CN109883878A - 一种恒温水浴井下瓦斯解吸测定装置及其测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种恒温水浴井下瓦斯解吸测定装置及其测定方法，解吸测定装置包括解吸仪管体和下箱体，解吸仪管体上设置有刻度，下箱体设置在解吸仪管体的下端，解吸仪管体外设置有加热套管，加热套管内设置有加热电偶，下箱体上设置有接通到解吸仪管体内的进气管路和出水管路；还包括煤样罐，煤样罐的通过胶管接通到进气管路。测定方法包括1)灌水；2)加热维持温度；3)装入煤炭样本；4)测量四个步骤。本发明构思新颖、设计巧妙且结构合理，本发明通过设置和加热套管来对解吸仪管体进行加热和保温，以使得本发明在井下使用时，面对风流造成的散热，以及温度变化时，能够保持在恒定的温度，进而保证对瓦斯解吸量的测定更加准确。

Description

一种恒温水浴井下瓦斯解吸测定装置及其测定方法

技术领域

本发明属于煤矿瓦斯测定技术领域，特别涉及一种恒温水浴井下瓦斯解吸测定装置及其测定方法。

背景技术

我国煤矿瓦斯灾害严重，每年造成大量人员伤亡。煤层瓦斯含量是判断煤与瓦斯突出的关键指标之一，瓦斯含量的准确测定直接影响瓦斯地质评价、瓦斯涌出量预测及煤矿瓦斯防治。且随着开采深度及开采强度的增加，深部煤层赋存条件日趋复杂，瓦斯超限频发，瓦斯威胁日益严重。造成上述现象的原因是煤层瓦斯含量测定不准，所制定的瓦斯治理措施不能满足安全生产的要求。

目前常用的煤层瓦斯含量测定方法中有一种井下煤屑瓦斯解吸方法，是当前较为广泛采用的一种方法，所测定的瓦斯含量包括以下五个部分：井下瓦斯解吸量、钻孔损失瓦斯量、地面解吸量、粉碎解吸量和常温、常压下不可解吸瓦斯量。

目前井下瓦斯解吸量测试主要采用DGC型井下瓦斯解吸仪，该设备主要由煤样罐和量筒组成，通过排水法完成井下瓦斯解吸量测定。在测试过程中，由于量筒直接暴露于井下巷道风流中，而风流一方面不稳定，另一方面温度变化较大，而现有所涉及的量筒不具备隔热性能，所测得的瓦斯解吸体积易受井下风流干扰，从而直接影响井下瓦斯解吸量的准确测定。

发明内容

有鉴于现有技术中量筒直接暴露于井下巷道风流中，而风流一方面不稳定，另一方面温度变化较大，所涉及的量筒不具备隔热性能，所测得的瓦斯解吸体积易受井下风流干扰，从而直接影响井下瓦斯解吸量的准确测定，本发明所要解决的技术问题是通过提供一种恒温水浴井下瓦斯解吸测定装置及其测定方法，来使得测定的效果更加稳定，更加准确。

本发明技术方案如下:一种恒温水浴井下瓦斯解吸测定装置，包括解吸仪管体和下箱体，所述解吸仪管体上设置有刻度，所述下箱体设置在所述解吸仪管体的下端，且所述下箱体上设置有灌水通道接通到所述解吸仪管体内，所述解吸仪管体外设置有加热套管，所述加热套管内设置有加热电偶，所述下箱体上设置有接通到所述解吸仪管体内的进气管路和出水管路；

还包括煤样罐，所述煤样罐的通过胶管接通到所述进气管路。

采用以上技术方案，本发明的基本思路是利用排水法测气体体积，解吸仪管体用来灌水，并在上面设置刻度用以测量。下箱体用来设置解吸仪管体，并在内部用来设置其他必要的结构和装置。灌水通道用来向解吸仪管体内装水，加热套管用来对解吸仪管体进行加热。加热电偶用来对加热套管进行加热。进气管路用于将煤样罐内产生的瓦斯注入到解吸仪管体内，出水管路是用于将解吸仪管体内被瓦斯气挤压排出的水排出。煤样罐用来放置样品煤，样品煤在煤样罐内产生瓦斯气，并通过胶管进入到解吸仪管体内。

进一步，作为优选，为了防止内部火花引燃瓦斯气，所述下箱体采用防爆设计制成。

进一步，作为优选，为了控制加热电偶加热的温度，所述下箱体内设置有为所述加热电偶供电的电源，所述下箱体内还设置有为所述加热电偶进行控制的温控装置。

进一步，作为优选，为了防止解吸仪管体内的水流出，所述灌水通道的下端设置有底塞。

进一步，作为优选，为了便于解吸仪管体悬挂设置，所述解吸仪管体的顶端设置有挂耳。

进一步，作为优选，为了方便地控制煤样罐内的瓦斯气排出，所述煤样罐上设置有用于煤样罐打开或关闭的阀门。

进一步，作为优选，为了便于设置保温，所述加热套管内设置有起保温媒介作用的盐水。

一种恒温水浴井下瓦斯解吸测定方法，包括如下步骤：

1)灌水：将所述解吸仪管体和下箱体整体倒置，并打开所述底塞，通过所述灌水通道将纯净水灌入到所述解吸仪管体内，且灌水至0刻度处，然后将底塞放入到所述灌水通道内，并旋紧，所述纯净水的温度为22℃-28℃；

2)加热维持温度：打开电源对所述加热电偶进行供电，所述加热电偶对所述加热套管内的盐水进行加热，通过所述温控装置将该盐水的温度控制在22℃-28℃；

3)装入煤炭样本：获取目标煤层的样本，且该样本的质量大于500g，将该样本装入到所述煤样罐内，然后保持所述煤样罐封闭；

4)测量：读取解吸仪管体内液面的刻度作为初值a₀，使得所述煤样罐接通到所述解吸仪管体内，在所述煤样罐内气体进入到所述解吸仪管体时读取解吸仪管体内液面的刻度，作为起始值a₁，同时打开秒表开始计时，并每一分钟读取所述解吸仪管体内液面的刻度一次，持续时间30分钟，依次得到数值a₂-a₃₁。

采用以上技术方案，第一步灌水是将水灌入到解吸仪管体内，形成用于测量的水柱，刻度的设置是根据实际测量原理进行设计的，以水进入的最初的位置作为0刻度处，将纯净水的温度设置在22℃-28℃，是因为以此作为标准的试验测量温度范围，在此温度范围内，器材等不会对测量结果带来很大的影响。

进一步，作为优选，25℃为常规试验测定的标准环境温度，所述灌水和加热维持温度步骤中，纯净水的温度为25℃，盐水被控制的温度也为25℃。

有益效果：本发明构思新颖、设计巧妙且结构合理，本发明通过设置和加热套管来对解吸仪管体进行加热和保温，以使得本发明在井下使用时，面对风流造成的散热，以及温度变化时，能够保持在恒定的温度，进而保证对瓦斯解吸量的测定更加准确。

附图说明

图1是本发明结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

如图1所示的一种恒温水浴井下瓦斯解吸测定装置，具有解吸仪管体2和下箱体7，解吸仪管体2上设置有刻度，下箱体7设置在解吸仪管体2的下端，且下箱体7上设置有灌水通道9接通到解吸仪管体2内，解吸仪管体2外设置有加热套管3，加热套管3内设置有加热电偶4，下箱体7上设置有接通到解吸仪管体2内的进气管路11和出水管路5；还包括煤样罐13，煤样罐13的通过胶管12接通到进气管路11。

本发明的基本思路是利用排水法测气体体积，因此本发明各个部件的功能及原理为：解吸仪管体2用来灌水，并在上面设置刻度用以测量。下箱体7用来设置解吸仪管体2，并在内部用来设置其他必要的结构和装置。灌水通道9用来向解吸仪管体2内装水，加热套管3用来对解吸仪管体2进行加热。加热电偶4用来对加热套管3进行加热。进气管路11用于将煤样罐13内产生的瓦斯注入到解吸仪管体2内，出水管路5是用于将解吸仪管体2内被瓦斯气挤压排出的水排出。煤样罐13用来放置样品煤，样品煤在煤样罐13内产生瓦斯气，并通过胶管12进入到解吸仪管体2内。

在具体实施过程中，解吸仪管体2采用透明的材料制成，比如玻璃等，根据实际测试的需要在上面设置有刻度。刻度的设置是从上往下的，即0刻度在正数刻度的上方。箱体7的设置主要是用来放置和保护其他装置和结构，设置在解吸仪管体2的下端，便于操作。通过灌水通道9穿过下箱体7，灌水通道9设置在下箱体7的中部，用于向解吸仪管体2内灌入液体，进而在解吸仪管体2内形成液柱。灌水通道9通过在下箱体7上进行穿孔，并形成一个对下箱体7封闭的管路，与解吸仪管体2进行接通。加热套管3是现有技术，用来给解吸仪管体2进行加热和保温，加热套管3是通过加热电偶4来进行加热的。煤样罐13用来放置样品煤层，煤样罐13呈圆柱形，整体封闭只保留一个进出口，可以采用玻璃或者金属制成，通过胶管12接通到进气管路11，以使得煤层产生的瓦斯气进入到解吸仪管体2内。瓦斯气进入到解吸仪管体2内后，排开解吸仪管体2内的水，液柱下行，并通过刻度进行读数。排出的水通过出水管路5排出。

在具体实施过程中，作为一种优选的实施方案，下箱体7采用防爆设计制成。由于煤矿井下是属于易燃易爆环境，因此为了防止电路产生的火花点燃瓦斯，需要将下箱体7采用防爆设计制成。

在具体实施过程中，作为一种优选的实施方案，下箱体7内设置有为加热电偶4供电的电源6，下箱体7内还设置有为加热电偶4进行控制的温控装置10。电源6为电偶4提供电力，温控装置10是对加热套管3内进行温度监测和控制，温控装置技术是一种现有的成熟技术，在此不再赘述，具体是通过对加热电偶4的加热进行控制，如加热时间和加热功率，进而来实现对加热套管3内的温度进行控制。

在具体实施过程中，作为一种优选的实施方案，灌水通道9的下端设置有底塞8。底塞8的设置是用来堵塞灌水通道9的，当水从灌水通道9装入后，倒置不会从灌水通道9里面漏出。

在具体实施过程中，作为一种优选的实施方案，解吸仪管体2的顶端设置有挂耳1。挂耳1的设置是帮助解吸仪管体2的悬挂和设置。

在具体实施过程中，作为一种优选的实施方案，煤样罐13上设置有用于煤样罐13打开或关闭的阀门14。通过设置阀门14来打开和关闭煤样罐13，便于使用。

在具体实施过程中，作为一种优选的实施方案，加热套管3内设置有起保温媒介作用的盐水。通过盐水作为保温的媒介材料，便于使用。

一种恒温水浴井下瓦斯解吸测定方法，其特征在于包括如下步骤：

1)灌水：将解吸仪管体2和下箱体7整体倒置，并打开底塞8，通过灌水通道9将纯净水灌入到解吸仪管体2内，且灌水至0刻度处，然后将底塞8放入到灌水通道9内，并旋紧，纯净水的温度为22℃-28℃；

2)加热维持温度：打开电源6对加热电偶4进行供电，加热电偶4对加热套管3内的盐水进行加热，通过温控装置10将该盐水的温度控制在22℃-28℃；

3)装入煤炭样本：获取目标煤层的样本，且该样本的质量大于500g，将该样本装入到煤样罐13内，然后保持煤样罐13封闭；

4)测量：读取解吸仪管体2内液面的刻度作为初值a₀，使得煤样罐13接通到解吸仪管体2内，在煤样罐13内气体进入到解吸仪管体2时读取解吸仪管体2内液面的刻度，作为起始值a₁，同时打开秒表开始计时，并每一分钟读取解吸仪管体2内液面的刻度一次，持续时间30分钟，依次得到数值a₂-a₃₁。

第一步灌水是将水灌入到解吸仪管体2内，形成用于测量的水柱，刻度的设置是根据实际测量原理进行设计的，以水进入的最初的位置作为0刻度处，将纯净水的温度设置在22℃-28℃，是因为以此作为标准的试验测量温度范围，在此温度范围内，器材等不会对测量结果带来很大的影响。

在具体实施过程中，作为一种优选的实施方案，灌水和加热维持温度步骤中，纯净水的温度为25℃，盐水被控制的温度也为25℃。

在具体实施过程中，首先将准备好的温水通过灌水通道9灌入到解吸仪管体2内，温水的水温范围在22℃-28℃，该温度更为适宜作为测量的温度。水灌装好后，将整个解吸仪管体2倒置，并通过挂耳1挂放在合适的位置处，并保持平正，即为解吸仪管体2内液面的最低处恰好在0刻度处。由于放置时间过长，会存在温水温度降低的问题，影响测量结果，因此设置加热套管3对解吸仪管体2进行加热。加热套管3的采用传热材料制成，在实际使用时才能将内部产生的热量传导到解吸仪管体2内。加热套管3为一个夹层状的管体，套装在解吸仪管体2上，且加热套管3夹层内注入有盐水，作为保温媒介，并通过加热电偶4对盐水进行加热储存热量。温控装置10对加热电偶4的工作时间和功率进行控制，以保证加热套管3内的盐水保持在22℃-28℃。在解吸仪管体2内的温度环境稳定后，就将采样煤炭样本放入到煤样罐13内，任其自由挥发瓦斯，并通过胶管12灌入到解吸仪管体2内，通过排水测量出瓦斯气的体积数据。通过排水的直接读书可以获得瓦斯解吸的体积数据，并通过记录的a₀-a₃₁来计算时间，进而计算出瓦斯的解吸速度。此为常规的数学原理，在此不做相关公式和计算的过多赘述。

将解吸仪管体2内的温度控制在25℃，是一个温度的最有值，在多数实验中，约定俗成将环境温度设置成25℃，以便于将测量结果作为标准值。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种恒温水浴井下瓦斯解吸测定装置，其特征在于：包括解吸仪管体(2)和下箱体(7)，所述解吸仪管体(2)上设置有刻度，所述下箱体(7)设置在所述解吸仪管体(2)的下端，且所述下箱体(7)上设置有灌水通道(9)接通到所述解吸仪管体(2)内，所述解吸仪管体(2)外设置有加热套管(3)，所述加热套管(3)内设置有加热电偶(4)，所述下箱体(7)上设置有接通到所述解吸仪管体(2)内的进气管路(11)和出水管路(5)；

还包括煤样罐(13)，所述煤样罐(13)的通过胶管(12)接通到所述进气管路(11)。

2.如权利要求1所述的一种恒温水浴井下瓦斯解吸测定装置，其特征在于：所述下箱体(7)采用防爆材料制成。

3.如权利要求2所述的一种恒温水浴井下瓦斯解吸测定装置，其特征在于：所述下箱体(7)内设置有为所述加热电偶(4)供电的电源(6)，所述下箱体(7)内还设置有为所述加热电偶(4)进行控制的温控装置(10)。

4.如权利要求3所述的一种恒温水浴井下瓦斯解吸测定装置，其特征在于：所述灌水通道(9)的下端设置有底塞(8)。

5.如权利要求4所述的一种恒温水浴井下瓦斯解吸测定装置，其特征在于：所述解吸仪管体(2)的顶端设置有挂耳(1)。

6.如权利要求5所述的一种恒温水浴井下瓦斯解吸测定装置，其特征在于：所述煤样罐(13)上设置有用于煤样罐(13)打开或关闭的阀门(14)。

7.如权利要求6所述的一种恒温水浴井下瓦斯解吸测定装置，其特征在于：所述加热套管(3)内设置有起保温媒介作用的盐水。

8.一种恒温水浴井下瓦斯解吸测定方法，其特征在于，利用权利要求7所述装置进行测定，包括如下步骤：

1)灌水：将所述解吸仪管体(2)和下箱体(7)整体倒置，并打开所述底塞(8)，通过所述灌水通道(9)将纯净水灌入到所述解吸仪管体(2)内，且灌水至0刻度处，然后将底塞(8)放入到所述灌水通道(9)内，并旋紧，所述纯净水的温度为22℃-28℃；

2)加热维持温度：打开电源(6)对所述加热电偶(4)进行供电，所述加热电偶(4)对所述加热套管(3)内的盐水进行加热，通过所述温控装置(10)将该盐水的温度控制在22℃-28℃；

3)装入煤炭样本：获取目标煤层的样本，且该样本的质量大于500g，将该样本装入到所述煤样罐(13)内，然后保持所述煤样罐(13)封闭；

4)测量：读取解吸仪管体(2)内液面的刻度作为初值a₀，使得所述煤样罐(13)接通到所述解吸仪管体(2)内，在所述煤样罐(13)内气体进入到所述解吸仪管体(2)时读取解吸仪管体(2)内液面的刻度，作为起始值a₁，同时打开秒表开始计时，并每一分钟读取所述解吸仪管体(2)内液面的刻度一次，持续时间30分钟，依次得到数值a₂-a₃₁。

9.如权利要求8所述的恒温水浴井下瓦斯解吸测定方法，其特征在于：所述灌水和加热维持温度步骤中，纯净水的温度为25℃，盐水被控制的温度也为25℃。