有限空间灾害气体智能综合治理系统
第一作者：袁静 新疆世安能源管理有限公司副总经理
共同研究人：孟昭君 丁晓晓
一、技术领域
本公司研发新型产品有限空间灾害气体智能综合治理系统，可应用于多种场景，例如：煤仓、工作面回风隅角、工作面采空区、密闭巷道、回风巷瓦斯异常聚集点、密闭空间等场景。尤其涉及多种有害气体在有限空间的智能综合治理。
有限空间灾害气体智能综合治理系统（煤仓场景）
有限空间灾害气体智能综合治理系统（密闭巷道场景）
有限空间灾害气体智能综合治理系统（工作面采空区场景）
二、有害气体的种类及危害
煤矿方面常见的有害气体主要包括甲烷（CH4）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO₂）、硫化氢（H₂S）等。这些气体对人体的危害不容忽视，如甲烷易燃易爆，一氧化碳有毒且无色无味，二氧化碳浓度过高会导致窒息，硫化氢则具有剧毒性和强烈的刺激性。
三、有害气体综合治理系统（煤仓场景）简述
在高瓦斯矿井中，煤矿皮带机运送煤块跌落到煤仓内，煤块破碎会把附着在煤块上的瓦斯等易燃易爆气体释放出来，随着煤块跌落增多，易燃易爆气体释放量增加，加上平时堆积在煤仓底部的煤，长时间堆积，易燃易爆气体释放后不断向上集聚，使得煤仓顶部及上隅角易燃易爆气体浓度高，极易造成易燃易爆气体积聚，如果处理不当，容易引发爆炸。
经检测，瓦斯浓度在5～16％左右，如果遇见各种火花，极易发生瓦斯爆炸，轻者造成伤亡事故，重者储煤仓发生瓦斯爆炸，给安全生产造成极大的危害。
现在的煤仓安装有瓦斯检测装置，但是并没有把煤仓内的瓦斯积聚问题解决。有鉴于此，提供一种有限空间灾害气体智能综合治理系统，主要目的是置换煤仓中的易燃易爆灾害气体。
为达到上述目的，主要提供如下技术方案：
提供一种有限空间灾害气体智能综合治理系统（煤仓场景），该系统包括：煤仓、进气机构和排气机构。
所述进气机构包括进气管、多个导流管和多个挡板，进气管自上而下伸入所述煤仓，多个导流管沿进气管的轴向依次排列，导流管的一端连接于进气管的管壁，另一端倾斜向下延伸，每一个挡板的上边缘转动连接于其中一个导流管的另一端口的边缘，用于使挡板向下转动，盖合导流管的另一端口，相邻的两个挡板分别为第一挡板和第二挡板，第一挡板位于第二挡板的上方，第一挡板的重量大于第二挡板的重量；排气管的下端连接于煤仓的顶壁，排气管和进气管分别设置于煤仓的径向相对侧。
有害气体综合治理系统的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现：
可选的，还包括旋风分离器，其上端出口连接于排气管的下端。
可选的，还包括多个排风扇，均布于煤仓的上端周侧。
可选的，煤仓的顶壁采用倒圆锥形。
可选的，还包括鼓风机，连接于进气管的上端。
可选的，还包括变压吸附机构，其进口连接于鼓风机的出口，其出口连接于进气管的上端。
可选的，还包括控制器和气体浓度传感器，气体浓度传感器安装于导流管上方的煤仓内侧壁，气体浓度传感器电连接于控制器的输入端，控制器的输出端电连接于进气管的气动阀。
可选的，还包括多个气缸，均布于所述煤仓的周侧，气缸的活塞杆指向煤仓的侧壁。
可选的，还包括套管和弹簧，气缸活塞杆的自由端插接于套管的一端，弹簧设置于套管内，弹簧的一端固定连接于气缸活塞杆的自由端，另一端固定连接于套管的另一端。
可选的，还包括第一挡环和第二挡环，第一挡环固定连接于套管的一端内侧，第二挡环固定连接于气缸活塞杆的自由端，第一挡环顶接于第二档环，用于避免套管脱离气缸活塞杆。
举例叙述有限空间灾害气体智能综合治理系统（煤仓场景）由以下几个子系统组成：
1.环境监测子系统
功能：实时监测煤仓内有害气体的浓度、温度、料位，气体监测包括甲烷、一氧化碳、二氧化碳、硫化氢等。
设备：气体浓度传感器、控制器等。
安装位置：根据有害气体的密度和扩散特性，在煤仓顶部内侧壁关键位置安装传感器，控制器置于煤仓外。
2.通风换气子系统
功能：通过强制通风降低煤仓内有害气体的浓度，改善空气质量。
设备：风机、通风管道、气动阀、旋风分离器等。
运行策略：通过风机提供动力，根据气体检测结果自动调节气动阀调节风量，利用风机和旋风分离器将有害气体中的粉尘分离后排出。
3.防灭火系统
功能：防止煤仓内温度过高自燃。
设备：喷淋管、光纤测温等。
安装位置：煤仓内侧壁和仓顶。
4.智能监控与数据分析子系统
功能：在检测到有害气体超标时发出声光报警，必要时启动应急响应程序，同时通过收集、处理和分析气体检测数据，提供实时和历史数据查询，辅助决策。
设备：声光报警器、监控软件和数据分析工具。
应用：用于智能联动控制、评估煤仓内空气质量、预测有害气体浓度变化趋势等。
四、系统原理
系统通过安装多种传感器来实时监测煤仓内的气体、粉尘和温度等参数，根据监测到的气体浓度参数超过设定的安全阈值时，系统自动发出预警信号，并根据浓度值的大小，分级开启通风换气子系统，将气体注入煤仓内，并利用排风装置将有害气体排出，以降低煤仓内的有害气体含量。同时，智能监控与数据分析子系统根据实时数据与历史数据比对，预测煤仓发生灾害的可能性。借由上述技术方案，本方案至少具有下列优点：
外界空气通过进气管进入煤仓，即使煤仓内的煤块料位较低，煤仓料位没有淹没进气管的下端，因为各挡板分别对应盖合导流管的另一端口，阻挡了空气全部通过各导流管分流逸散至煤仓内，从而保证进气管的下端能够喷出一定量的空气，从而使持续流动的空气能够较为彻底地置换煤仓内的易燃易爆灾害气体。
当煤仓内的料位逐渐升高，煤块抵住煤仓料位下方的挡板，该挡板盖合导流管的另一端口，煤仓料位上方的挡板被空气吹起较大角度，挡板不能盖合导流管的另一端口，从而使煤仓料位上方的易燃易爆气体始终能够被置换，被置换的易燃易爆气体通过排气管排出煤仓。
而且，排气管和进气管分别位于煤仓的径向相对侧，所以在上述过程中，煤仓内整体空间的易燃易爆气体均能得到置换。
五、预期效果分析
1.提升安全性
实时监测与预警：有害气体监测子系统能够实时监测煤仓内甲烷、一氧化碳等有害气体的浓度，当浓度超过安全阈值时，系统立即自动处置，并通过声光报警方式，提醒工作人员时刻关注，有效防止了因气体浓度过高而引发的火灾、爆炸等安全事故。
惰化与防爆措施：在预警的基础上，通风换气子系统会自动启动，将惰性气体注入煤仓内，降低氧含量，抑制煤的自燃和有害气体的生成。同时，排风装置自动开启能进一步降低煤仓内的压力，防止爆炸事故的发生。
2.提高生产效率
减少停机时间，通过实时监测和治理有害气体，可以及时发现并解决潜在的安全隐患，避免了因气体浓度超标而导致的生产中断和停工。这有助于提高生产效率和经济效益。
3.保护环境
减少粉尘排放，通过有效的监测和治理，可以显著降低煤仓内有害气体带粉尘排放，减轻对周围环境的污染。
4.提升智能化水平
引入智能化监控和管理系统，实现煤仓有害气体的远程监控、实时数据分析和联动控制。同时，利用大数据和人工智能技术预测有害气体浓度变化趋势，提前采取措施预防事故的发生。
六、结论
有害气体综合治理系统的研究对于保障密闭空间内作业人员的安全健康具有重要意义。通过构建完善的气体检测、置换有害气体、报警与应急以及智能监控与数据分析等子系统，并采取相应的综合治理措施，可以显著降低密闭空间内有害气体的浓度和事故风险，为煤矿的安全生产提供有力保障。
