CN105606480B - 一种自动化煤层可解吸瓦斯含量直接测定装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动化煤层可解吸瓦斯含量直接测定装置，该装置通过自动化地面瓦斯解吸系统和自动化井下瓦斯解吸系统两个子系统分别实现在地面和煤矿井下可解吸瓦斯含量的测定；每个子系统均采用排水称重法测定可解吸瓦斯含量；自动化地面瓦斯解吸系统包括防爆电子天平、集气桶、进水管路、电磁阀、传感器等；自动化井下瓦斯解吸系统包括防爆电子天平、集气桶、进气管路、排水管路、传感器等；测定过程中，瓦斯气体将集气桶内的水置换，使得集气桶内水的质量发生变化，通过减少的水的质量和密度公式即可计算出瓦斯体积；地面装置中管路均采用电磁阀控制，地面和井下数据均由传感器自动采集，由地面装置的计算机终端进行汇总和处理，最终得出准确性较高的可解吸瓦斯含量测定结果。

Description

一种自动化煤层可解吸瓦斯含量直接测定装置

技术领域

本发明属于煤层瓦斯含量测定技术领域，涉及一种自动化煤层可解吸瓦斯含量直接测定装置。

背景技术

煤层瓦斯含量是反映煤层瓦斯赋存情况的重要参数之一，是计算煤层瓦斯储量、预测矿井瓦斯涌出量、进行瓦斯抽采设计、评价煤与瓦斯突出危险性和瓦斯治理抽采达标的重要依据。目前瓦斯含量一般采用直接法进行测定。常用的可解吸瓦斯含量直接测定方法多采用排水法进行瓦斯体积的计量，测定时需要人工进行量筒刻度的读数，读数误差相对较大；同时，整个测定过程需要人工参与环节多，操作相对复杂；地面瓦斯解吸系统为玻璃制品，容易损坏。

针对上述问题，需要研发一种自动化可解吸瓦斯含量直接测定装置，使其能够减少人工参与环节，避免人为过失误差的产生，同时自动采集测定过程中的瓦斯含量、压力、温度、时间等数据，进而提高数据的采集精度、测定效率和可解吸瓦斯含量最终测定结果的可靠性。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种自动化煤层可解吸瓦斯含量直接测定装置，该装置通过自动化地面瓦斯解吸系统和自动化井下瓦斯解吸系统两个子系统分别实现在地面和煤矿井下可解吸瓦斯含量的测定；每个子系统均采用排水称重法测定可解吸瓦斯含量，测定过程中，瓦斯气体将集气桶内的水置换，使得集气桶内水的质量发生变化，通过减少的水的质量和密度公式即可计算出瓦斯体积；质量计量采用防爆电子天平实现；同时，地面装置管路均采用电磁阀控制，地面和井下数据均由传感器自动采集，由地面装置计算机终端进行汇总和处理，最终得出准确性较高的可解吸瓦斯含量测定结果。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种自动化煤层可解吸瓦斯含量直接测定装置，包括自动化地面瓦斯解吸系统和自动化井下瓦斯解吸系统两个子系统；

所述自动化地面瓦斯解吸系统包括防爆电子天平、集气桶、进水管路、排水管路、进气管路、电磁阀、手动阀、电水泵、压力传感器、温度传感器、液位传感器、计算机数据处理终端、防爆电气系统、报警器、供水桶和量杯；所述自动化井下瓦斯解吸系统包括防爆电子天平、集气桶、进气管路、排水管路、压力传感器和温度传感器；

在地面瓦斯解吸系统中，集气桶作为地面煤样瓦斯解吸的容器，其上设置有手动阀、进水管路、排水管路、进气管路、压力传感器、温度传感器和液位传感器，其中压力传感器、温度传感器和液位传感器布置在集气桶上表面，且连通集气桶内部，集气桶固定在托架上；通过解吸过程排水管路连接量杯，量杯放置在防爆电子天平表面；供水桶通过进水管路、排水管路、电水泵、电磁阀与集气桶相连；电磁阀、电水泵、压力传感器、温度传感器、液位传感器、报警器通过数据线与计算机数据处理终端连接，并由计算机数据处理终端进行数据接收、处理、存储、显示和控制，整个系统由防爆电气系统进行供电；

在井下瓦斯解吸系统中，集气桶作为井下煤样瓦斯解吸的容器，其上布置有桶盖、进气管路和排水管路；压力传感器和温度传感器设置在防爆电子天平侧面，实现环境压力和环境温度的采集。

进一步，在自动化地面瓦斯解吸系统中，所述集气桶的容积为3L；在自动化井下瓦斯解吸系统中，所述集气桶的容积为1.8L。

进一步，在自动化地面瓦斯解吸系统中，集气桶上表面布置5条管路，每条管路均连接一组手动阀和电磁阀，5条管路分别连接大气、连接煤样罐、连接粉碎机、连接电水泵、连接解吸过程排水管路；集气桶最底端侧面布置1条排水管路，管路上连接一个手动阀门，当煤样解吸过程结束后，通过打开手动阀门排干集气桶内部残余水。

本发明的有益效果在于：

1)本发明中地面和井下瓦斯解吸系统均采用排水称重法测定可解吸瓦斯含量，测定过程中，瓦斯气体将集气桶内的水置换，使得集气桶内水的质量发生变化，通过减少的水的质量和密度公式即可计算出瓦斯体积，水的质量变化情况通过防爆电子天平实时自动采集，计量精确，避免了人工读数误差，有利于提高瓦斯含量测定结果的准确性。

2)本发明地面和井下瓦斯解吸系统中，均配有压力和温度传感器，可以实时采集煤样瓦斯解吸环节所需的压力和温度数据，能够避免人工读数误差或漏读，进而为瓦斯含量测定提供可靠准确的数据。

3)本发明针对地面瓦斯解吸系统的自动化开发了控制软件，通过程序设置了地面瓦斯解吸过程各个环节中电磁阀的开闭状态，地面瓦斯含量测定过程中，工作人员只需按照操作程序依此连接煤样罐、粉碎机，依此点击各瓦斯解吸环节中软件控制按键，即可实现自动注水并检测水位、自动检测装置气密性、自动采集压力和温度数据、自动采集解吸出的瓦斯所置换出的水的质量数据、自动判断过程结束并提示，整个过程大大减少了人工参与的环节，可以大大避免产生人工操作失误及数据采集误差。

4)本发明针对瓦斯含量测定单独开发了瓦斯含量计算软件，可自动采集井下和地面瓦斯解吸系统所测瓦斯解吸数据并计算，无需人工录入。

5)本发明自动化地面瓦斯解吸系统和自动化井下瓦斯解吸系统的集气桶为非玻璃制品，不易碎，便于维护。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明自动化地面瓦斯解吸系统的正视图；

图2为本发明自动化地面瓦斯解吸系统的俯视图；

图3为本发明自动化井下瓦斯解吸系统的正视图；

其中：1-计算机数据处理终端；2-防爆电气系统；3-地面集气桶；4-供水桶；5-托架；6-地面防爆电子天平；7-量杯；8-地面温度传感器；9-地面压力传感器；10-地面液位传感器；11～16-手动阀；17-电水泵；18-排气管路；19-地面解吸第一进气管路；20-地面解吸第二进气管路；21-注水管路；22-地面解吸过程排水管路；23-地面解吸结束排水管路；24～28-电磁阀；29-报警器；30-井下防爆电子天平；31-井下集气桶；32-井下温度传感器；33-井下压力传感器；34-井下解吸进气管路；35-井下解吸过程排水管路。

具体实施方式

本发明所述的一种自动化煤层可解吸瓦斯含量直接测定装置包括自动化地面瓦斯解吸系统和自动化井下瓦斯解吸系统两部分。

自动化地面瓦斯解吸系统包括防爆电子天平、集气桶、注水管路、排水管路、进气管路、电磁阀、手动阀、电水泵、压力传感器、温度传感器、液位传感器、计算机数据处理终端、防爆电气系统、报警器、供水桶、量杯。集气桶是地面煤样瓦斯解吸的容器，集气桶上布置手动阀、进水管路、排水管路、进气管路、压力传感器、温度传感器和液位传感器，其中压力传感器、温度传感器和液位传感器布置在集气桶上表面，且连通集气桶内部，集气桶固定在自动化地面瓦斯解吸系统装置托架上，通过解吸过程排水管路连接量杯，量杯放置在防爆电子天平表面；供水桶通过进水管路、排水管路、电水泵、电磁阀与集气桶相连；电磁阀、电水泵、压力传感器、温度传感器、液位传感器、报警器通过数据线与计算机数据处理终端连接，并由计算机数据处理终端进行数据接收、处理、存储、显示和控制。整个系统由防爆电气系统进行供电。

自动化井下瓦斯解吸系统包括防爆电子天平、集气桶、进气管路、排水管路、压力传感器和温度传感器。集气桶是井下煤样瓦斯解吸的容器，集气桶上布置桶盖、进气管路和排水管路。防爆电子天平集成质量计量、环境压力采集、环境温度采集、数据存储功能。

所述集气桶为煤样瓦斯解吸容器。在自动化地面瓦斯解吸系统中，集气桶容积为3L；所述压力传感器、温度传感器和液位传感器均布置在集气桶表面，且连通集气桶内部，煤样瓦斯解吸时，压力传感器和温度传感器直接实时采集集气桶内部气体空间压力和温度，通过液位传感器采集信号控制集气桶最大液位距离集气桶内腔上边缘1～2cm，避免压力传感器和温度传感器接触水面，造成数据采集误差，同时通过液位传感器反馈信号控制电水泵的关闭；集气桶上表面共布置5条管路，每条管路均连接一组手动阀和电磁阀，5条管路的作用分别是连接大气、连接煤样罐、连接粉碎机、连接电水泵、连接解吸过程排水管路；集气桶最底端侧面布置1条排水管路，管路上连接一个手动阀门，当煤样解吸过程结束后，通过打开手动阀门排干集气桶内部残余水。在自动化井下瓦斯解吸系统中，集气桶容积为1.8L，仅有进气管路和排水管路各一条连通集气桶内部。

所述防爆电子天平为煤样瓦斯解吸量计量装置。根据使用的环境不同，防爆电子天平分为地面和井下两种类型。在自动化地面瓦斯解吸系统中，防爆电子天平的作用是称量煤样瓦斯解吸开始到结束从集气桶排出到量杯里的水的增加质量，地面电子天平的精度为0.5g；在自动化井下瓦斯解吸系统中，防爆电子天平的主要作用是称量煤样瓦斯解吸开始到结束从集气桶排出到外界的水的减少质量，此外，井下使用的防爆电子天平还集成了温度传感器和压力传感器，可以在瓦斯解吸过程中实时采集井下外界环境中的温度和压力，井下电子天平的精度为0.1g。

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

1)自动化地面瓦斯解吸系统

如图1和图2分别所示的本发明自动化地面瓦斯解吸系统的正视图和自动化地面瓦斯解吸系统的俯视图，本发明自动化地面瓦斯解吸系统包括计算机数据处理终端1、防爆电气系统2、地面集气桶3、供水桶4、托架5、地面防爆电子天平6、量杯7、地面温度传感器8、地面压力传感器9、地面液位传感器10、手动阀11～16、电磁阀24～28、电水泵17、排气管路18、地面解吸第一进气管路19、地面解吸第二进气管路20、注水管路21、地面解吸过程排水管路22、地面解吸结束排水管路23、报警器29。

所述地面集气桶3为煤样瓦斯解吸的容器，容积为3L，其上表面布置地面温度传感器8、地面压力传感器9、地面液位传感器10、手动阀11～15，且均与集气桶内部相连通，集气桶侧面底部布置地面解吸结束排水管路23，管路23上安装手动阀16，并连通供水桶4。所述手动阀11～15分别外接排气管路18、地面解吸第一进气管路19、地面解吸第二进气管路20、注水管路21和地面解吸过程排水管路22，且管路18～22上依此安装有电磁阀24～28；其中手电磁阀24直接连通外接大气环境，电磁阀25和电磁阀26在地面煤样瓦斯解吸过程中分别连接煤样罐和粉碎机料钵，电磁阀27通过管路21连接电水泵17进而连通供水桶4，电磁阀28通过管路22连通量杯7。所述防爆电气系统2集成供电和数据采集卡功能，通过电缆连接系统中各用电设备，电磁阀24～28、电水泵17、地面温度传感器8、地面压力传感器9、地面液位传感器10、报警器29、地面防爆电子天平6通过数据线连接防爆电气系统中的数据采集卡。所述计算机数据处理终端1的功能是控制电磁阀、电水泵的开关状态，显示各传感器数据，并根据数据进行瓦斯含量计算。

本发明自动化地面瓦斯解吸系统操作步骤如下：

(1)气密性检测

自动化地面瓦斯解吸系统在使用前，应先对集气桶3进行气密性检测，该过程通过软件操作系统对电磁阀24～28和电水泵17的自动控制实现。具体步骤如下：首先将集气桶3上表面的手动阀11～15处于打开状态，侧面底部的手动阀16关闭，然后点击软件中的“气密性检测”按键，此时电磁阀24～28全部关闭，电水泵17启动，向集气桶3内部注水，当集气桶3内部压力达到设定参数时，电水泵17自动关闭，若集气桶3内部维持设定压力时间不小于1min，则说明集气桶3气密性良好，反之，报警器29进行声光报警提示集气桶3漏气，此时则应配合手动阀11～15的开闭状态检测漏气的部件。

(2)煤样粉碎前解吸

当地面装置气密性检测结果良好时，则进入煤样粉碎前解吸环节，此时将煤样罐连接电磁阀26外端口，同时继续保持所有手动阀在上一环节中的状态，点击“煤样粉碎前解吸”按键，此时电磁阀25、26、28关闭，电磁阀24、27打开，电水泵17向集气桶3中注水，当液面到达液位传感器10时，电水泵17自动停止注水，此时电磁阀24、26、27关闭，电磁阀25和28打开，软件提示打开煤样罐阀门，煤样罐阀门打开后，瓦斯气体依次通过电磁阀25、管路19和手动阀12进入集气桶3，将内部水依次通过手动阀15、管路22和电磁阀28压入到防爆电子天平6上的量杯7中，此过程中在解吸起止时刻通过温度传感器8、压力传感器9和防爆电子天平6分别记录集气桶内部温度、压力及排水的质量。煤样粉碎前解吸结束后，报警器29进行声光报警提示过程结束。

(3)煤样粉碎解吸

当煤样粉碎前解吸结束后，则进入煤样粉碎解吸环节，此时将粉碎机料钵连接电磁阀27外端口，同时继续保持所有手动阀在上一环节中的状态，点击“煤样粉碎解吸”按键，此时电磁阀25、26、28关闭，电磁阀24、27打开，电水泵17向集气桶3中注水，当液面到达液位传感器10时，电水泵17自动停止注水，此时电磁阀24、25、27关闭，电磁阀26和28打开，软件提示启动粉碎机，粉碎过程中，瓦斯气体依次通过电磁阀26、管路20和手动阀13进入集气桶3，将内部水依次通过手动阀15、管路22和电磁阀28压入到防爆电子天平6上的量杯7中，此过程中在解吸起止时刻通过温度传感器8、压力传感器9和防爆电子天平6分别记录集气桶内部温度、压力及排水的质量。煤样粉碎解吸结束后，报警器29进行声光报警提示过程结束。

(4)输入煤样参数

当步骤(2)和(3)结束后，软件提示输入煤样总质量以及粉碎煤样质量，并将过程中不同环节所采集的温度、压力和排水质量数据存储入数据库以备计算过程提取。

至此，自动化地面瓦斯解吸系统操作结束，打开手动阀16，将集气桶3内残余的水回流入供水桶4。

2)自动化井下瓦斯解吸系统

如图3所示的本发明自动化井下瓦斯解吸系统，本发明自动化井下瓦斯解吸系统包括井下防爆电子天平30、井下集气桶31、井下温度传感器32、井下压力传感器33、井下解吸进气管路34、井下解吸过程排水管路35。

本发明自动化井下瓦斯解吸系统操作步骤如下：

(1)水密度校正

将井下集气桶31放置在井下防爆电子天平30上，并去皮称重，然后在集气桶31中注入已知体积矿井管道水称重，通过密度公式得出矿井管道水的实际密度。

(2)井下瓦斯解吸

步骤(1)结束后，将集气桶31注满水放置在井下防爆电子天平30之上，使井下解吸过程排水管路35与外界环境相通，此时按下井下防爆电子天平30上“开始解吸”按键，同时将煤样罐连接井下解吸进气管路34，瓦斯气体通过井下解吸进气管路34进入集气桶31将水压出，经过井下解吸过程排水管路35将水排入到外界环境，此过程中，从解吸开始时刻计时，每1min记录一次集气桶31内部水的质量的变化，整个解吸过程持续30min，解吸结束后，软件通过井下温度传感器32和井下压力传感器33分别采集外界温度和压力数据，并将过程中数据存储入数据库以备调用。至此，自动化井下瓦斯解吸系统操作结束。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (1)

1.一种自动化煤层可解吸瓦斯含量直接测定装置，其特征在于：包括自动化地面瓦斯解吸系统和自动化井下瓦斯解吸系统两个子系统；

所述自动化地面瓦斯解吸系统包括防爆电子天平、集气桶、进水管路、排水管路、进气管路、电磁阀、手动阀、电水泵、压力传感器、温度传感器、液位传感器、计算机数据处理终端、防爆电气系统、报警器、供水桶和量杯；所述自动化井下瓦斯解吸系统包括防爆电子天平、集气桶、进气管路、排水管路、压力传感器和温度传感器；

在地面瓦斯解吸系统中，集气桶作为地面煤样瓦斯解吸的容器，其上设置有手动阀、进水管路、排水管路、进气管路、压力传感器、温度传感器和液位传感器，其中压力传感器、温度传感器和液位传感器布置在集气桶上表面，且连通集气桶内部，集气桶固定在托架上；通过解吸过程排水管路连接量杯，量杯放置在防爆电子天平表面；供水桶通过进水管路、排水管路、电水泵、电磁阀与集气桶相连；电磁阀、电水泵、压力传感器、温度传感器、液位传感器、报警器通过数据线与计算机数据处理终端连接，并由计算机数据处理终端进行数据接收、处理、存储、显示和控制，整个系统由防爆电气系统进行供电；

在井下瓦斯解吸系统中，集气桶作为井下煤样瓦斯解吸的容器，其上布置有桶盖、进气管路和排水管路；压力传感器和温度传感器设置在防爆电子天平侧面，实现环境压力和环境温度的采集；

在自动化地面瓦斯解吸系统中，集气桶上表面布置5条管路，每条管路均连接一组手动阀和电磁阀，5条管路分别连接大气、煤样罐、粉碎机、电水泵、解吸过程排水管路；集气桶最底端侧面布置1条排水管路，管路上连接一个手动阀门，当煤样解吸过程结束后，通过打开手动阀门排干集气桶内部残余水；

在自动化地面瓦斯解吸系统中，所述集气桶的容积为3L；在自动化井下瓦斯解吸系统中，所述集气桶的容积为1.8L。