一种基于安全技术的瓦斯抽采装置及方法与流程

本发明涉及瓦斯开发设备，尤其涉及一种基于安全技术的瓦斯抽采装置及方法。

背景技术：

1、瓦斯主要是指生活中的天然气和煤矿瓦斯，不是单一的某一种东西，为了合理使用自然资源，可以将瓦斯转换成人类所需的资源，当需要进行转换时，需要将地下存在的瓦斯，借助瓦斯抽采装置将其进行抽取，统一收集以供后续使用，因此可知现有的瓦斯抽采装置已经满足了人们的使用需求。

2、但是，现有技术中的瓦斯抽采装置在使用时，往往将采集头之间与岩体接触，对于采集头与岩体的连接部位遮挡防护效果不高，使得在通过采集体与岩体进行连接时，岩体会出现塌陷的情况，且采集头部位容易出现损坏，影响对瓦斯抽采的安全性，不满足人们的使用需求，为此需要一种基于安全技术的瓦斯抽采装置；

3、针对上述的技术缺陷，现提出一种解决方案。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：通过设置防护挡板，提高了抽采头与岩石连接部位的防护效果，可根据遮挡防护角度的需要，对防护挡板进行角度调节，同时在瓦斯抽采过程中，根据钻孔处的瓦斯浓度和其扩散速度调整采集头的方向，实现瓦斯的高效抽采。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种基于安全技术的瓦斯抽采装置及方法，包括安装座，所述安装座的顶部旋转连接有调节板，所述调节板的外壁设置有抽取收集罐，所述抽取收集罐的一端设置有采集头，所述抽取收集罐的外壁固定连接有顶罐，所述调节板的外壁设置有防护组件；

3、所述防护组件包括与调节板外壁旋转连接的锥形齿轮组，和用于带动锥形齿轮组进行旋转运动的第一伺服电机，所述锥形齿轮组的外壁固定连接有与调节板外壁旋转连接的蜗杆，所述蜗杆的外壁啮合有与调节板外壁旋转连接的蜗轮，所述蜗轮的旋转中心通过转轴固定连接有与调节板外壁旋转连接的防护挡板。

4、进一步的，所述安装座的内壁旋转连接有螺纹杆，所述螺纹杆的一端固定连接有第二伺服电机，所述螺纹杆的外壁螺纹连接有与安装座内壁滑动连接的螺纹滑块，所述安装座的内壁与螺纹滑块的连接部位开设有固定槽，所述螺纹滑块的外壁固定连接有连接齿板，所述连接齿板的外壁啮合有与安装座内壁旋转连接的连接齿轮。

5、进一步的，所述蜗杆设置有两组，两组所述蜗杆的旋转方向相反。

6、进一步的，所述防护挡板的旋转中心与蜗轮的旋转中心之间相互重合设置，且防护挡板呈对称设置在采集头的两侧。

7、进一步的，所述螺纹滑块与连接齿板之间为一体式连接。

8、进一步的，所述连接齿轮的旋转通过连接轴与调节板的底部进行固定连接。

9、本发明还提供一种基于安全技术的瓦斯抽采装置的方法，包括以下步骤：

10、s1、瓦斯浓度区域分析：对抽采区域内的钻孔进行逐一标记为m，其中m为大于0的自然数，通过设置在钻孔处的甲烷传感器和流速传感器获取瓦斯数据，其中瓦斯数据包括甲烷浓度和气流流速；

11、s2、确定抽采点定位：获取抽采区域内的空间数据，建立空间坐标系并计算抽采空间的空间体积，基于瓦斯数据和钻孔所处的空间体积计算得到瓦斯扩散系数，根据瓦斯扩散系数判断出抽采目标钻孔，生成调节指令，根据调节指令调整采集头的方向；

12、s3、抽采点障碍分析：通过设置在采集头前端的摄像机获取钻孔及钻孔所在区域的实时图像，通过设置在采集头前端的测距传感器获取钻孔及钻孔所在区域的障碍数据，根据实时图像和障碍数据导入rh i nocero中生成障碍物模型；

13、s4、防护调节：基于障碍物模型分析得到防护调节数据，根据防护调节数据调整防护挡板所形成的防护区域，以确保采集头在抽采过程中不受损坏；

14、s5、打开控制阀，完成抽采。

15、进一步的，计算瓦斯扩散系数并生成调节指令的具体方法如下：

16、s21、以安装座的中心位置为原点，以采集头所在水平线为横坐标，以采集头所在水平线的垂直线为纵坐标，建立空间坐标系，可知采集头的空间坐标为c(xc,0,zc)；

17、s22、分别以x轴、y轴和z轴为基准线，在x轴、y轴和z轴标定n个基准点，获取n个x轴、y轴和z轴到空间区域边缘的直线边缘距离值hx、hy和hz，根据以下公式计算空间体积vh：其中i＝1,2,3，…，n；

18、以x轴上的基准点p0为例，p0到空间区域一侧的直线距离为h1,po到空间区域另一侧的直线距离为h2，因此直线边缘距离hx＝h1+h2，同理可得hy和hz，将n个直线边缘距离值的进行均值化处理后得空间区域的近似宽度、近似长度和近似高度，计算空间区域的近似体积vh；

19、s23、获取钻孔m处的甲烷浓度kq和气流流速vq，并获取钻孔m的空间坐标m(xm，ym，zm)，根据以下公式计算瓦斯扩散系数wks：其中e1、e2和e3皆为权重修正系数，且e1大于e2，e3为小于1大于0的常数，瓦斯扩散系数wks越大，表示钻孔处的甲烷浓度越高流速越快，且距离采集头的距离越近，反之瓦斯扩散系数wks越小，表示钻孔处的甲烷浓度越低流速越慢，且距离采集头的距离越远；

20、s24、获取若干个钻孔处的瓦斯扩散系数wks进行比较，选择数值最大的瓦斯扩散系数wks对应的钻孔标记为抽采目标钻孔；

21、s25、获取抽采目标钻孔的空间坐标m＇(xm＇，ym＇，zm＇)，预设采集头(13)与钻孔在同一水平高度，根据以下三角函数公式计算抽采目标钻孔与采集头(13)之间的偏差角度θ1：

22、生成调节指令：第二伺服电机(31)接入电路，带动采集(13)偏转角度θ。

23、进一步的，基于障碍物模型计算调节防护数据的具体方法如下：

24、s41、以采集头的中心点为原点，以采集头所在水平线为横坐标，以采集头所在水平线的垂直线为纵坐标建立抽采定位平面坐标系；

25、s42、在两个防护挡板上分别标定防护中心点r和r＇，在抽采定位平面坐标系中标定获取防护中心点坐标r(xr,yr)和r＇(xr，yr＇)，其中xr为防护挡板的长度；

26、s43、以y轴为基准线，在y轴上标定m个基准点g，获取基准点g到障碍物边缘点的直线距离lr，获取防护接触阈值lm，计算防护距离lk＝lr-lm，防护距离对应的障碍物边缘点包括在防护区域内；

27、s44、以基准点g的间隔距离为横坐标，以直线距离为纵坐标绘制防护区域分布柱状图，以防护接触阈值lm作为判断准线，在防护区域分布柱状图上进行划定，超出判断准线的障碍物边缘点均为目标防护区域点；

28、s45、获取防护区域分布柱状图上的第一个目标防护区域点和最后一个目标防护区域点的坐标g(xg，yg)和g＇(xg＇，yg＇)，计算防护差值fg＝yg-yg＇；

29、若fg小于等于0，则g(xg，yg)作为防护区域边缘点；

30、若fg大于0，则g＇(xg＇，yg＇)作为防护区域边缘点；

31、s46、以g(xg，yg)作为防护区域边缘点，根据防护中心点坐标r(xr,yr)计算防护调节数据θ2：

32、以处于上方的防护挡板为基准，第一个目标防护区域点作为防护区域的上边缘，最后一个目标防护区域点为防护区域的下边缘，以获得最全面的防护区域为准则，将边缘值最大的位置作为防护区域边缘点，并在防护区域的映射方向进行同步校准，计算防护挡板的调节角度，进而通过蜗轮的连接，带动防护挡板沿采集头的一侧进行翻转运动，起到对抽采头抽采部位有效遮挡防护的作用。

33、综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

34、一、本发明通过设置防护挡板，提高了抽采头与岩石连接部位的防护效果，防止出现塌陷的情况，可根据钻孔以及钻孔所处区域内的实时图像和障碍数据建立障碍物模型，并基于障碍物模型分析得到防护调节数据，防护调节数据即防护挡板需要调整翻转的角度，根据防护调节数据调整防护挡板所形成的防护区域，使得防护区域能够最大限度对采集头实现防护效果。

35、二、本发明在瓦斯抽采过程中，根据钻孔处的瓦斯浓度和其扩散速度择取最具有效率的钻孔作为抽采目标钻孔，并根据抽采目标钻孔的位置调整采集头的方向，对抽采目标钻孔进行优选抽采，实现瓦斯的高效抽采，在调整过程中为了提高装置对不同方位瓦斯调节抽采的便捷性，降低操作人员整体移动装置的繁琐性，可通过螺纹杆的转动达到带动调节板角度调节的效果，起到对不同方位瓦斯抽采便捷性的作用。