[发明专利]一种煤田火区多区域同步监测气体通量的装置及方法

说明书

本发明属于借助于测定材料的化学或物理性质来测试或分析材料技术领域，具体涉及一种煤田火区多区域同步监测气体通量的装置及方法。装置包括低空监测模块、土壤监测模块、裂隙监测模块和数据采集与供电模块，数据采集与供电模块包括折叠式太阳能板和数据采集与供电箱，数据采集与供电箱内设置有蓄电池、数据采集主机、太阳能控制器和总控制开关，低空监测模块、土壤监测模块和裂隙监测模块监测的数据上传至数据采集主机，工作电脑主机获取数据采集主机的监测数据，并基于预先设置的计算公式计算得到低空区域内、土壤区域内不同深度和裂隙区域内的气体通量。本发明能有效监测不同区域的气体通量，确保实现自动化连续监测，提高装置的适应性。

技术领域

本发明属于借助于测定材料的化学或物理性质来测试或分析材料技术领域，具体涉及一种煤田火区多区域同步监测气体通量的装置及方法。

背景技术

煤火是一种受到外部因素而造成煤田露头及浅部煤层发生自燃的自然灾害，煤田在自燃过程中，不仅破坏了宝贵的煤炭资源，而且通过煤岩裂隙、孔隙等导气通道向空气中排放了数量可观的CO₂、CO、CH₄等自燃产物，造成火区所在区域的大气污染，并对当地大气环境、土壤资源、生态环境与人类健康造成极大的危害。

随着煤田自燃的发展，造成地表裂隙的不断扩展-延伸，不同位置煤体自燃造成的气体排放量是不同的，并受到地表温度、大气压力等环境因素的影响，因此，需要通过长时间观测才能获得较为准确的排放信息，通常以单位时间内单位面积排放的气体质量，即气体通量作为衡量气体排放量的标准。目前，常用的气体通量观测方法有模型估算法和箱室法，其中，模型估算法适合根据数据进行估算，但往往会出现较大误差，影响计算结果。箱室法分为静态箱室法与动态箱室法，静态箱室法是每隔一段时间从一个密闭容器中抽取一定样本，估算单位内气体浓度变化，以此来计算通量，这种方法操作简便，不需要复杂的设备，但是需要配合气相色谱使用，无法进行连续性观测；动态箱室法是一个两端与大气相通的开放式气体箱体，利用合适的气体流量平稳地通过气体箱室，进出口流速保持一致性，根据进出口的浓度差计算被测土壤的气体通量，这种方法所需设备费用昂贵，必须有电力供应等缺点，但是相对于静态箱室法而言，动态箱室法测量结果更精确，更适合测定瞬时和连续时间段内的气体排放速率，所以是目前国内应用最广泛的监测气体通量的方法。但是，动态箱室法仍然存在以下问题：（1）气体箱室内部气体需要通过胶体导气管与气相色谱仪连接，使得仪器耗电高、监测响应时间长；（2）气体传感器位于气体箱室外部，需要通过胶体导气管连通，不适用多区域及地表环境复杂的情况，操作较为繁琐；（3）监测系统与控制系统设计过于单一，难以实现多个复杂地形同步监测的功能扩展；（4）监测设备需要人员手动控制，安排人员定期查看设备情况，无法实现无人化、自动化监测；（5）在监测过程中，监测一定的时间后，气体箱室需要换气处理，容易使得土壤与箱体交接处密封不严，导致空气中多余气体混入，造成监测误差；（6）监测设备与控制装置形成一体，使得监测设备监测结果容易受到控制装置散热的影响，造成监测误差。

因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种煤田火区多区域同步监测气体通量的装置及方法，以解决或缓解现有技术中存在的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种煤田火区多区域同步监测气体通量的装置，所述装置包括：

低空监测模块，用于监测煤田火区内地表上低空区域处的气象参数和气体浓度；

土壤监测模块，用于监测煤田火区内土壤区域处的气体浓度、土壤温湿度、地表风速和气压；

裂隙监测模块，用于监测煤田火区内裂隙区域处的气体浓度、温度和气体的进出量；