一種煤樣瓦斯負(fù)壓解吸實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種煤樣瓦斯負(fù)壓解吸實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，屬于煤礦瓦斯災(zāi)害防治領(lǐng)域，尤其涉及一種用于準(zhǔn)確探究瓦斯處于負(fù)壓解吸環(huán)境壓力下的解吸規(guī)律及確定合理煤層瓦斯抽采負(fù)壓值的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]煤層瓦斯含量及合理煤層瓦斯預(yù)抽負(fù)壓是瓦斯災(zāi)害防治工程實(shí)踐中常用的兩個(gè)基礎(chǔ)參數(shù)。瓦斯含量常作為煤層氣資源量、煤礦瓦斯災(zāi)害危險(xiǎn)性及瓦斯抽采效果評(píng)價(jià)指標(biāo)，煤層瓦斯預(yù)抽負(fù)壓制約瓦斯預(yù)抽周期，是提高瓦斯預(yù)抽效率的關(guān)鍵參數(shù)。因此，準(zhǔn)確測(cè)定煤層瓦斯含量及合理確定煤層瓦斯預(yù)抽負(fù)壓是有效進(jìn)行瓦斯災(zāi)害防治的重要基礎(chǔ)。
[0003]煤層瓦斯含量測(cè)定多采用煤礦井下瓦斯含量直接測(cè)定法，取樣時(shí)多采用壓風(fēng)孔口接樣法，但取樣時(shí)壓風(fēng)及鉆桿的擾動(dòng)對(duì)鉆孔壁及鉆孔沿程沉積的煤肩不斷沖刷，使所取得的煤樣的設(shè)計(jì)位置新鮮煤樣純度降低，引起瓦斯損失量推算時(shí)數(shù)值偏低，進(jìn)而造成瓦斯含量測(cè)值誤差。
[0004]針對(duì)現(xiàn)有壓風(fēng)孔口取樣時(shí)設(shè)計(jì)位置煤樣純度低的現(xiàn)狀，基于負(fù)壓排渣的取樣方式也被逐漸被學(xué)者提出，如專利CN203772574U、CN103776722A、CN102798548B，該方法的思路是基于負(fù)壓氣力輸送理論，由單一負(fù)壓動(dòng)力源提供煤樣運(yùn)動(dòng)動(dòng)力;鉆頭切削煤壁，煤肩脫落隨后經(jīng)由鉆桿內(nèi)部被吸送采集，整個(gè)過(guò)程用時(shí)短、煤樣純度高，理論上是一種較為理想的取樣方法。但是取樣過(guò)程中同樣涉及瓦斯損失量的推算，其推算依據(jù)則是煤樣在負(fù)壓環(huán)境下的瓦斯解吸規(guī)律，但是煤樣在負(fù)壓環(huán)境下的瓦斯解吸規(guī)律研究較為薄弱。因此為了推動(dòng)基于負(fù)壓排渣的定點(diǎn)取樣的發(fā)展及工程應(yīng)用，需要加強(qiáng)煤樣負(fù)壓解吸理論的研究。
[0005]《河南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)》第30卷6期中“負(fù)壓環(huán)境下煤的瓦斯解吸規(guī)律試驗(yàn)研究”；中國(guó)專利，專利號(hào)為CN203705293U，“變壓條件下煤樣瓦斯吸附解吸實(shí)驗(yàn)裝置”；中國(guó)專利，公開(kāi)號(hào)為CN103776722A，“負(fù)壓環(huán)境下取樣的煤層瓦斯含量測(cè)試方法”等對(duì)負(fù)壓環(huán)境下瓦斯解吸規(guī)律的研究進(jìn)入了探索，但是所提出的方法及實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)存在著如下問(wèn)題:①測(cè)控精度低，可控范圍窄，壓力控制不穩(wěn)定;②負(fù)壓排渣取樣過(guò)程取樣速度較快，一般在2分鐘內(nèi)完成，而以上方法解吸量計(jì)量以分鐘為計(jì)時(shí)單位，無(wú)法獲得以秒為計(jì)時(shí)單位的解吸量，進(jìn)而影響瓦斯損失量推算精度。
[0006]目前煤層瓦斯預(yù)抽負(fù)壓多采用負(fù)壓值13kPa，但是煤層賦存條件、煤層透氣性、煤層瓦斯解吸特性等的差異會(huì)使得抽采負(fù)壓為13kPa時(shí)瓦斯預(yù)抽效果不一，影響礦井生產(chǎn)接替，為了縮短瓦斯預(yù)抽周期提高瓦斯抽采效率，該值應(yīng)根據(jù)礦井實(shí)際作出調(diào)整。
[0007]中國(guó)專利，專利號(hào)為CN203705293U公開(kāi)了一種“變壓條件下煤樣瓦斯吸附解吸實(shí)驗(yàn)裝置”，采用真空栗實(shí)時(shí)抽吸煤樣瓦斯解吸氣體，某種程度上是井下瓦斯抽采形式的再現(xiàn)，但是準(zhǔn)確確定抽采負(fù)壓值較為困難，究其原因在于壓力控制采用真空栗，負(fù)壓值難以穩(wěn)定控制。因此，實(shí)有必要提出一套設(shè)計(jì)科學(xué)、計(jì)量準(zhǔn)確、測(cè)控穩(wěn)定的煤樣負(fù)壓解吸實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，以準(zhǔn)確、全面掌握煤樣中瓦斯在負(fù)壓解吸環(huán)境下的解吸規(guī)律，為研發(fā)負(fù)壓排渣定點(diǎn)取樣煤層瓦斯含量測(cè)定技術(shù)及確定合理的煤層瓦斯預(yù)抽壓力值提供理論依據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本實(shí)用新型的目的在于提供的一種煤樣負(fù)壓解吸實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，不僅要求其設(shè)計(jì)科學(xué)、計(jì)量準(zhǔn)確、功能完善、自動(dòng)化程度高，而且能夠穩(wěn)定控制壓力并且用于研究煤樣瓦斯在負(fù)壓環(huán)境下的瓦斯解吸規(guī)律的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，為負(fù)壓排渣定點(diǎn)取樣定點(diǎn)測(cè)定煤層瓦斯含量及合理確定煤層瓦斯預(yù)抽壓力提供理論依據(jù)。
[0009]本實(shí)用新型是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的:一種煤樣瓦斯負(fù)壓解吸實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其包括高壓氣源模塊、抽真空模塊、煤樣罐、負(fù)壓壓力控制模塊、參數(shù)采集與測(cè)控模塊;其特征在于，
[0010]所述的高壓氣源模塊包括依次串聯(lián)的高壓氣源高純度甲烷、氣體減壓閥；
[0011]所述抽真空模塊包括真空栗、真空表和三通閥門，所述真空栗和真空表4串聯(lián)后接入三通閥門；所述氣體減壓閥也接入三通閥門；
[0012]所述煤樣罐外設(shè)有電熱圈加熱層；
[0013]手動(dòng)閥一的一端與所述三通閥門相連接，手動(dòng)閥一的另一端與所述煤樣罐相連；
[0014]所述負(fù)壓壓力控制模塊包括壓力緩沖罐、溫度傳感器、數(shù)據(jù)采集與顯示平臺(tái)、壓力傳感器、電磁閥、維壓容器、活塞、絲桿、人機(jī)交互平臺(tái)及伺服電機(jī);其中，所述壓力緩沖罐接入到所述維壓容器，所述溫度傳感器接入到壓力緩沖罐，另一接口接入到參數(shù)采集與顯示平臺(tái);所述維壓容器上端部設(shè)有三個(gè)出口，所述電磁閥的一接口接入到維壓容器，所述電磁閥的另一接口排空;所述壓力傳感器接入所述維壓容器;所述活塞與所述絲桿連接置于所述維壓容器內(nèi)，所述伺服電機(jī)帶動(dòng)絲桿運(yùn)動(dòng);所述壓力傳感器數(shù)據(jù)線接入?yún)?shù)采集與顯示平臺(tái)；
[0015]所述參數(shù)采集與測(cè)控模塊包括壓力傳感器一、溫度傳感器一、電磁閥一、電磁閥二、電磁閥三、電磁閥四、氣體質(zhì)量流量計(jì)一、體質(zhì)量流量計(jì)二和氣體質(zhì)量流量計(jì)三，其中，所述壓力傳感器一和所述溫度傳感器一的一個(gè)接口通過(guò)快速接頭接入所述煤樣罐的出口上，所述壓力傳感器一和所述溫度傳感器一的另一接口接入到參數(shù)采集與顯示平臺(tái)，電磁閥一與三通一的一個(gè)接口相連，所述三通一的另一個(gè)出口通過(guò)手動(dòng)閥二與所述煤樣罐的出口相連，四通一分別與三通一、電磁閥二、電磁閥三、電磁閥四相連，電磁閥二與氣體質(zhì)量流量計(jì)一串聯(lián)連接，電磁閥三與氣體質(zhì)量流量計(jì)二串聯(lián)連接，電磁閥四與氣體質(zhì)量流量計(jì)三串聯(lián)，氣體質(zhì)量流量計(jì)一、氣體質(zhì)量流量計(jì)二、氣體質(zhì)量流量計(jì)三分別接入四通二，四通二、手動(dòng)閥、手動(dòng)閥四分別接入三通二的三個(gè)接口；手動(dòng)閥三的與所述緩沖罐相連，所述氣體質(zhì)量流量計(jì)一、氣體質(zhì)量流量計(jì)二與氣體質(zhì)量流量計(jì)三、溫度傳感器二、電磁閥二、電磁閥三、電磁閥四的數(shù)據(jù)輸出端均接入?yún)?shù)采集與顯示平臺(tái)。
[0016]進(jìn)一步，作為優(yōu)選，所述壓力緩沖罐的容積不小于5L。
[0017]進(jìn)一步，作為優(yōu)選，所述壓力傳感器一和壓力傳感器二的測(cè)量范圍分別為-1OOkPa?610^、-1001^^?210^，測(cè)量精度均為±0.3%?3，分辨率均為0.1%?3，輸入電壓均為24VDC，輸出電流均為4?20mA，工作環(huán)境溫度均在-30°C?+50°C，介質(zhì)溫度均為室溫?1000C，頻響均不小于1次/秒。
[0018]進(jìn)一步，作為優(yōu)選，所述氣體質(zhì)量流量計(jì)一、氣體質(zhì)量流量計(jì)二和氣體質(zhì)量流量計(jì)三的測(cè)量范圍分別為O?100ml/min、0?500ml/min、0?10000ml/min，測(cè)量精度均為土 I %FS;耐壓值均不低于3MPa;且能滿足真空度達(dá)到10kPa時(shí)正常使用的要求。
[0019]進(jìn)一步，作為優(yōu)選，所述溫度傳感器一、溫度傳感器二的測(cè)量范圍均為常溫-1500C ;測(cè)量精度均為±0.1°C ;測(cè)量分辨率均為±0.1°C ;且能滿足真空度達(dá)到10kPa時(shí)正常使用的要求。
[0020]進(jìn)一步，作為優(yōu)選，所述電磁閥一、所述電磁閥二、電磁閥三、電磁閥四和電磁閥五的耐壓值均為I OMPa
[0021 ]本實(shí)用新型的有益效果在于:
[0022](I)負(fù)壓環(huán)境快速形成。負(fù)壓壓力控制模塊可快速實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過(guò)程所需的解吸環(huán)境負(fù)壓值并通過(guò)伺服電機(jī)穩(wěn)定控制，真正做到負(fù)壓解吸環(huán)境壓力的穩(wěn)定控制，為對(duì)煤樣負(fù)壓環(huán)境瓦斯解吸規(guī)律實(shí)驗(yàn)的順利展開(kāi)提供保障；
[0023](2)計(jì)量精度高。解吸氣體量的測(cè)定采用多個(gè)氣體質(zhì)量流量計(jì)組合使用實(shí)時(shí)采集解吸量數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)以秒為計(jì)時(shí)單位的解吸量計(jì)量，避免排水集氣法操作的人為誤差；
[0024](3)設(shè)計(jì)科學(xué)、理論正確、便于推廣。
【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1是本實(shí)用新型的一種煤樣瓦斯負(fù)壓解吸實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]其中，1-高壓氣源高純度甲烷；2-氣體減壓閥；3-真空栗;4-真空表;5-三通閥門；6-手動(dòng)閥一;7-壓力傳感器;8-溫度傳感器一;9-手動(dòng)閥二 ； 10-煤樣罐；11-電爐絲加熱圈；12-三通一；13-電磁閥一；14-四通一 ；15-電磁閥二； 16-電磁閥三；17-電磁閥四；18-氣體質(zhì)量流量計(jì)一 ；19-氣體質(zhì)量流量計(jì)二 ； 20-氣體質(zhì)量流量計(jì)三;21-四通二 ； 22-三通二 ； 23-手動(dòng)閥三;24-手動(dòng)閥四；25-緩沖罐;26-溫度傳感器二 ； 27-參數(shù)采集與顯示平臺(tái)；28-壓力傳感器二; 29-電磁閥五;30-維壓容器;31-活塞;32-絲桿;33-人機(jī)交互平臺(tái)；34-伺服電機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0028]如圖1所示，本實(shí)用新型提供了一種煤樣瓦斯負(fù)壓解吸實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其包括高壓氣源模塊、抽真空模塊、煤樣罐、負(fù)壓壓力控制模塊、參數(shù)采集與測(cè)控模塊;其特征在于，
[0029]所述的高壓氣源模塊包括依次串聯(lián)的高壓氣源高純度甲烷1、氣體減壓閥2;
[0030]所述抽真空模塊包括真空栗3、真空表4和三通閥門5，所述真空栗3和真空表4串聯(lián)后接入三通閥門5;所述氣體減壓閥2也接入三通閥門5;
[0031]所述煤樣罐10外設(shè)有電熱圈加熱層11;
[0032]手動(dòng)閥一6的一端與所述三通閥門5相連接，手動(dòng)閥一 6的另一端與所述煤樣罐10相連；
[0033]所述負(fù)壓壓力控制模塊包括壓力緩沖罐25、溫度傳感器26、數(shù)據(jù)采集與顯示平臺(tái)27、壓力傳感器28、電磁閥29、維壓容器30、活塞31、絲桿32、人機(jī)交互平臺(tái)