CN101684729A

CN101684729A - 一种煤层瓦斯压力检测系统

Info

Publication number: CN101684729A
Application number: CN200910161938A
Authority: CN
Inventors: 周世宁; 马尚权; 陈学习; 梁育龙; 梁为; 程根银; 孙志海; 徐志斌
Original assignee: North China Institute of Science and Technology
Current assignee: North China Institute of Science and Technology
Priority date: 2007-01-19
Filing date: 2007-01-19
Publication date: 2010-03-31
Anticipated expiration: 2027-01-19
Also published as: CN101684729B

Abstract

本发明涉及一种煤层瓦斯压力检测系统，它包括将煤层的瓦斯压力检测孔内分割成瓦斯气体室和密封液灌注室的两段封堵物，一压力阀和一测压装置；压力阀包括一具有一圈凹缘的活塞的阀体，阀体的两端分别设置一密封端盖，活塞的两端分别设置一组限位柱，活塞与两端盖之间分别设置一弹簧；阀体壁面上设置有一压力气体进口、一高压气源、一瓦斯气体进口、一压力气体出口和一过渡口。测压装置包括一压力信息采集系统，分别连接数据输入电路、数据存储电路、通信电路、显示电路、时钟电路、电源和键盘电路，以及通过通信电路连接的设置在盒体外的计算机。本发明可以广泛用于各种煤矿或其它矿山的有毒有害气体的探测孔封堵中。

Description

一种煤层瓦斯压力检测系统

本案为分案申请，原案的专利申请号为200710062896.6、申请日为2007年1月19日、名称为“瓦斯压力检测孔的封堵方法及密封液、压力阀和测压装置”。

技术领域

本发明涉及一种可以在煤矿中使用的煤层瓦斯压力检测系统。

背景技术

煤矿瓦斯是威胁煤矿安全生产的主要因素之一，为了保证安全生产，矿井内要按照安全生产的规范预先对要开采的煤层进行瓦斯压力的检测。瓦斯压力检测时，需要对未开采的煤层打检测孔，检测完成后，还需要对检测孔进行封堵。现有技术中，对煤层瓦斯压力检测孔进行封堵的方法，一般采用向检测孔内灌入黄泥或橡胶或硅胶或不收缩水泥等物质，待封堵物固化或凝固后形成对检测孔的封堵。然而这些常规的封堵物质在固化或凝固后，体积有些会发生微小变化，使封堵效果并不理想，封堵面时常会发生漏气，从而影响瓦斯压力测定值的精度。另外传统的瓦斯压力测定仪采用指针式压力表测定，需要有人定期读取数据，读取的数据是间断的，数据总量少，误差也大，而且获得的仅仅是未经加工的原始资料，因此瓦斯压力测定存在准确性差、精度低、计算方法繁琐、获取信息时间长、监测和预测的适应性和有效性差等问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种瓦斯压力测定精度高、计算方法简单、并能渗透进煤层细密孔隙中与煤层结合成一个整体的煤层瓦斯压力检测系统。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种煤层瓦斯压力检测系统，它包括将煤层的瓦斯压力检测孔内分割成瓦斯气体室和密封液灌注室的两段封堵物，一压力阀和一测压装置；其特征在于：所述压力阀包括一阀体，所述阀体内设置一中间具有一圈凹缘的活塞，所述阀体的两端分别设置一密封端盖，所述活塞的两端分别设置一组限位柱，所述活塞与所述两端盖之间分别设置一弹簧；所述阀体壁面中部与所述活塞上的凹缘对应设置一压力气体进口，所述压力气体进口通过一管路连接一高压气源；所述压力气体进口一侧的阀体壁面上设置一瓦斯气体进口，所述瓦斯气体进口通过一管路连接所述瓦斯气体室；所述压力气体进口另一侧的阀体壁面上设置一压力气体出口，所述压力气体出口通过一管路连接所述密封液灌注室；与所述压力气体进口径向位置相对的阀体壁面上设置一过渡口，所述过渡口上连接一过渡管，所述过渡管的另一端连接在所述压力气体出口一侧的阀体壁面上。所述测压装置包括设置在一盒体内的压力信息采集系统，分别连接所述压力信息采集系统的数据输入电路、数据存储电路、通信电路、显示电路、时钟电路、电源和键盘电路，以及通过所述通信电路连接的设置在所述盒体外的计算机；所述压力信息采集系统包括单片机、压力传感器、采集器，所述压力传感器连接在从所述瓦斯气体室和密封液灌注室与所述压力阀之间的两所述管路内，所述采集器在所述时钟电路设置的时间间隔控制下，通过导线连接所述压力传感器获取压力信息，并传送给所述单片机，所述单片机通过所述通信电路传送给所述计算机，所述计算机内安装的软件对所述压力信息数据进行处理，并显示和输出所述数据。

所述瓦斯气体进口一侧的限位柱长度为：该侧限位柱端部顶住所述端盖时，所述活塞中部的凹缘恰好全部位于靠近所述瓦斯气体进口一侧的阀体壁面内；所述压力气体出口一侧的限位柱长度为：该侧限位柱端部顶住所述端盖时，所述活塞中部的凹缘恰好全部位于所述压力气体进口处。

每组所述限位柱为三根，且三根所述限位柱间的相位角为120°。

设置在所述活塞与所述端盖之间的两弹簧，分别套在相对一侧的所述限位柱的外面。

在所述两密封端盖内分别设置一密封胶垫。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、为实现本发明方法提供的自动控制压力阀，具有一个根据瓦斯气体压力变化而自动调节的活塞、弹簧和限位柱，当瓦斯气体室的压力高于设定的压力值时，瓦斯气体的压力会自动推动活塞，使其上的凹缘处于中部的高压气进、出气口位置，从而实现自动为密封液灌注室补充压力，使密封液灌注室始终保持顶住瓦斯气体压力的状态，使本发明方法得以实现。2、为实现本发明方法设置的测压装置采用计算机作为上位机，单片机作为下位机，在测定过程中可以自动读取数据，不需要人工记录。而且经过处理的数据可以连续输出，也可以选择输出，操作非常灵活。本发明方法和为实现本发明方法设置的装置结构结构简单，操作方便，安全可靠，本发明可以广泛用于各种煤矿或其它矿山的有毒有害气体的探测孔封堵中。

附图说明

图1是本发明密封方法及压力阀结构示意图

图2是本发明自动控制压力阀结构示意图

图3是本发明自动控制压力阀关闭状态示意图

图4是本发明测压装置硬件部分示意图

图5是本发明测压装置数据采集示意图

图6是本发明测压装置软件部分示意图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

实施例1：本发明方法

如图1所示，本发明瓦斯压力检测孔的封堵方法，包括以下步骤：

(1)采用常规方法向煤层1的瓦斯压力检测孔2内灌入两段封堵物3、4，在封堵物4与检测孔2的端部之间留有一段空间，形成一瓦斯气体室5；在两段封堵物3、4之间留有一段空间，作为密封液灌注室6，并分别从瓦斯气体室5和密封液灌注室6内密封引出一管路7、8到检测孔2外面；

(2)将以下重量百分比的物质混合在一起：十二烷基硫酸钠0.5％、羟乙基纤维素1％、锯末1％、粉煤灰3％，一般工业用水94.5％，混合成为本发明需要使用的三相泡沫密封液；

(3)待封堵物3、4膨胀或固化后，采用液压泵通过管路8向密封液灌注室6内灌满三相泡沫密封液；

(4)将管路8和管路7分别连接压力阀10和测压装置30，并将高压气瓶9也通过管路连接压力阀10，通过高压气体保持密封液灌注室6的气压力高于瓦斯气体室5的气压力0.1～0.5Mpa；

(5)当瓦斯气体从煤层的细密孔隙中向瓦斯气体室5会聚，瓦斯气体室5的压力逐渐增大时，随时为密封液灌注室6补充气压力，使二者之间的压力差始终保持在0.1～0.5Mpa范围内，直至测压等操作工作完成。

实施例2：本发明压力阀

如图1所示，本发明采用常规方法向煤层1的瓦斯压力检测孔2内灌入两段封堵物3、4，在封堵物4与检测孔2的端部之间留有一段空间，形成一瓦斯气体室5；在两段封堵物3、4之间留有一段空间，作为密封液灌注室6，并分别从瓦斯气体室5和密封液灌注室6内密封引出一管路7、8到检测孔2外面。将管路8和管路7分别连接一压力阀10和一测压装置30，并将高压气瓶9也通过管路连接压力阀10。

如图2所示，为使瓦斯气体室5和密封液灌注室6之间的压力始终保持在一定压力数值的范围内，本发明设置的自动控制压力阀10包括一阀体11，阀体11内设置一中间具有一圈凹缘12的活塞13，阀体11的两端分别设置一密封端盖14、15，活塞13的两端分别设置一组限位柱16、17，活塞13与两端盖14、15之间分别设置一弹簧18、19。在阀体11壁面中部与活塞13上的凹缘12对应设置一压力气体进口20，压力气体进口20通过一管路连接高压气瓶9。压力气体进口20一侧的阀体11壁面上设置一瓦斯气体进口21，瓦斯气体进口21通过一管路连接瓦斯气体室5。压力气体进口20另一侧的阀体11壁面上设置一压力气体出口22，压力气体出口22通过一管路连接密封液灌注室6。与压力气体进口20径向位置相对的阀体11壁面上设置一过渡口23，过渡口23上连接一过渡管24，过渡管24的另一端连接在压力气体出口22一侧的阀体11壁面上。

上述实施例中，瓦斯气体进口20一侧的限位柱16的长度是在限位柱16端部顶住端盖14时(如图3所示)，活塞13中部的凹缘12恰好全部位于靠近瓦斯气体进口21一侧的阀体11壁面内，使本发明压力阀10处于关闭状态。压力气体出口22一侧的限位柱17的长度是在限位柱17端部顶住端盖15时(如图2所示)，活塞13中部的凹缘12恰好全部位于压力气体进口20处使本发明压力阀10处于开启状态。上述实施例中，活塞13两侧的限位柱16、17，每组可以是三根，成120°间隔设置，限位柱16、17数量是可以在1～4根之间变化的。为增加两密封端盖14、15的密封性，在两密封端盖14、15内分别设置一密封胶垫25、26。另外弹簧18、19可以套在限位柱16、17的外面，也可以设置在各限位柱16、17围成的空间内。另外，阀体11中部的进口20和过渡口23一定要设置在同一径向位置上，二者之间的相位角不一定非要求呈180°，只要保持一定距离即可。

实施例3：本发明测压装置

如图4、图5所示，为配合本发明测压孔封堵过程中的压力调整和监控，本发明除使用常规测压装置外，还提供了一中可实现自动监控的测压装置30，其包括硬件和软件两部分。测压装置30的硬件部分包括设置在一盒体内的压力信息采集系统31，分别连接压力信息采集系统31的数据输入电路32、数据存储电路33、通信电路34、显示电路35、时钟电路36、电源37和键盘电路38，以及通过通信电路34连接的设置在盒体外的计算机39。本发明的压力信息采集系统31包括单片机40、压力传感器41和采集器42，压力传感器41连接在从瓦斯气体室5和密封液灌注室6与压力阀10之间的两管路27、28(如图1所示)内，采集器42在时钟电路36设置的时间间隔控制下，通过导线连接压力传感器41获取压力信息，并传送给单片机40，单片机40通过通信电路34传送给计算机39，计算机39内安装的软件对压力信息数据进行处理，并显示和输出数据。

如图6所示，本发明软件部分包括：数据通讯模块43、数据查询模块44、实时监控模块45和系统管理模块46，在实时监控45中设置有实时采集模块47、数据存储模块48和实时分析模块49。

本发明测压装置30的主要特点是将计算机与瓦斯测量采集系统集成到一起，通过对现有技术中的一些部件和电路连接的组合利用，并通过计算机的强大功能实现对瓦斯压力的自动连续监控。本发明的测压装置30的压力信息采集系统31的压力传感器41和采集器42可以有两套或更多，还可以通过一转换阀门，同时或轮流测量几路气体压力。

实施例4：本发明的操作与控制

如图1～6所示，本发明操作时，将连接瓦斯气体室5的管路7连接至压力阀10的瓦斯气进口21，将连接密封液灌注室6的管路8连接至压力阀10的压力气体出口22，将一高压气瓶(比如氮气瓶)9通过管路连接至压力阀10的高压气体进口20。活塞13在非工作状态时，其左右两侧弹簧17、18的设置原则是恰好使活塞13中部的凹缘12对准压力气体进口20，此时活塞13两端的压力均为零，限位柱19的端部顶在右侧密封端盖15内的橡胶垫26上，使本发明的压力阀10处于开启状态。

同时将本发明的测压装置30分别通过管路27、28连接从瓦斯气体室5引出的管路7和从密封液灌注室6引出的管路8，并将两个压力传感器41分别连接在管路27、28内。用户通过盒体上的按键及连接按键的键盘电路38设置采集数据的时间间隔、压力量程、零点校正，采集器42在时钟电路36的控制下定时采集压力传感器41获得的压力信息，同时采集器42将采集到的压力信息数据通过数据输入电路22传送给单片机40；单片机40通过通信电路34将采集的压力信息数据发送给计算机39，计算机39通过软件部分可对数据进行进一步处理，实现数据参数的显示、查询和报表打印。

本发明的压力控制如下：打开高压气瓶9，高压氮气依次通过压力气体进口20、过渡口23、过渡管24、压力气体出口22和管路8，进入密封液灌注室6。随着密封液灌注室6的压力逐渐增大，活塞13被慢慢地推向瓦斯气体进口21一侧，使阀体11上的压力气体进口20逐渐减小，从过渡管24和压力气体出口22通过的高压气体逐渐减少，直至本发明自动控制压力阀10被全部关闭(如图3所示)。此时瓦斯气体一侧的限位柱16已经顶在密封胶垫25上不能再移动了，高压氮气瓶9仍处于开启状态，但已不能向密封液灌注室6供气，此时测压装置30显示与密封液灌注室6连通一侧的压力应大于瓦斯气体室5压力0.5MPa。随着时间的推移，瓦斯气体逐渐顺着煤层1细密孔隙流向瓦斯气体室5，瓦斯气体进口22一侧的空间压力逐渐增大，直到其压力值超过额定值时，活塞13便会在压力的作用下逐渐向另一侧移动，使活塞13中部的凹缘12逐渐与压力气体进口20连通，自动向密封液灌注室6充气，活塞13在这种压力动态平衡的作用下，自动控制密封液灌注室6压力始终保持高于瓦斯气体室0.5Mpa。

Claims

1、一种煤层瓦斯压力检测系统，它包括将煤层的瓦斯压力检测孔内分割成瓦斯气体室和密封液灌注室的两段封堵物，一压力阀和一测压装置；其特征在于：

所述压力阀包括一阀体，所述阀体内设置一中间具有一圈凹缘的活塞，所述阀体的两端分别设置一密封端盖，所述活塞的两端分别设置一组限位柱，所述活塞与所述两端盖之间分别设置一弹簧；所述阀体壁面中部与所述活塞上的凹缘对应设置一压力气体进口，所述压力气体进口通过一管路连接一高压气源；所述压力气体进口一侧的阀体壁面上设置一瓦斯气体进口，所述瓦斯气体进口通过一管路连接所述瓦斯气体室；所述压力气体进口另一侧的阀体壁面上设置一压力气体出口，所述压力气体出口通过一管路连接所述密封液灌注室；与所述压力气体进口径向位置相对的阀体壁面上设置一过渡口，所述过渡口上连接一过渡管，所述过渡管的另一端连接在所述压力气体出口一侧的阀体壁面上。

所述测压装置包括设置在一盒体内的压力信息采集系统，分别连接所述压力信息采集系统的数据输入电路、数据存储电路、通信电路、显示电路、时钟电路、电源和键盘电路，以及通过所述通信电路连接的设置在所述盒体外的计算机；所述压力信息采集系统包括单片机、压力传感器、采集器，所述压力传感器连接在从所述瓦斯气体室和密封液灌注室与所述压力阀之间的两所述管路内，所述采集器在所述时钟电路设置的时间间隔控制下，通过导线连接所述压力传感器获取压力信息，并传送给所述单片机，所述单片机通过所述通信电路传送给所述计算机，所述计算机内安装的软件对所述压力信息数据进行处理，并显示和输出所述数据。

2、如权利要求1所述的一种煤层瓦斯压力检测系统，其特征在于：所述瓦斯气体进口一侧的限位柱长度为：该侧限位柱端部顶住所述端盖时，所述活塞中部的凹缘恰好全部位于靠近所述瓦斯气体进口一侧的阀体壁面内；所述压力气体出口一侧的限位柱长度为：该侧限位柱端部顶住所述端盖时，所述活塞中部的凹缘恰好全部位于所述压力气体进口处。

3、如权利要求1所述的一种煤层瓦斯压力检测系统，其特征在于：每组所述限位柱为三根，且三根所述限位柱间的相位角为120°。

4、如权利要求2所述的一种煤层瓦斯压力检测系统，其特征在于：每组所述限位柱为三根，且三根所述限位柱间的相位角为120°。

5、如权利要求1或2或3或4所述的一种煤层瓦斯压力检测系统，其特征在于：设置在所述活塞与所述端盖之间的两弹簧，分别套在相对一侧的所述限位柱的外面。

6、如权利要求1或2或3或4所述的一种煤层瓦斯压力检测系统，其特征在于：在所述两密封端盖内分别设置一密封胶垫。

7、如权利要求5所述的一种煤层瓦斯压力检测系统，其特征在于：在所述两密封端盖内分别设置一密封胶垫。