，痕量氣體進入過濾分離篩(201)中。
[0019]進一步的，所述過濾分離篩(201)包括外壁(2011)，內壁(2012)和煤粉過濾分離孔(2013)，所述過濾分離孔(2013)在內壁(2012)上按等邊三角形排列；痕量氣體從過濾分離孔(2013)外溢到外壁(2011)和內壁(2012)之間，并傳送至正負壓采樣封裝裝置(3)中。
[0020]進一步的，所述煤粉回收箱(202)上設有回收箱觀察窗(203);使用時從回收箱觀察窗(203)觀察煤粉回收箱(202)中煤粉的收集情況。
[0021]進一步的，所述正負壓采樣封裝裝置(3)包括采集管道(301)，采集管進氣閥門(302)，采集管出氣閥門(303)，采樣氣室一(304)，采樣氣室二(305)，采樣氣室進氣閥門一(306)，采樣氣室出氣閥門一(307)，采樣氣室進氣閥門二(308)，采樣氣室出氣閥門二(309)，手動采集栗一(310)和手動采集栗二(311)，所述采集管道(301)通過采集管進氣閥門(302)與過濾分離篩(201)相連接，通過采集管出氣閥門(303)與正壓保持和隔離裝置(4)相連接，所述采樣氣室一(304)和采樣氣室二(305)分別通過采樣氣室進氣閥門一(306)和采樣氣室進氣閥門二(308)與采集管道(301)相連接，連接點位于所述采集管進氣閥門(302)和采集管出氣閥門(303)之間；所述采樣氣室一(304)通過采樣氣室出氣閥門一(307)連接有手動采集栗一(310)，所述采樣氣室二(305)通過采樣氣室出氣閥門二(309)連接有手動采集栗二(311);采樣氣室采用雙閥門控制，同時打開采樣氣室進氣閥門和采樣氣室出氣閥門，讓樣品氣體通過采樣氣室反復沖洗，可以排掉采樣氣室中原有的空氣，保證樣品氣體不受空氣污染，手動采集栗在采集管道壓力較小時，手動抽取樣品氣體對采樣氣室反復沖洗，保證樣品氣體不受空氣污染。
[0022]進一步的，所述手動米集栗一(310)包括拉桿一(3101)，活塞一(3102)，抽氣嘴一(3103)，單向氣孔一 (3104)和抽氣閥一(3105)，所述抽氣閥一 (3105)通過采樣氣室出氣閥門一(307)連接有采樣氣室一(304)，所述抽氣閥一(3105)頂部設有拉桿一(3101)，底部設有抽氣嘴一(3103)和單向氣孔一(3104)，所述拉桿一(3101)連接有活塞一(3102);所述手動采集栗二(311)包括拉桿二(3111)，活塞二(3112)，抽氣嘴二(3113)，單向氣孔二(3114)和抽氣閥二(3115)，所述抽氣閥二(3115)通過采樣氣室出氣閥門二(309)連接有采樣氣室二(305)，所述抽氣閥二(3115)頂部設有拉桿二(3111)，底部設有抽氣嘴二(3113)和單向氣孔二(3114)，所述拉桿二(3111)連接有活塞二(3112);所述抽氣嘴一(3103)和抽氣嘴二(3113)是單向的，只能進氣而不能出氣，所述單向氣孔一(3104)和單向氣孔二(3114)是單向的，只能出氣而不能進氣，保證了抽氣閥一(3105)和抽氣閥二(3115)內氣流的單向流動，從而保證沖洗效果，使得樣品氣體不受空氣污染。
[0023]進一步的，所述正壓保持和隔離裝置(4)包括壓力表(401)，采集管排氣閥門(402)和壓力保持和隔離水箱(403)，所述壓力保持和隔離水箱(403)通過采集管排氣閥門(402)與采集管道(301)相連接，所述采集管道(301)上采集管出氣閥門(303)與采集管排氣閥門(402)之間設有壓力表(401);壓力保持和隔離水箱(403)中注滿水，采集管道(301)伸到水平面以下，既可以對采集管道(301)進行密封保持管道氣體壓力，又可以回收氣體中殘存的煤粉，使用時通過壓力表(401)觀察采集管道(301)內的壓力情況。
[0024]進一步的，所述壓力保持和隔離水箱(403)上設有水箱觀察孔(404);使用