CN112268833A - 一种多功能瓦斯参数测试仪器及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多功能瓦斯参数测试仪器及其使用方法，测试仪器包括水柱计、左阀门、右阀门、测量室、第一旋塞阀与第二旋塞阀，水柱计的两端均设有连通水柱计的左通道、右通道、左通气孔与右通气孔；左阀门设置在左通道上，用于控制左通道的通断；右阀门设置在右通道上，用于控制右通道的通断；第一旋塞阀设置在左通气孔与水柱计之间，用于控制左通气孔与外界大气的通断；测量室与右通气孔连通，用于在测量室中放置待测试煤样；第二旋塞阀设置在右通气孔与水柱计之间，用于控制水柱计、测量室与外界大气之间的通断。该多功能瓦斯参数测试仪器能够分别测试钻孔瓦斯涌出初速度q值、钻屑瓦斯解吸指标△h₂、瓦斯抽采负压以及压差等数据。

Description

一种多功能瓦斯参数测试仪器及其使用方法

技术领域

本发明属于测试仪器技术领域，具体涉及一种多功能瓦斯参数测试仪器及其使用方法。

背景技术

目前，煤与瓦斯突出事故是煤矿的第一号杀手，是发生频率最高、危害程度最大、死亡人数最多的煤矿安全事故类型。预防煤与瓦斯突出最直接有效的方法就是测试突出危险性的敏感指标，煤与瓦斯突出危险性敏感指标参数的测试有多种，包括复合指标法、钻屑瓦斯解吸指标法等多种，测试仪器也多种类型。

钻孔瓦斯涌出初速度是指在煤层中按规定的技术要求施工钻孔，在达到预定深度后，2min内在规定长度钻孔内涌出的瓦斯流量，用符号q表示，单位为L/min；目前，采用钻孔多级流量计测定钻孔瓦斯涌出初速度。

钻屑瓦斯解吸指标△h₂是预测煤层突出危险性的钻屑瓦斯解吸指标之一，综合反映煤层的瓦斯含量及卸压初期瓦斯解吸速度的大小，用特定仪器测定钻屑试样在卸压初期一段时间(2min)瓦斯解吸而产生的压力差表示，单位为Pa。钻屑瓦斯解吸指标的测定原理为：将含瓦斯煤样瞬间暴露于大气中，或类似于大气环境条件的仪器中，根据等容或变容变压解吸原理测定煤样在不同时间段的瓦斯解吸量或不同时刻的瓦斯解吸速度，然后根据测定数据与煤样暴露时间的关系进行相应的数学处理，得出钻屑瓦斯解吸指标。

U型压力计是根据流体静力学原理将压力信号转变为液柱高度信号，用一定高度的液柱所产生的静压力平衡被测压力的方法来测量正压、差压和负压(真空度)。

日常在测试钻孔瓦斯涌出初速度、钻屑瓦斯解吸指标和瓦斯抽采参数时需同时携带三种仪器，不能实现单人作业，而且仪器种类繁多，操作携带不便。

因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多功能瓦斯参数测试仪器及其使用方法，以至少解决目前在测试钻孔瓦斯涌出初速度、钻屑瓦斯解吸指标和瓦斯抽采参数时需同时携带三种仪器，不能实现单人作业，多种仪器操作携带不便等问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种多功能瓦斯参数测试仪器，所述测试仪器包括：

水柱计，所述水柱计的两端均设有连通水柱计的左通道、右通道、左通气孔与右通气孔；

左阀门，所述左阀门设置在所述左通道上，用于控制左通道的通断；

右阀门，所述右阀门设置在所述右通道上，用于控制右通道的通断；

第一旋塞阀，所述第一旋塞阀设置在左通气孔与所述水柱计之间，用于控制左通气孔与外界大气的通断；

测量室，所述测量室内放置有待测试煤样，所述测量室与右通气孔连通；

第二旋塞阀，所述第二旋塞阀设置在右通气孔与所述水柱计之间，用于控制水柱计、测量室与外界大气之间的通断。

如上所述的多功能瓦斯参数测试仪器，优选地，所述测试仪器还包括煤样瓶，所述煤样瓶放置于所述测量室内，所述煤样瓶用于盛放煤样。

如上所述的多功能瓦斯参数测试仪器，优选地，所述测量室的顶部装配有顶部旋塞，所述测量室的底部装配有底部旋塞；所述顶部旋塞与底部旋塞分别用于封闭测量室的顶部与底部。

如上所述的多功能瓦斯参数测试仪器，优选地，所述测量室的顶部连接有顶部气咀，所述测量室的底部连接有孔板；

所述顶部气咀与封孔器连接，用以引入煤层瓦斯气体；

所述孔板上设有通孔，所述孔板用于产生涡流使所述水柱计产生压差。

如上所述的多功能瓦斯参数测试仪器，优选地，所述水柱计为U型水柱计，所述水柱计上设置有刻度。

如上所述的多功能瓦斯参数测试仪器，优选地，所述第一旋塞阀为两通旋塞阀；

所述第二旋塞阀为三通旋塞阀；所述三通旋塞阀拧至底部时，所述水柱计与测量室隔绝，所述测量室与大气连通，所述三通旋塞阀拧至中间状态时，所述水柱计、测量室与大气三者连通，所述三通旋塞阀拧至顶端时，所述水柱计与大气隔绝，所述水柱计与测量室连通。

本发明还提供上述多功能瓦斯参数测试仪器的使用方法，在使用上述的多功能瓦斯参数测试仪器测试钻孔瓦斯涌出初速度q值时，包括以下步骤：

S1、将所述左阀门与所述右阀门关闭，旋拧所述第一旋塞阀使所述水柱计的一端与外界大气连通，旋拧所述第二旋塞阀使所述水柱计的另一端与所述测量室连通；

S2、将所述测量室的顶部连接所述顶部气咀，所述顶部气咀与封孔器连接，所述测量室的底部连接所述孔板，瓦斯气体依次通过顶部气咀、测量室和孔板，气体受到孔板影响产生的涡流使水柱计产生压差；

S3、读取水柱计压差值△h，通过计算公式得出钻孔瓦斯涌出初速度q值；

优选地，钻孔瓦斯涌出初速度q值的计算公式为：

q＝K×K₁×△h；

其中，K—所选用喷咀的流量系数，单位L/min×mm，该系数与孔板加工有关，该系数由实验确定；

K₁—瓦斯浓度修正系数，故该系数取为1.34；

△h—水柱计压差读数，单位mm；

再优选地，整个测定过程在2min内完成。

如上所述的多功能瓦斯参数测试仪器的使用方法，优选地，在使用所述多功能瓦斯参数测试仪器测试钻屑瓦斯解吸指标△h₂时，包括以下步骤：

第一步、将所述左阀门与所述右阀门关闭，旋拧所述第一旋塞阀使所述水柱计的一端与外界大气连通；

第二步、将装有煤样的所述煤样瓶放入所述测量室中，拧紧所述顶部旋塞与底部旋塞；

第三步、打开所述三通旋塞阀，三通旋塞阀旋拧至中间状态，使所述测量室、水柱计与外界大气均连通，在设定时间之后，将三通旋塞阀向上旋拧至最顶端，使所述测量室与外界大气隔绝，所述测量室仅与所述水柱计连通，一定时间之后读取水柱计两侧压差结果。

如上所述的多功能瓦斯参数测试仪器的使用方法，优选地，在使用所述多功能瓦斯参数测试仪器测试瓦斯抽采负压时，包括以下步骤：

首先将所述第一旋塞阀拧至底部，关闭所述左通气孔，将所述第二旋塞阀拧至底部，关闭所述右通气孔；

然后打开所述左阀门与右阀门，将所述左通道与右通道分别连接在待测抽采负压的管道上。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下优异效果：

本发明的多功能瓦斯参数测试仪器能够分别测试钻孔瓦斯涌出初速度q值、钻屑瓦斯解吸指标△h₂、瓦斯抽采负压以及压差等数据，能够显著提高工作效率，尤其适合在同一个地点测试工作面突出危险性敏感指标和测试瓦斯抽采参数，该仪器性能稳定，操作简单，能够实现工业化应用。避免了操作人员携带多种测试仪器，便于操作人员携带，而且减轻了操作者的劳动强度。

附图说明

图1为本发明实施例中多功能瓦斯参数测试仪器的结构示意图；

图2为本发明实施例中孔板的结构示意图；

图3为本发明实施例中顶部气咀的结构示意图。

图中：1、水柱计；2、左通道；3、左阀门；4、右通道；5、右阀门；6、左通气孔；7、第一旋塞阀；8、第二旋塞阀；9、测量室；10、顶部旋塞；11、底部旋塞；12、孔板；13、顶部气咀；14、煤样瓶；15、左气咀；16、右气咀；17、右通气孔。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

根据本发明的具体实施例，如图1～3所示，本发明提供一种多功能瓦斯参数测试仪器，该测试仪器将q值测试仪、△h₂测试仪、U型压力计等三个仪器合为一个仪器，解决因测试数据仪器过多不能单人同时携带的问题，多功能瓦斯参数测试仪器能够分别测试q值、△h₂、瓦斯抽采负压、压差等数据，能够显著提高工作效率，尤其适合在同一个地点测试工作面突出危险性敏感指标和测试瓦斯抽采参数，该仪器性能稳定，操作简单，能够实现工业化应用。

测试仪器包括水柱计1、左阀门3、右阀门5、测量室9、第一旋塞阀7、与第二旋塞阀8；水柱计1的两端均设有连通水柱计1左通道2、右通道4、左通气孔6与右通气孔17；左阀门3设置在左通道2上，用于控制左通道2的通断；右阀门5设置在右通道4上，用于控制右通道4的通断；第一旋塞阀7设置在左通气孔6与水柱计之间，用于控制左通气孔6与外界大气的通断；测量室9内放置有待测试煤样，测量室9与右通气孔17连通；第二旋塞阀8设置在右通气孔17与水柱计1之间，用于控制水柱计1、测量室9与外界大气之间的通断。水柱计1为U型。

测试仪器还包括煤样瓶14，煤样瓶14放置于测量室9内，煤样瓶14用于盛放煤样。

测量室9的顶部可拆装配有顶部旋塞10，测量室9的底部可拆装配有底部旋塞11；顶部旋塞10与底部旋塞11分别用于封闭测量室9的顶部与底部。

第一旋塞阀7为两通旋塞阀，两通旋塞阀用于控制水柱计左端与外界大气之间的通断；第二旋塞阀8为三通旋塞阀，三通旋塞阀用于控制水柱计右端与测量室、外界大气之间的通断。三通旋塞阀在拧至底部时，水柱计与测量室的隔绝，测量室与大气连通；三通旋塞阀向上拧处于中间状态时，水柱计与大气、测量室三者连通；三通旋塞阀继续向上拧，当处于最顶端时，水柱计与大气隔绝，与测量室连通。

测试仪器还包括顶部气咀13与孔板12，在测量钻孔瓦斯涌出初速度q值时，使用顶部气咀13代替顶部旋塞10，使用孔板12代替底部旋塞11。测量室9的顶部可拆连接有顶部气咀13，测量室9的底部可拆连接有孔板12；顶部气咀13用于封孔器连接以引入气流，孔板12用于产生涡流使水柱计1产生压差。

本发明还提供多功能瓦斯参数测试仪器的使用方法；该使用方法通过对上述多功能瓦斯参数测试仪器中的左阀门3、右阀门5、测量室9、第一旋塞阀7以及第二旋塞阀8的设置，使多功能瓦斯参数测试仪器能够分别测试钻孔瓦斯涌出初速度q值、钻屑瓦斯解吸指标△h₂以及瓦斯抽采负压。

在使用所述测试仪器测试钻孔瓦斯涌出初速度q值时，包括以下步骤：

S1、将左阀门3和右阀门5全部关闭，将两通旋塞7拧至顶部，使水柱计与大气相连通。将右阀门5拧至顶部，使水柱计与测量室9联通。

S2、用顶部气咀13替换顶部旋塞10，用孔板12替换底部旋塞11。操作时，将专用封孔器与顶部气咀13连接，气流依次通过顶部气咀13、测量室9和孔板12，受孔板影响产生的涡流使水柱计产生压差。

S3、读取水柱计压差值△h，整个测定过程在2min内完成。通过计算得出钻孔瓦斯涌出初速度q值。

钻孔瓦斯涌出初速度q值的计算公式为：

q＝K×K₁×△h；

其中，K—所选用喷咀的流量系数，单位L/min×mm，该系数与孔板加工有关，该系数由实验确定；

K₁—瓦斯浓度修正系数，该系数取1.34；

△h—水柱计压差读数，单位mm。

在使用所述测试仪器测试钻屑瓦斯解吸指标△h₂时，包括以下步骤：

第一步、将左阀门3和右阀门5全部关闭，用顶部旋塞10替换顶部气咀13，用底部旋塞11替换孔板12。打开第一旋塞阀7使水柱计1的左端与外界大气连通。

第二步、将已采煤样的煤样瓶14迅速放入测量室9中，拧紧测量室9顶部旋塞10。

第三步、打开第二旋塞阀8，三通旋塞阀(即第二旋塞阀8)旋拧至中间状态，使测量室9与水柱计1和大气均连通，煤样处于暴露状态。当煤样暴露时间为3min时，迅速逆时针方向旋转第二旋塞阀8，三通旋塞阀向上旋拧至最顶端，使测量室9与大气隔绝，测量室9仅与水柱计1连通，开始进行解吸测定，并重新开始计时，连续测定至5min时读取水柱计1左右两侧压差结果。

在使用测试仪器测试瓦斯抽采负压、测试其他孔板流量计两侧压差时，包括以下步骤：

首先将第一旋塞阀7拧至最底部，关闭左通气孔6；将第二旋塞阀8拧至最底部，关闭右通气孔17。

然后打开左阀门3与右阀门5，左通道2上设置有左气咀15，右通道4上设置有右气咀16，将测试瓦斯抽采压力或负压的橡胶管连接在左气咀15或右气咀16上，测试水柱计1的两侧压差，从而得到瓦斯抽采负压或者其他孔板流量计两侧压差数值。

综上所述，本发明的多功能瓦斯参数测试仪器能够分别测试钻孔瓦斯涌出初速度q值、钻屑瓦斯解吸指标△h₂、瓦斯抽采负压以及孔板流量计压差等数据，能够显著提高工作效率，尤其适合在同一个地点测试工作面突出危险性敏感指标和测试瓦斯抽采参数，该仪器性能稳定，操作简单，能够实现工业化应用。避免了操作人员携带多种测试仪器，便于操作人员携带，而且减轻了操作者的劳动强度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均在本发明待批权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种多功能瓦斯参数测试仪器，其特征在于，所述测试仪器包括：

水柱计，所述水柱计的两端均设有连通水柱计的左通道、右通道、左通气孔与右通气孔；

左阀门，所述左阀门设置在所述左通道上，用于控制左通道的通断；

右阀门，所述右阀门设置在所述右通道上，用于控制右通道的通断；

第一旋塞阀，所述第一旋塞阀设置在左通气孔与所述水柱计之间，用于控制左通气孔与外界大气的通断；

测量室，所述测量室内放置有待测试煤样，所述测量室与右通气孔连通；

第二旋塞阀，所述第二旋塞阀设置在右通气孔与所述水柱计之间，用于控制水柱计、测量室与外界大气之间的通断。

2.根据权利要求1所述的多功能瓦斯参数测试仪器，其特征在于，所述测试仪器还包括煤样瓶，所述煤样瓶放置于所述测量室内，所述煤样瓶用于盛放煤样。

3.根据权利要求2所述的多功能瓦斯参数测试仪器，其特征在于，所述测量室的顶部装配有顶部旋塞，所述测量室的底部装配有底部旋塞；所述顶部旋塞与底部旋塞分别用于封闭测量室的顶部与底部。

4.根据权利要求1所述的多功能瓦斯参数测试仪器，其特征在于，所述测量室的顶部连接有顶部气咀，所述测量室的底部连接有孔板；

所述顶部气咀与封孔器连接，用以引入煤层瓦斯气体；

所述孔板上设有通孔，所述孔板用于产生涡流使所述水柱计产生压差。

5.根据权利要求1-4任一所述的多功能瓦斯参数测试仪器，其特征在于，所述水柱计为U型水柱计，所述水柱计上设置有刻度。

6.根据权利要求1-4任一所述的多功能瓦斯参数测试仪器，其特征在于，

所述第一旋塞阀为两通旋塞阀；

所述第二旋塞阀为三通旋塞阀；所述三通旋塞阀拧至底部时，所述水柱计与测量室隔绝，所述测量室与大气连通，所述三通旋塞阀拧至中间状态时，所述水柱计、测量室与大气三者连通，所述三通旋塞阀拧至顶端时，所述水柱计与大气隔绝，所述水柱计与测量室连通。

7.多功能瓦斯参数测试仪器的使用方法，其特征在于，在使用如权利要求1～6任一所述的多功能瓦斯参数测试仪器测试钻孔瓦斯涌出初速度q值时，包括以下步骤：

S1、将所述左阀门与所述右阀门关闭，旋拧所述第一旋塞阀使所述水柱计的一端与外界大气连通，旋拧所述第二旋塞阀使所述水柱计的另一端与所述测量室连通；

S2、将所述测量室的顶部连接所述顶部气咀，所述顶部气咀与封孔器连接，所述测量室的底部连接所述孔板，瓦斯气体依次通过顶部气咀、测量室和孔板，气体受到孔板影响产生的涡流使水柱计产生压差；

S3、读取水柱计压差值△h，通过计算公式得出钻孔瓦斯涌出初速度q值；

优选地，钻孔瓦斯涌出初速度q值的计算公式为：

q＝K×K₁×△h；

其中，K—所选用喷咀的流量系数，单位L/min×mm，该系数与孔板加工有关，该系数由实验确定；

K₁—瓦斯浓度修正系数，故该系数取为1.34；

△h—水柱计压差读数，单位mm；

再优选地，整个测定过程在2min内完成。

8.根据权利要求7所述的多功能瓦斯参数测试仪器的使用方法，其特征在于，在使用所述多功能瓦斯参数测试仪器测试钻屑瓦斯解吸指标△h₂时，包括以下步骤：

第一步、将所述左阀门与所述右阀门关闭，旋拧所述第一旋塞阀使所述水柱计的一端与外界大气连通；

第二步、将装有煤样的所述煤样瓶放入所述测量室中，拧紧所述顶部旋塞与底部旋塞；

第三步、打开所述三通旋塞阀，三通旋塞阀旋拧至中间状态，使所述测量室、水柱计与外界大气均连通，在设定时间之后，将三通旋塞阀向上旋拧至最顶端，使所述测量室与外界大气隔绝，所述测量室仅与所述水柱计连通，一定时间之后读取水柱计两侧压差结果。

9.根据权利要求7所述的多功能瓦斯参数测试仪器的使用方法，其特征在于，在使用所述多功能瓦斯参数测试仪器测试瓦斯抽采负压时，包括以下步骤：

首先将所述第一旋塞阀拧至底部，关闭所述左通气孔，将所述第二旋塞阀拧至底部，关闭所述右通气孔；

然后打开所述左阀门与右阀门，将所述左通道与右通道分别连接在待测抽采负压的管道上。

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