CN108801836A - 一种煤层气煤粉检测系统及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤层气煤粉检测系统及应用，属于煤矿开采技术领域。该系统设置在煤层气的井口排采管道上，排采管道上沿流向顺次设置有流量计和压力表。该系统包括：设置在排采管道上且位于流量计上游的上游截断阀；设置在排采管道上，且进气口和出气口分别与上游截断阀和流量计可拆卸连接的煤粉捕集器，煤粉捕集器内设置有用于截留煤粉颗粒的滤芯；设置在排采管道上且位于压力表下游的下游截断阀。本发明在对煤层气中煤粉颗粒的含量进行测量时，实际进入煤粉捕集器的煤层气中的煤粉颗粒含量与井口处煤层气中的煤粉颗粒的实际含量相等。并且，本发明能够对煤层气进行长时间取样，不会受到地质变化的影响，具有较高的测量精度。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿开采技术领域，特别涉及一种煤层气煤粉检测系统及应用。
背景技术
在煤层气的排采过程中，由于煤层气中混有大量微细煤粉颗粒，当其通过排采管道输送至集气站时，由于排采管道上安装有流量计、压力表等测量部件，并且集气站中安装有压缩机，这些煤粉颗粒很容易对上述测量部件和压缩机造成磨损，不利于煤层气的正常集输作业。为了保证煤层气集输作业的顺利进行，通常对煤层气中煤粉颗粒的含量进行测量，以便制定针对性的煤粉颗粒防治方案，可见，获取煤层气中煤粉颗粒的含量是十分必要的。
现有技术通过如下所述的方法对煤层气中煤粉颗粒的含量进行测量：将塑料胶管的一端与排采管道上的压力表考克连通，将塑料胶管的另一端与小型滤筒相连，在井下抽油泵的作用下，预定量的煤层气经排采管道、塑料胶管后排至小型滤筒。通过排采管道上的流量计、压力表分别测得煤层气在塑料胶管内的流量、压力，并对小型滤筒中煤粉颗粒的重量进行测量，经计算即可得到煤层气中煤粉颗粒的含量。
发明人发现现有技术至少存在以下问题：
由于煤层气中所含的煤粉颗粒较小，极易附着在塑料胶管的内管壁上，致使实际进入该小型滤筒中的煤粉颗粒含量远小于井口处煤层气中的煤粉颗粒的实际含量。并且，由于小型滤筒无法将进入的煤层气排出，导致现有技术取样时间较短，取样分析容易受到地质变化的影响。因此，使用上述方法对煤层气中煤粉颗粒的含量进行测量时，测量精度较低。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供了一种对煤层气中煤粉颗粒的含量测量精度较高的煤层气煤粉检测系统及应用。具体技术方案如下：
第一方面，本发明实施例提供了一种煤层气煤粉检测系统，设置在煤层气的井口排采管道上，所述排采管道上沿流向顺次设置有流量计和压力表，所述煤层气煤粉检测系统包括：
设置在所述排采管道上且位于所述流量计上游的上游截断阀；
设置在所述排采管道上，且进气口和出气口分别与所述上游截断阀和所述流量计可拆卸连接的煤粉捕集器，所述煤粉捕集器内设置有用于截留煤粉颗粒的滤芯；
设置在所述排采管道上且位于所述压力表下游的下游截断阀。
具体地，作为优选，所述系统还包括单流阀，设置在位于所述流量计与所述压力表之间的所述排采管道上。
具体地，作为优选，所述煤粉捕集器包括：上端开口的壳体、与所述壳体的上端可拆卸连接的上端盖；
所述进气口和所述出气口设置在所述壳体相对的侧壁上。
具体地，作为优选，所述壳体内设置有隔挡件，所述隔挡件上设置有通气孔，用于使煤层气顺次流经所述进气口、所述滤芯、所述通气孔、所述出气口。
具体地，作为优选，所述隔挡件包括：底板、设置在所述底板两端的侧板，所述通气孔设置在所述底板上；
两个所述侧板与所述壳体内壁连接，并且其中一个所述侧板与所述出气口相对。
具体地，作为优选，所述滤芯的底部通过密封接触的方式固定在所述底板上。
具体地，作为优选，所述煤粉捕集器还包括：下端穿过所述通气孔并固定在所述壳体底部的固定杆；
所述滤芯可拆卸地套装在所述固定杆上。
具体地，作为优选，所述煤粉捕集器还包括：设置有安装孔的压盘；
所述压盘压紧在所述滤芯的顶部；
所述固定杆的上端穿过所述安装孔。
具体地，作为优选，所述煤粉捕集器还包括：分别与所述进气口和所述出气口连接的进气管和出气管；
所述进气管和所述出气管的管口上均设置有法兰。
第二方面，本发明实施例提供了利用利用上述系统测量煤层气中煤粉颗粒含量的方法，所述方法包括：
记录通过流量计的煤层气第一体积；
关闭上游截断阀和下游截断阀，在所述上游截断阀和所述流量计之间安装煤粉捕集器；
打开所述上游截断阀和所述下游截断阀，并记录压力表显示的数值；
记录通过所述流量计的煤层气第二体积，关闭所述上游截断阀和所述下游截断阀，拆下所述煤粉捕集器；
通过下述计算公式，计算煤层气中煤粉颗粒的含量C：
Q1 煤层气在煤粉颗粒被捕集前，通过流量计的总体积，单位是Nm3；
Q2 煤层气在煤粉颗粒被捕集后，通过流量计的总体积，单位是Nm3；
V1 煤粉捕集器对煤粉颗粒捕集前的干重，单位是mg；
V2 煤粉捕集器对煤粉颗粒捕集后的干重，单位是mg；
P 煤层气流经压力表时的数值，无量纲。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
本发明实施例提供的煤层气煤粉检测系统，通过在与井口连通的排采管道上设置上游截断阀和下游截断阀，并使煤粉捕集器与上游截断阀和流量计可拆卸连接。在打开上游截断阀和下游截断阀时，煤层气能够直接通过排采管道进入煤粉捕集器中并由其中的滤芯进行截留，使实际进入煤粉捕集器的煤层气中的煤粉颗粒的含量与井口处煤层气中的煤粉颗粒的实际含量相等。在上游截断阀和下游截断阀关闭时，可取出煤粉捕集器，进而获得由其所截留的煤粉颗粒量，以确保能够准确计算出煤层气中煤粉颗粒的含量。此外，由于煤粉捕集器设置有进气口和出气口，能够对煤层气进行长时间取样，不会受到地质变化的影响。因此，该系统在对煤层气中煤粉颗粒的含量进行测量时具有较高的测量精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的煤层气煤粉检测系统的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的煤粉捕集器的剖面示意图；
图3是本发明实施例提供的煤粉捕集器的俯视图。
附图标记分别表示：
1 流量计，
2 压力表，
3 上游截断阀，
4 煤粉捕集器，
401 进气口，
402 出气口，
403 滤芯，
404 上端盖，
405 隔挡件，
406 固定杆，
407 压盘，
5 下游截断阀，
6 单流阀，
7 法兰。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施方式作进一步地详细描述。
需要说明的是，在使用煤粉捕集器4对煤层气中的煤粉颗粒进行捕集前，上游截断阀3和下游截断阀5处于开启状态。井下抽油泵在使用煤粉捕集器4对煤层气中的煤粉颗粒进行捕集前和捕捉过程中始终处于作业状态。
第一方面，本发明实施例提供了一种煤层气煤粉检测系统，如附图1所示，该系统设置在煤层气的井口排采管道上，该排采管道上沿流向顺次设置有流量计1和压力表2。并且，该系统包括：上游截断阀3、煤粉捕集器4、下游截断阀5。其中，上游截断阀3设置在排采管道上且位于流量计1的上游；煤粉捕集器4设置在排采管道上，且进气口401和出气口402分别与上游截断阀3和流量计1可拆卸连接，并且，煤粉捕集器4内设置有用于截留煤粉颗粒的滤芯403(参见附图2、附图3)；下游截断阀5设置在排采管道上且位于压力表2的下游。
本发明实施例提供的煤层气煤粉检测系统的工作原理如下所述：
记录通过流量计1的煤层气第一体积。
关闭上游截断阀3和下游截断阀5，记录煤粉捕集器4的干重后在上游截断阀3和流量计1之间安装煤粉捕集器4。打开上游截断阀3和下游截断阀5，使煤层气自井口排采管道顺次流经上游截断阀3、煤粉捕集器4、流量计1、压力表2、下游截断阀5后排至集气站，以进行取样作业，并记录压力表2显示的数值。
记录通过流量计1的煤层气第二体积。关闭上游截断阀3和下游截断阀5，拆下煤粉捕集器4，烘干后再次记录煤粉捕集器4的干重，经计算即可得到煤层气中煤粉颗粒的含量。
基于上述，通过在与井口连通的排采管道上设置上游截断阀3和下游截断阀5，并使煤粉捕集器4与上游截断阀3和流量计1可拆卸连接。在打开上游截断阀3和下游截断阀5时，煤层气能够直接通过排采管道进入煤粉捕集器4中并由其中的滤芯403进行截留，使实际进入煤粉捕集器4的煤层气中的煤粉颗粒的含量与井口处煤层气中的煤粉颗粒的实际含量相等。在上游截断阀3和下游截断阀5关闭时，可拆下煤粉捕集器4，进而获得由其所截留的煤粉颗粒量，以确保能够准确计算出煤层气中煤粉颗粒的含量。此外，由于煤粉捕集器4设置有进气口401和出气口402，能够对煤层气进行长时间取样，不会受到地质变化的影响。因此，该系统在对煤层气中煤粉颗粒的含量进行测量时具有较高的测量精度。
其中，上游截断阀3和下游截断阀5的规格为DN50钢制球阀。
在煤粉颗粒取样作业过程中，为了使煤层气在排采管道内只能单向流动，以避免发生逆流，从而影响取样作业的顺利进行。煤层气煤粉检测系统还包括设置在位于流量计1与压力表2之间的排采管道上的单流阀6(参见附图1)。
在本发明实施例中，如附图2所示，煤粉捕集器4包括：上端开口的壳体、与壳体的上端可拆卸连接的上端盖404；进气口401和出气口402设置在壳体相对的侧壁上。
由于滤芯403经长时间使用容易发生损坏，从而影响对煤粉颗粒的截留效果，因此，需要经常对滤芯403进行更换。通过在壳体的上端设置可拆卸的上端盖404，不仅便于更换滤芯403，而且还便于对壳体的内部进行清理。
为了实现404和壳体之间的可拆卸连接，上端盖404和壳体的顶端设置有相对的内螺纹孔，使用与该内螺纹孔相适配的螺栓穿过并固定在上端盖404和壳体顶端的内螺纹孔中，进而实现了上端盖404和壳体的可拆卸连接。
壳体的结构可以为多种，举例来说，可以为矩形空腔结构、圆柱形空腔结构等，只要能够保证将自进气口401进入的煤层气中的煤粉颗粒被截留在壳体内，并将截留后的煤层气通过出气口402排出即可。
如附图2所示，壳体内设置有隔挡件405，该隔挡件405上设置有通气孔，用于使煤层气顺次流经进气口401、滤芯403、通气孔、出气口402。
通过在壳体内设置隔挡件405，将壳体分隔出了两个腔体，即通过通气孔连通的进气腔体和出气腔体。煤层气自进气口401进入进气腔体内，在进气腔体内利用滤芯403对煤层气中的煤粉颗粒进行截留，纯净的煤层气由通气孔进入出气腔体，进而由出气口402排至集气站，以确保进入煤粉捕集器4内的煤层气中的煤粉颗粒被全部截留，提高煤粉颗粒含量的测量准确度。
通过在该隔挡件405上设置通气孔，使煤粉颗粒被截留在进气腔体内的同时，保证了经滤芯403截留后的煤层气能够进入出气腔体，并自出气口402排出。
其中，通气孔的数量可以为多个，例如，可以为2个、3个、4个等，只要能保证经滤芯403截留后的煤层气能够进入出气腔体即可。
基于隔挡件405的上述功能，以下就隔挡件405的结构给出一种实施方式：该隔挡件405包括：底板、设置在底板两端的侧板，通气孔设置在底板上；两个侧板与壳体内壁连接，并且其中一个侧板与出气口402相对。
由附图2可知，壳体内底板上部的空间构成进气腔体，壳体内底板下部的空间构成出气腔体，而出气口402与其中一个侧板相对，通过如此设置，增加了煤层气在壳体内的流动距离，确保煤粉颗粒被滤芯403全部截留，提高了对煤层气中的煤粉颗粒的截留效果。
基于隔挡件405的上述结构，进气口401优选设置在出气口402的上方，进一步确保煤粉颗粒被全部截留在煤粉捕集器4内。
其中，在侧板的顶端设置有与壳体内壁相连的横板，使该侧板与出气口402所在的壳体内壁之间具有间隙，以保证煤层气能够顺利通过出气口402自壳体内排出。
为了保证滤芯403的底部紧密地固定在底板上，且不会影响通气孔的正常作业，避免煤层气中的煤粉颗粒经滤芯403截留后自滤芯403的底部与底板之间流入出气腔体，从而影响对煤粉颗粒的截留效果。滤芯403的底部通过密封接触的方式固定在底板上。
具体地，可以在滤芯403的底部与底板之间设置密封胶圈，使用时，将密封胶圈放在底板上，并使用滤芯403的底部压紧该密封胶圈即可实现两者之间的紧密接触。可以理解的是，虽然使用了密封胶圈，但是不会影响通气孔的正常作业。
为了便于放置滤芯403，如附图2所示，该煤粉捕集器4还包括：下端穿过通气孔并固定在壳体底部的固定杆406；滤芯403可拆卸地套装在固定杆406上。
通过将滤芯403可拆卸地套装在固定杆406上，不仅便于将滤芯403固定在底板上，而且在对滤芯403进行更换时十分方便。
具体地，滤芯403的顶部可以设置有端盖，并在该端盖上设置有内螺纹孔，固定杆406上端的外壁上设置有与该内螺纹孔相适配的外螺纹，滤芯403与固定杆406螺纹连接，以实现将滤芯403可拆卸地套装在固定杆406上。
其中，固定杆406和滤芯403的数量相对应，滤芯403的数量可以为多个，举例来说，可以为3个、4个、5个等，只要能够保证其对煤粉颗粒的截留效果即可。
如附图2、附图3所示，煤粉捕集器4还包括：设置有安装孔的压盘407；该压盘407压紧在滤芯403的顶部；固定杆406的上端穿过安装孔。
通过在滤芯403的顶部设置压盘407，并通过压盘407对滤芯403进行压紧，进一步保证了滤芯403底部与底板之间的密封性，从而避免了煤粉颗粒自滤芯403底部与底板之间穿过，影响对煤粉颗粒的截留效果。
具体地，可以在固定杆406上端的外壁上设置外螺纹，并将与该外螺纹相适配的固定螺母套装在固定杆406上，使固定螺母与固定杆406的上端螺纹连接。安装时，将压盘407通过安装孔穿过固定杆406并放置在滤芯403的顶部，随后，在固定杆406上套装固定螺母，并向下拧紧，使固定螺母的下端面与压盘407的上盘面相抵即可。
其中，压盘407可以为环形结构，在保证强度的同时降低了其质量，便于安装。
此外，煤粉捕集器4还包括：分别与进气口401和出气口402连接的进气管和出气管；该进气管和出气管的管口上均设置有法兰7(参见附图2和附图3)。
通过在进气管和出气管的管口上设置法兰7，不仅便于实现煤粉捕集器4与上游截断阀3和流量计1的可拆卸连接，而且，保证各连接处具有良好的密封性。
其中，进气管包括：与进气口401顺次垂直连通的第一管体、第二管体和第三管体。通过如此设置，能够增加煤层气在进气管中流动的距离，使煤层气中的煤粉颗粒在进气管内流动时发生沉积，进一步确保煤粉捕集器4将煤粉颗粒全部截留。
第二方面，基于上述提供的煤层气煤粉检测系统，本发明实施例提供了利用该系统测量煤层气中煤粉颗粒含量的方法，具体地，该方法包括：
记录通过流量计1的煤层气第一体积；
关闭上游截断阀3和下游截断阀5，在上游截断阀3和流量计1之间安装煤粉捕集器4；
打开上游截断阀3和下游截断阀5，并记录压力表2显示的数值；
记录通过流量计1的煤层气第二体积，关闭上游截断阀3和下游截断阀5，拆下煤粉捕集器4；
通过下述计算公式，计算煤层气中煤粉颗粒的含量C：
Q1 煤层气在煤粉颗粒被捕集前，通过流量计的总体积，单位是Nm3；
Q2 煤层气在煤粉颗粒被捕集后，通过流量计的总体积，单位是Nm3；
V1 煤粉捕集器对煤粉颗粒捕集前的干重，单位是mg；
V2 煤粉捕集器对煤粉颗粒捕集后的干重，单位是mg；
P 煤层气流经压力表时的数值，无量纲。
应用时，记录通过流量计1的煤层气第一体积。
关闭上游截断阀3和下游截断阀5，记录煤粉捕集器4的干重后在上游截断阀3和流量计1之间安装煤粉捕集器4。打开上游截断阀3和下游截断阀5，使煤层气自井口排采管道顺次流经上游截断阀3、煤粉捕集器4、流量计1、压力表2、下游截断阀5后排至集气站，以进行取样作业，并记录压力表2显示的数值。
记录通过流量计1的煤层气第二体积。关闭上游截断阀3和下游截断阀5，拆下煤粉捕集器4，烘干后再次记录煤粉捕集器4的干重，经计算即可得到煤层气中煤粉颗粒的含量。
基于上述，通过打开上游截断阀3和下游截断阀5，使煤层气能够直接通过排采管道进入煤粉捕集器4中并由其中的滤芯403进行截留，进而使实际进入煤粉捕集器4的煤层气中的煤粉颗粒的含量与井口处煤层气中的煤粉颗粒的实际含量相等。通过关闭上游截断阀3和下游截断阀5，取出煤粉捕集器4，进而获得由其所截留的煤粉颗粒量，以确保能够准确计算出煤层气中煤粉颗粒的含量。此外，通过将煤层气自煤粉捕集器4的进气口401流入，出气口402流出，能够对煤层气进行长时间取样，不会受到地质变化的影响。因此，上述方法具有较高的测量精度。
其中，为了保证取样效果，取样时间可以为3-7天，例如，可以为4天、5天、6天等。并且，为了防止排采管道内的压差过高影响煤层气的产量，在取样作业过程中，保持压力表2上显示数值的增长量小于取样前压力表2上显示数值的10％。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种煤层气煤粉检测系统，设置在煤层气的井口排采管道上，所述排采管道上沿流向顺次设置有流量计(1)和压力表(2)，其特征在于，所述煤层气煤粉检测系统包括：
设置在所述排采管道上且位于所述流量计(1)上游的上游截断阀(3)；
设置在所述排采管道上，且进气口(401)和出气口(402)分别与所述上游截断阀(3)和所述流量计(1)可拆卸连接的煤粉捕集器(4)，所述煤粉捕集器(4)内设置有用于截留煤粉颗粒的滤芯(403)；
设置在所述排采管道上且位于所述压力表(2)下游的下游截断阀(5)。
2.根据权利要求1所述的煤层气煤粉检测系统，其特征在于，所述系统还包括单流阀(6)，设置在位于所述流量计(1)与所述压力表(2)之间的所述排采管道上。
3.根据权利要求1所述的煤层气煤粉检测系统，其特征在于，所述煤粉捕集器(4)包括：上端开口的壳体、与所述壳体的上端可拆卸连接的上端盖(404)；
所述进气口(401)和所述出气口(402)设置在所述壳体相对的侧壁上。
4.根据权利要求3所述的煤层气煤粉检测系统，其特征在于，所述壳体内设置有隔挡件(405)，所述隔挡件(405)上设置有通气孔，用于使煤层气顺次流经所述进气口(401)、所述滤芯(403)、所述通气孔、所述出气口(402)。
5.根据权利要求4所述的煤层气煤粉检测系统，其特征在于，所述隔挡件(405)包括：底板、设置在所述底板两端的侧板，所述通气孔设置在所述底板上；
两个所述侧板与所述壳体内壁连接，并且其中一个所述侧板与所述出气口(402)相对。
6.根据权利要求5所述的煤层气煤粉检测系统，其特征在于，所述滤芯(403)的底部通过密封接触的方式固定在所述底板上。
7.根据权利要求6所述的煤层气煤粉检测系统，其特征在于，所述煤粉捕集器(4)还包括：下端穿过所述通气孔并固定在所述壳体底部的固定杆(406)；
所述滤芯(403)可拆卸地套装在所述固定杆(406)上。
8.根据权利要求7所述的煤层气煤粉检测系统，其特征在于，所述煤粉捕集器(4)还包括：设置有安装孔的压盘(407)；
所述压盘(407)压紧在所述滤芯(403)的顶部；
所述固定杆(406)的上端穿过所述安装孔。
9.根据权利要求1所述的煤层气煤粉检测系统，其特征在于，所述煤粉捕集器(4)还包括：分别与所述进气口(401)和所述出气口(402)连接的进气管和出气管；
所述进气管和所述出气管的管口上均设置有法兰(7)。
10.利用权利要求1-9所述的系统测量煤层气中煤粉颗粒含量的方法，其特征在于，所述方法包括：
记录通过流量计(1)的煤层气第一体积；
关闭上游截断阀(3)和下游截断阀(5)，在所述上游截断阀(3)和所述流量计(1)之间安装煤粉捕集器(4)；
打开所述上游截断阀(3)和所述下游截断阀(5)，并记录压力表(2)显示的数值；
记录通过所述流量计(1)的煤层气第二体积，关闭所述上游截断阀(3)和所述下游截断阀(5)，拆下所述煤粉捕集器(4)；
通过下述计算公式，计算煤层气中煤粉颗粒的含量C：
Q1煤层气在煤粉颗粒被捕集前，通过流量计的总体积，单位是Nm3；
Q2煤层气在煤粉颗粒被捕集后，通过流量计的总体积，单位是Nm3；
V1煤粉捕集器对煤粉颗粒捕集前的干重，单位是mg；
V2煤粉捕集器对煤粉颗粒捕集后的干重，单位是mg；
P煤层气流经压力表时的压力数值，无量纲。
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