CN109520887A - 一种自动化双通道煤层瓦斯解吸速度测定装置及测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于煤层瓦斯测定技术领域，一种自动化双通道煤层瓦斯解吸速度测定装置，包括中央控制系统、传感器测量系统、管路控制系统，所述中央控制系统包括中央处理器、外部数据存储模块、外部时钟模块、LCD显示模块、按键输入模块和高能电池供电模块；所述传感器测量系统包括双路水温传感器、双路质量传感器、双路压差传感器、大气压强传感器和温湿度传感器；所述管路控制系统包括双路排水集气量具、双路煤样罐测压气室、环境参数测量室、进气管路、排水管路和电磁阀。本测定装置实现自动计时，自动测量，自动记录，自动分析数据，减少人工干预，提高测量精度。另外，本发明还提出一种自动化双通道煤层瓦斯解吸速度测定方法。

Description

一种自动化双通道煤层瓦斯解吸速度测定装置及测定方法

技术领域

本发明属于煤层瓦斯测定技术领域，尤其涉及一种自动化双通道煤层瓦斯解吸速度测定装置。

背景技术

煤层瓦斯含量是分析煤层瓦斯赋存规律的重要参数，也是进行矿井瓦斯涌出量预测、煤与瓦斯突出危险性预测、瓦斯抽采、抽采达标评判等的重要依据。目前瓦斯含量的测定方法主要有直接法和间接法两种，现场一般均采用直接法进行测定。根据国家标准《煤层瓦斯含量井下直接测定方法》(GB/T23250-2009)，井下采集新鲜原始煤样装入煤样罐，使用瓦斯解吸速度测定仪进行现场解吸，基于现场解吸规律计算损失瓦斯量，之后在实验室进行残存瓦斯含量测定，最后通过综合计算得到煤层瓦斯含量值。现场采用瓦斯速度测定仪解吸时多采用排水法进行瓦斯体积的计量，计量时需人工进行时间的统计和量筒刻度的读取，人工参与环节多，且每人同一时间只能关注一个煤样，同时测量过程操作复杂，工序繁琐，不确定因素较多，造成测量数据误差偏大。

发明内容

为解决上述问题，使其能够实现自动计时，自动测量，自动记录，自动分析数据，减少人工干预，提高测量精度，同时实现双通道计量，同一时刻对两个煤样进行解吸，进而提高测定效率，降低劳动强度。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

在第一个技术方案中，一种自动化双通道煤层瓦斯解吸速度测定装置，包括中央控制系统、传感器测量系统、管路控制系统；所述中央控制系统包括中央处理器、外部数据存储模块、外部时钟模块、LCD显示模块、按键输入模块和高能电池供电模块；所述传感器测量系统包括双路水温传感器、双路质量传感器、双路压差传感器、大气压强传感器和温湿度传感器；所述管路控制系统包括双路排水集气量具、双路煤样罐测压气室、环境参数测量室、进气管路、排水管路和电磁阀；

所述中央控制系统中，高能电池供电模块与中央处理器、外部时钟模块、外部数据存储模块、LCD显示模块和按键输入模块连接并提供所需电源；中央处理器与传感器测量系统、外部时钟模块和按键输入模块信号连接，并接收来自传感器测量系统、外部时钟模块和按键输入模块的数据；中央处理器与电磁阀连接并对电磁阀进行控制；所述中央处理器与外部数据存储模块、LCD显示模块电性连接，并将数据计算结果输出于LCD显示模块，同时将结果存储于外部数据存储模块；

所述传感器测量系统中，双路水温传感器、双路质量传感器、双路压差传感器、大气压强传感器、温湿度传感器均与中央处理器信号连接；水温传感器安装于双路排水集气量具下部，并用于测量水体温度；质量传感器安装于装置下部，并测量双路排水集气量具内排出水的质量；大气压传感器和温湿度传感器安装于环境参数测量室内，测量当前井下环境的气压、温度和湿度；压差传感器安装于煤样罐测量气室和环境参数测量室之间，并测量当前煤样罐内外的压差；

所述管路控制系统中，双路排水集气量具作为煤样瓦斯解吸的容器，双路排水集气量具安装于质量传感器上，双路排水集气量具上部设置注水口，双路排水集气量具下部设置双路水温传感器、进气管路和排水管路；进气管路将双路排水集气量具与双路煤样罐测压气室连接；排水管路将双路排水集气量具与仪器外部连通，且进气管路与排水管路上均设置电磁阀；煤样罐测压气室具有进气口；环境参数测量室内设置大气压强传感器和温湿度传感器，并与外部连通。

在第一个技术方案中，作为优选的，所述管路控制系统与中央控制系统分隔在两个独立的空间内，两个独立的空间通过隔离挡进行干湿分隔。

在第一个技术方案中，作为优选的，所述双路排水集气量具容积各为1000ml，且排水集气量具具有刻度。

在第一个技术方案中，作为优选的，所述的自动化双通道煤层瓦斯解吸速度测定装置符合煤矿井下防爆标准。

在第二个技术方案中，一种自动化双通道煤层瓦斯解吸速度测定方法，使用如第一个技术方案中任一项所述的自动化双通道煤层瓦斯解吸速度测定装置，包括以下步骤，

步骤1、矿井水密度测定：装置开机，系统初始化，对进气管路和排水口管路上的所有电磁阀进行关闭操作，通过注水口在排水集气量具中注入一定量的现场矿井水，通过自动化双通道煤层瓦斯解吸速度测定装置外壳上的观察窗口读取注入水的体积，通过按键输入体积值，自动化双通道煤层瓦斯解吸速度测定装置自动测量排水集气量具中水的质量，根据密度与质量和体积之间的关系，装置自动计算矿井水的密度，并对数据进行存储；

步骤2、管路密封性检测：通过注水口在双路排水集气量具中各注入约800ml矿井水，完成后将注水口拧紧密闭，按下装置“密封检测”按键，系统对进气管路和排水口管路上的所有电磁阀进行打开操作，同时通过质量传感器实时监测排水集气量具中水的质量变化，若2分钟后双路排水集气量具中水的质量无变化，则说明装置管路气密性良好，检测完毕后，系统对进气管路和排水口管路上的所有电磁阀进行关闭操作；

步骤3、现场解吸：将煤样罐与进气口连接，中央控制系统对大气压强传感器、温湿度传感器、双路水温传感器、双路质量传感器、双路压差传感器进行数据读取并实时显示，之后对进气管路和排水口管路上的所有电磁阀进行打开操作，开始解吸，1分钟时，中央控制系统测量双路排水集气量具中水质量的变化量Δm，通过公式ΔV＝Δm·ρ计算当前煤样解吸出的瓦斯体积，同时采集当前大气压强传感器数据p，双路水温传感器数据t，并对双路解吸的瓦斯体积按照式(1)进行标准状态下的换算，记录换算结果，

此后，每隔1分钟，记录一次当前时间以及双路排水集气量具中水质量相对于初始状态的变化量和其他所有传感器的当前值，并按照(1)式进行标准状态下的换算，并记录数据结果，整个解吸过程持续60分钟或者压差传感器测得煤样罐内外压相等为止，完成井下煤样瓦斯现场解吸。

使用本发明的有益效果是：

1)本发明采用双通道瓦斯解吸设计，提高了解吸效率，采用高精度大气压传感器、温湿度传感器实时监测当前环境参数，采用高精度水温传感器，质量传感器实时监测水温及水的质量变化量，通过中央处理器的数据处理，可实时输出校准后的解吸量，大大提高了测量精度；

2)本发明通过中央处理器同时进行时间的记录，数据的测量、计算、存储，避免人工读数的误差或漏读，提高最终结果的准确性；

3)本发明进气管路和排水管路均由中央处理器通过电磁阀实现自动控制，减少了人工干预，有效的提高测量精度和效率；

4)本发明可通过LCD显示屏实时显示测量数据及测量进度，可查询显示所记录数据，能直观的观察结果且便于操作；

5)本发明采用高能电池供电，采用低功耗电路设计，能保证装置在井下连续工作8小时以上，且有掉电数据保护功能，保证数据的准确性及完整性。

附图说明

图1为本发明自动化双通道煤层瓦斯解吸速度测定装置的结构示意图。

图2为本发明自动化双通道煤层瓦斯解吸速度测定装置的正视图。

图3为本发明自动化双通道煤层瓦斯解吸速度测定装置的俯视图。

图4为本发明自动化双通道煤层瓦斯解吸速度测定装置的右视图。

图5为本发明自动化双通道煤层瓦斯解吸速度测定装置的左视图。

附图标记包括：

1-主体外壳、2-排水集气量具、3-质量传感器、4-观察窗口、5-煤样罐测压气室、6-环境参数测量室、7-进气管路、8-排水管路、9-压差传感器、10-大气压强传感器、11-温湿度传感器、12-水温传感器、13-电磁阀、14-隔离挡、15-主控线路板、16-高能电池、17-注水口、18-按键、19-LCD显示设备、20-进气口、21-排水口；

110-中央处理器，120-LED显示及按键输入模块，130-外部时钟模块，140-高能电池供电模块，150-外部数据存储模块，210-第二水温传感器，220-第一水温传感器，230-第一质量传感器，240-第二质量传感器，250-第一煤样罐测压气室，260-第二煤样罐测压气室，270-环境参数测量室，280-温度传感器，290-大气压传感器，291-第一压差传感器，292-第二压差传感器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行详细的描述。

实施例1

如图1-图5所示，本实施例提供一种自动化双通道煤层瓦斯解吸速度测定装置，包括中央控制系统、传感器测量系统、管路控制系统；中央控制系统包括中央处理器110、外部数据存储模块150、外部时钟模块130、LCD显示模块、按键18输入模块和高能电池供电模块140；传感器测量系统包括双路水温传感器12、双路质量传感器3、双路压差传感器9、大气压强传感器10和温湿度传感器11；管路控制系统包括双路排水集气量具2、双路煤样罐测压气室5、环境参数测量室6、进气管路7、排水管路8和电磁阀13；

中央控制系统中，高能电池供电模块140与中央处理器110、外部时钟模块130、外部数据存储模块150、LCD显示模块和按键18输入模块连接并提供所需电源；中央处理器110与传感器测量系统、外部时钟模块130和按键18输入模块信号连接，并接收来自传感器测量系统、外部时钟模块130和按键18输入模块的数据；中央处理器110与电磁阀13连接并对电磁阀13进行控制；中央处理器110与外部数据存储模块150、LCD显示模块电性连接，并将数据计算结果输出于LCD显示模块，同时将结果存储于外部数据存储模块150；

传感器测量系统中，双路水温传感器12、双路质量传感器3、双路压差传感器9、大气压强传感器10、温湿度传感器11均与中央处理器110信号连接；水温传感器12安装于双路排水集气量具2下部，并用于测量水体温度；质量传感器3安装于装置下部，并测量双路排水集气量具2内排出水的质量；大气压传感器290和温湿度传感器11安装于环境参数测量室6内，测量当前井下环境的气压、温度和湿度；压差传感器9安装于煤样罐测量气室和环境参数测量室6之间，并测量当前煤样罐内外的压差；

管路控制系统中，双路排水集气量具2作为煤样瓦斯解吸的容器，双路排水集气量具2安装于质量传感器3上，双路排水集气量具2上部设置注水口17，双路排水集气量具2下部设置双路水温传感器12、进气管路7和排水管路8；进气管路7将双路排水集气量具2与双路煤样罐测压气室5连接；排水管路8将双路排水集气量具2与仪器外部连通，且进气管路7与排水管路8上均设置电磁阀13；煤样罐测压气室5具有进气口20；环境参数测量室6内设置大气压强传感器10和温湿度传感器11，并与外部连通。

进一步的，双路排水集气量具2容积各为1000ml，且标记体积刻度；所述的进气管路7与排水管路8上均设置电磁阀13，通过中央处理器110判断，控制进气管路7与排水管路8的开合；所述的质量传感器3主要作用是称量煤样瓦斯解吸从开始到结束期间从排水集气量具2中排出水的质量，精度为0.01g；所述的水温传感器12安装于排水集气量具2下部，并与内部水体接触，测定当前量具内水温，精度为0.1℃；所述的大气压强传感器10安装于环境参数测量室6内，环境参数测量室6与外部相通，测定当前环境气压，精度为0.03hPa；所述的温湿度传感器11安装于环境参数测量室6内，测定当前环境温度和湿度，温度精度为0.1℃，湿度精度为0.1％RH；所述的压差传感器9，一端连接煤样罐测压气室5，另一端连接环境参数测量室6，测定煤样罐内外的压差，可作为判定解吸过程是否结束的标志之一，精度为0.1％。

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细描述。

本测定装置包括主体外壳1、排水集气量具2、质量传感器3、观察窗口4、煤样罐测压气室5、环境参数测量室6、进气管路7、排水管路8、压差传感器9、大气压强传感器10、温湿度传感器11、水温传感器12、电磁阀13、隔离挡14、主控线路板15、高能电池16、注水口17、按键18、LCD显示设备19、进气口20、排水口21。

所述的装置外壳主体上表面设置注水口17，下表面设置进气口20和排水口21，侧面设置透明的观察窗口4，内部设置煤样罐测压气室5和环境参数测量室6，煤样罐测压气室5与排水集气量具2通过进气管路7连接，进气管路7上设置电磁阀13，排水集气量具2与排水口21之间通过排水管路8连接，排水管路8设置电磁阀13，排水集气量具2容积设置为1000ml，固定安装于质量传感器3上部，排水集气量具2下部侧方设置水温传感器12，质量传感器3固定安装于主体外壳1底部，环境参数测量室6内部设置大气压强传感器10和温湿度传感器11，压差传感器9安装于煤样罐测压气室5与环境参数测量室6之间，所有传感器数据线均连接于主控线路板15上，中央处理器110、外部数据存储模块150、外部时钟模块130、按键18输入模块均焊接在主控线路板15上，LCD显示设备19通过数据线与主控线路板15连接，用于显示测量过程及测量结果，高能电池16通过电源导线焊接在主控线路板15上，为整个测量系统提供电力。

作为优选的，管路控制系统与中央控制系统分隔在两个独立的空间内，两个独立的空间通过隔离挡14进行干湿分隔。

作为优选的，双路排水集气量具2容积各为1000ml，且排水集气量具2具有刻度。

作为优选的，的自动化双通道煤层瓦斯解吸速度测定装置符合煤矿井下防爆标准。

为显示双路测量，图1中将各个传感器表示出来，图2-图5显示各个模块的位置。对应的，图1中第一质量传感器230和第二质量传感器240对应图2-图5中质量传感器3；图1中第一压差传感器291和第二压差传感器292对应图2-图5中压差传感器9；图1中大气压传感器290对应图2-图5中大气压强传感器10。图1中温度传感器280对应图2-图5中温湿度传感器11；图1中第一水温传感器220和第二水温传感器210对应图2-图5中水温传感器12；图1中的第一煤样罐测压气室250和第二煤样罐测压气室260对应图2-图5中的煤样罐测压气室5。图1中的环境参数测量室270和图2-图5中的环境参数测量室6一致；图1中LED显示及按键输入模块120对和图2-图5中的应按键18，图1中高能电池供电模块140对应图2-图5中的高能电池16。

实施例2

本实施例提供一种自动化双通道煤层瓦斯解吸速度测定方法，使用如实施例1中提出的自动化双通道煤层瓦斯解吸速度测定装置，包括以下步骤：

步骤1、矿井水密度测定：装置开机，系统初始化，对进气管路7和排水口21管路上的所有电磁阀13进行关闭操作，通过注水口17在排水集气量具2中注入一定量的现场矿井水，通过自动化双通道煤层瓦斯解吸速度测定装置外壳上的观察窗口4读取注入水的体积，通过按键18输入体积值，自动化双通道煤层瓦斯解吸速度测定装置自动测量排水集气量具2中水的质量，根据密度与质量和体积之间的关系，装置自动计算矿井水的密度，并对数据进行存储；

步骤2、管路密封性检测：通过注水口17在双路排水集气量具2中各注入约800ml矿井水，完成后将注水口17拧紧密闭，按下装置“密封检测”按键18，系统对进气管路7和排水口21管路上的所有电磁阀13进行打开操作，同时通过质量传感器3实时监测排水集气量具2中水的质量变化，若2分钟后双路排水集气量具2中水的质量无变化，则说明装置管路气密性良好，检测完毕后，系统对进气管路7和排水口21管路上的所有电磁阀13进行关闭操作；

步骤3、现场解吸：将煤样罐与进气口连接，中央控制系统对大气压强传感器、温湿度传感器、双路水温传感器、双路质量传感器、双路压差传感器进行数据读取并实时显示，之后对进气管路和排水口管路上的所有电磁阀进行打开操作，开始解吸，1分钟时，中央控制系统测量双路排水集气量具中水质量的变化量Δm，通过公式ΔV＝Δm·ρ计算当前煤样解吸出的瓦斯体积，同时采集当前大气压强传感器数据p，双路水温传感器数据t，并对双路解吸的瓦斯体积按照式(1)进行标准状态下的换算，记录换算结果，

此后，每隔1分钟，记录一次当前时间以及双路排水集气量具中水质量相对于初始状态的变化量和其他所有传感器的当前值，并按照(1)式进行标准状态下的换算，并记录数据结果，整个解吸过程持续60分钟或者压差传感器测得煤样罐内外压相等为止，完成井下煤样瓦斯现场解吸。

步骤3完成后，按下装置“数据显示”按键18，可显示现场解吸时所记录的所有数据及解吸量随时间的变化曲线。

使用本发明的有益效果是：

1)本发明采用双通道瓦斯解吸设计，提高了解吸效率，采用高精度大气压传感器290、温湿度传感器11实时监测当前环境参数，采用高精度水温传感器12，质量传感器3实时监测水温及水的质量变化量，通过中央处理器110的数据处理，可实时输出校准后的解吸量，大大提高了测量精度；

2)本发明通过中央处理器110同时进行时间的记录，数据的测量、计算、存储，避免人工读数的误差或漏读，提高最终结果的准确性；

3)本发明进气管路7和排水管路8均由中央处理器110通过电磁阀13实现自动控制，减少了人工干预，有效的提高测量精度和效率；

4)本发明可通过LCD显示屏实时显示测量数据及测量进度，可查询显示所记录数据，能直观的观察结果且便于操作；

5)本发明采用高能电池16供电，采用低功耗电路设计，能保证装置在井下连续工作8小时以上，且有掉电数据保护功能，保证数据的准确性及完整性。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上可以作出许多变化，只要这些变化未脱离本发明的构思，均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种自动化双通道煤层瓦斯解吸速度测定装置，其特征在于：包括中央控制系统、传感器测量系统、管路控制系统；所述中央控制系统包括中央处理器、外部数据存储模块、外部时钟模块、LCD显示模块、按键输入模块和高能电池供电模块；所述传感器测量系统包括双路水温传感器、双路质量传感器、双路压差传感器、大气压强传感器和温湿度传感器；所述管路控制系统包括双路排水集气量具、双路煤样罐测压气室、环境参数测量室、进气管路、排水管路和电磁阀；

所述中央控制系统中，高能电池供电模块与中央处理器、外部时钟模块、外部数据存储模块、LCD显示模块和按键输入模块连接并提供所需电源；中央处理器与传感器测量系统、外部时钟模块和按键输入模块信号连接，并接收来自传感器测量系统、外部时钟模块和按键输入模块的数据；中央处理器与电磁阀连接并对电磁阀进行控制；所述中央处理器与外部数据存储模块、LCD显示模块电性连接，并将数据计算结果输出于LCD显示模块，同时将结果存储于外部数据存储模块；

所述传感器测量系统中，双路水温传感器、双路质量传感器、双路压差传感器、大气压强传感器、温湿度传感器均与中央处理器信号连接；水温传感器安装于双路排水集气量具下部，并用于测量水体温度；质量传感器安装于装置下部，并测量双路排水集气量具内排出水的质量；大气压传感器和温湿度传感器安装于环境参数测量室内，测量当前井下环境的气压、温度和湿度；压差传感器安装于煤样罐测量气室和环境参数测量室之间，并测量当前煤样罐内外的压差；

所述管路控制系统中，双路排水集气量具作为煤样瓦斯解吸的容器，双路排水集气量具安装于质量传感器上，双路排水集气量具上部设置注水口，双路排水集气量具下部设置双路水温传感器、进气管路和排水管路；进气管路将双路排水集气量具与双路煤样罐测压气室连接；排水管路将双路排水集气量具与仪器外部连通，且进气管路与排水管路上均设置电磁阀；煤样罐测压气室具有进气口；环境参数测量室内设置大气压强传感器和温湿度传感器，并与外部连通。

2.根据权利要求1所述的自动化双通道煤层瓦斯解吸速度测定装置，其特征在于：所述管路控制系统与中央控制系统分隔在两个独立的空间内，两个独立的空间通过隔离挡进行干湿分隔。

3.根据权利要求1所述的自动化双通道煤层瓦斯解吸速度测定装置，其特征在于：所述双路排水集气量具容积各为1000ml，且排水集气量具具有刻度。

4.根据权利要求1所述的自动化双通道煤层瓦斯解吸速度测定装置，其特征在于：所述的自动化双通道煤层瓦斯解吸速度测定装置符合煤矿井下防爆标准。

5.一种自动化双通道煤层瓦斯解吸速度测定方法，使用如权利要求1-4任一项所述的自动化双通道煤层瓦斯解吸速度测定装置，其特征在于：包括以下步骤，

步骤1、矿井水密度测定：装置开机，系统初始化，对进气管路和排水口管路上的所有电磁阀进行关闭操作，通过注水口在排水集气量具中注入一定量的现场矿井水，通过自动化双通道煤层瓦斯解吸速度测定装置外壳上的观察窗口读取注入水的体积，通过按键输入体积值，自动化双通道煤层瓦斯解吸速度测定装置自动测量排水集气量具中水的质量，根据密度与质量和体积之间的关系，装置自动计算矿井水的密度，并对数据进行存储；

步骤2、管路密封性检测：通过注水口在双路排水集气量具中各注入约800ml矿井水，完成后将注水口拧紧密闭，按下装置“密封检测”按键，系统对进气管路和排水口管路上的所有电磁阀进行打开操作，同时通过质量传感器实时监测排水集气量具中水的质量变化，若2分钟后双路排水集气量具中水的质量无变化，则说明装置管路气密性良好，检测完毕后，系统对进气管路和排水口管路上的所有电磁阀进行关闭操作；

步骤3、现场解吸：将煤样罐与进气口连接，中央控制系统对大气压强传感器、温湿度传感器、双路水温传感器、双路质量传感器、双路压差传感器进行数据读取并实时显示，之后对进气管路和排水口管路上的所有电磁阀进行打开操作，开始解吸，1分钟时，中央控制系统测量双路排水集气量具中水质量的变化量Δm，通过公式ΔV＝Δm·ρ计算当前煤样解吸出的瓦斯体积，同时采集当前大气压强传感器数据p，双路水温传感器数据t，并对双路解吸的瓦斯体积按照式(1)进行标准状态下的换算，记录换算结果，

此后，每隔1分钟，记录一次当前时间以及双路排水集气量具中水质量相对于初始状态的变化量和其他所有传感器的当前值，并按照(1)式进行标准状态下的换算，并记录数据结果，整个解吸过程持续60分钟或者压差传感器测得煤样罐内外压相等为止，完成井下煤样瓦斯现场解吸。