CN112414893A - 一种用于煤矿井下便携式瓦斯解吸仪及其测试方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于煤矿井下便携式瓦斯解吸仪及其测试方法，包括折叠式三脚架、称重装置、解吸仪本体、储水瓶、煤样罐和抽气吸水装置；称重装置设置在折叠式三脚架顶部，称重装置上设有气泡水平仪，解吸仪本体设置在称重装置上，解吸仪本体下部通过排水管与储水瓶连接，解吸仪本体下部通过进气管与煤样罐连接，抽气吸水装置通过抽气管与解吸仪本体上部连接。本发明稳定性强，操作方便，各个部件尽量可以折叠伸缩，便携性强，采用电子天平测质量，利用公式计算的方式，这样大大提高了数据的准确度。
Description
技术领域
本发明涉及一种煤矿安全生产用检测工具，具体涉及一种用于煤矿井下便携式瓦斯解吸仪及其测试方法。
背景技术
煤层瓦斯含量和煤层瓦斯压力是煤层瓦斯重要的两个基本参数，在煤层突出危险性预测及进行瓦斯抽采效果检验等方面具有重要作用。尤其是在进行瓦斯压力测定过程中，由于煤层本身的地质条件、封孔的方式和效果等因素的影响，使得测定的数据与实际煤层瓦斯压力相差较大或者无法测得瓦斯压力的数据；因此，只能通过测定煤层瓦斯含量，利用煤层瓦斯压力和含量之间的关系进行反推，从而得到瓦斯压力的参数，因此，煤层瓦斯含量的测定至关重要。
在煤矿井下进行煤层瓦斯含量的测定过程中，瓦斯解吸仪是一个必不可少的仪器，其原理是：利用排水法来测定瓦斯解吸速率，煤样罐中的解吸出来的游离瓦斯气体置换出量筒中的水柱，通过读取单位时间内量筒中的水柱减少量（即为瓦斯解吸速率）。在进行读数过程存在以下五项问题：
1）现有的瓦斯解吸仪在井下使用时，采用悬挂式的方式，一般悬挂在钻场附近的煤壁或者岩壁的铁丝网上，壁面并不是平滑的，在悬挂时可能使解吸仪倚靠在壁面上，则会产生一定程度的倾斜，使得液面不平，从而影响读数准确性；
2）现有的瓦斯解吸仪在井下应用过程中，由于量筒长度较长，体积较大，从而不利于携带。
3）现有的瓦斯解吸仪在井下使用时，当瓦斯含量较大时，量筒中水的体积不足，而附近又无水源，无法及时对量筒中的水进行补充，从而影响测定结果。
4）现有的瓦斯解吸仪在井下使用时，瓦斯通过排水法进行置换量筒中的水，则量筒中的液面时刻在变化，观测者的观察位置需要随着改变，观测角度的多变性和自主性较大，并且需要观测人员每分钟进行观测液面并读数，操作频繁，读取过程中产生的误差次数则会增加，从而影响记录结果。
5）现有的瓦斯解吸仪在井下使用时，一般使用橡胶导管将瓦斯解析仪和煤样罐进行连接，橡胶导管长时间使用后，在瓦斯解析仪的进气口处由于自身质量和“软”的特性，容易产生弯折，不利于瓦斯的流通，从而影响数据的读取与记录。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的以上五项问题，提供一种方便操作、测试数据准确的用于煤矿井下便携式瓦斯解吸仪及其测试方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种用于煤矿井下便携式瓦斯解吸仪，包括折叠式三脚架、称重装置、解吸仪本体、储水瓶、煤样罐和抽气吸水装置；称重装置设置在折叠式三脚架顶部，称重装置上设有气泡水平仪，解吸仪本体设置在称重装置上，解吸仪本体下部通过排水管与储水瓶连接，解吸仪本体下部通过进气管与煤样罐连接，抽气吸水装置通过抽气管与解吸仪本体上部连接。
排水管上设有排水阀门，进气管上设有进气阀门，抽气管上设有抽气阀门。
称重装置包括呈长方体形状的箱体和设有箱体内上部的电子天平，箱体内设有向左抽拉的左抽屉和向右抽拉的右抽屉，电子天平顶部设有位于箱体上方的水平承台，气泡水平仪设置在水平承台侧部。
解吸仪本体包括呈圆柱形的底座、第一筒体和第二筒体，底座中部开设有顶部敞口的安装槽，第一筒体下端过盈装配在安装槽内，第二筒体滑动插设在第一筒体内，第一筒体上端口内壁设有与第一筒体外壁滑动密封配合的密封限位环，第一筒体上下通透，第二筒体底部敞口，第一筒体顶部设有第一手柄，底座底部中心处设有注水口，注水口通过胶塞封堵，底座内下部设有左L型通道和右L型通道，左L型通道和右L型通道的内端均开口朝上并与第一筒体内部连通，左L型通道的左端口通过第一管接头与排水管连接，右L型通道的右端口通过第二管接头与进气管连接，第二筒体上端侧部通过第三管接头与抽气管连接。
底座下表面与水平承台上表面接触，底座上表面开设有十字定位槽，水平承台上表面设有与十字定位槽对应定位配合的十字定位条。
抽气吸水装置包括气筒，气筒一端开设有抽气口，抽气口与抽气管通过快速接头连接，气筒内铰接有用于启封抽气口的薄片，气筒侧部在邻近抽气口处设有排气的单向阀，气筒内滑动设有活塞，活塞同轴线连接有推拉杆，推拉杆的外端伸出气筒另一端并连接有第二手柄。
一种用于煤矿井下便携式瓦斯解吸仪的测试方法，包括以下步骤：
（1）折叠式三脚架呈“品”字形打开并支撑在巷道底板上，通过旋转折叠式三脚架上的调节螺母，注视称重装置上的气泡水平仪，气泡水平仪内气泡调节到中间位置，这样就使得电子天平的水平承台处于水平状态；
（2）通过操作第一手柄将第二筒体从第一筒体内拉出，直到第二筒体的下端与第一筒体上端口内壁的密封限位环触碰时停止，然后拔出胶塞，将底座朝上，关闭抽气阀门，通过注水口向第一量筒和第二量筒内注满水，然后在注水口内拧上胶塞；
（3）将装满水的解吸仪本体放置在水平承台上，底座下表面与水平承台上表面通过十字定位槽和十字定位条实现对解吸仪本体的定位，防止解吸仪本体滑动；
（4）将箱体内隐藏的左抽屉和右抽屉分别向左和向右拉出，将储水瓶放在左抽屉内，煤样罐放在右抽屉内；
（5）将排水管一端连接到第一管接头上，排水管另一端伸入到储水瓶内，排水阀门关闭；将进气管一端连接到第二管接头上，进气阀门关闭，进气管另一端设置穿刺针头，将穿刺针头通过煤样罐罐盖上部的橡胶垫刺入煤样罐中；
（6）打开电子天平，待电子天平的显示屏的读数稳定之后，将该读数定为初始质量m0；
（7）打开进气阀门和排水阀门，开始计时，煤样罐中的瓦斯顺着进气管、右L型通道进入到第一筒体内，将第一筒体和第二筒体内的水通过排水管进入储水瓶中；从开始计时后每隔一分钟对电子天平的显示屏的读数进行记录，第1分钟的读数记录为m1，第2分钟的读数记录为m2，第3分钟的读数记录为m3，第n分钟的读数记录为mn，n为大于3的整数；
（8）直到第n+1分钟与第n分钟电子天平的读数保持相同时，完成测试，对记录的电子天平的质量读数进行计算：瓦斯解吸速率和瓦斯解吸量的换算过程中，利用公式m=ρv，m为电子天平的质量读数，ρ为水的密度，v为排水的体积，即瓦斯的解吸量；第1分钟的瓦斯解吸速率为c1，
；
以此类推，第n分钟的瓦斯解吸速率为cn , 
；
第1分钟时的瓦斯解吸量为V 1：
由此可计算得到第n分钟时的瓦斯解吸量为 V n ：
在步骤（7）的测试过程中，若煤层中瓦斯含量较大，将第一筒体和第二筒体中的水将要排完时，记录电子天平的显示屏的最后一个读数，马上关闭进气阀门，打开抽气阀门，以该读数按照步骤（8）中的计算方法计算出该读数下的瓦斯解吸量V a；
接着将将排水管伸至储水瓶底部，抽气管的一端通过快速接头与抽气口连接；一只手握气筒，另一只手持第二手柄，来回推拉推拉杆，使活塞在气筒内往复滑动，当活塞向远离抽气口方向移动时，抽气口的薄片被打开，第一筒体和第二筒体内的瓦斯气体被抽到气筒内，当活塞向接近抽气口方向移动时，抽气口的薄片被关闭，第一筒体和第二筒体内的瓦斯气体通过单向阀排出筒体；直到储水瓶中的水重新注满第一筒体和第二筒体后，关闭排气阀门，并将抽气吸水装置取下；待电子天平的显示屏读数稳定之后，将其再作为初始质量m0，重复步骤（7）和（8），计算出瓦斯解吸量V b；V a+ V b即为该煤样罐内的瓦斯解吸量。
采用上述技术方案，与现有技术相比，本发明通过在解吸仪本体与煤样罐、储水瓶之间分别通过进气管和排气管连通，其中进气管和排气管既具有韧性也具有一定的刚性，在进行调整后，可保持其状态不易发生变形，避免了现有的橡胶导管在长时间使用后，由于自身材质老化、质量和“软”的特性，在瓦斯解析仪的进气口处容易产生弯折，不利于瓦斯的流通，从而瓦斯解吸速率的测定。
本发明中解吸仪本体的第一筒体和第二筒体可实现折叠、伸缩来调节其高度，第一筒体和第二筒体上无需标注刻度，克服了现有的瓦斯解吸仪量筒的容量不足或筒身较长，不利于携带的不足。
本发明通过在解吸仪本体上部安装有排气管和排气阀门，当瓦斯含量大、解吸仪本体中水不足而又不能及时补充时，通过快速接头与气筒连接，打开排气阀门，将排水管伸至储水瓶瓶底，关闭进气管上的进气阀门，通过拉动推拉杆，使储水瓶内的水重新注入瓦斯解吸仪中。这样不用再取下解析仪本体向内部添加水的繁琐操作，这样也提高了测试数据的准确度。
本发明通过在解吸仪本体的底座下方放置称重装置，通过水平承台上部的十字定位条与底座下表面的十字定位槽进行匹配定位，避免解吸仪本体水平移动。
本发明通过在水平承台前侧安装有气泡水平仪，在称重装置底部设置折叠式三脚架；通过调节折叠式三脚架，并注视气泡水平仪，直至调至水平，避免了现有的在悬挂时产生一定程度的倾斜，使得液面不平，影响数据读取的现象发生。
本发明中的煤样罐中的煤样为现场取样存储到煤样罐内，马上采用本发明的瓦斯解析仪进行测试，减少没样中瓦斯的溢出。
本发明中的称重装置的箱体内设有左抽屉和右抽屉，不仅可以抽出放置储水瓶和煤样罐，而且在合上后可以放置空的储水瓶和煤样罐，还有抽气吸水装置和测试所使用的管路。
综上所述，本发明解决现有技术存在瓦斯解吸仪液面倾斜或者由于井下风速过大引起解吸仪不断晃动，瓦斯解吸仪观测角度随机性和自主性较大和读取数据较慢，瓦斯含量大使得瓦斯解析仪中水不足，而周围附近没有水源，导致的测定数据不全，测定过程科技水平低，人力操作大等问题。本发明不仅操作方便，各个部件尽量可以折叠伸缩，便携性强，采用电子天平测质量，利用公式计算的方式，这样大大提高了数据的准确度。
附图说明
图1是本发明的俯视示意图；
图2是水平承台的上表面的十字定位条的俯视图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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一部分实施例，而不是全部的实施例。
如图1和图2所示，本发明的一种用于煤矿井下便携式瓦斯解吸仪，包括折叠式三脚架1、称重装置、解吸仪本体、储水瓶2、煤样罐3和抽气吸水装置；称重装置设置在折叠式三脚架1顶部，称重装置上设有气泡水平仪4，解吸仪本体设置在称重装置上，解吸仪本体下部通过排水管5与储水瓶2连接，解吸仪本体下部通过进气管6与煤样罐3连接，抽气吸水装置通过抽气管7与解吸仪本体上部连接。
排水管5上设有排水阀门8，进气管6上设有进气阀门9，抽气管7上设有抽气阀门10。
称重装置包括呈长方体形状的箱体11和设有箱体11内上部的电子天平12，箱体11内设有向左抽拉的左抽屉13和向右抽拉的右抽屉14，电子天平12顶部设有位于箱体11上方的水平承台15，气泡水平仪4设置在水平承台15侧部。
解吸仪本体包括呈圆柱形的底座16、第一筒体17和第二筒体18，底座16中部开设有顶部敞口的安装槽，第一筒体17下端过盈装配在安装槽内，第二筒体18滑动插设在第一筒体17内，第一筒体17上端口内壁设有与第一筒体17外壁滑动密封配合的密封限位环20，第一筒体17上下通透，第二筒体18底部敞口，第一筒体17顶部设有第一手柄21，底座16底部中心处设有注水口，注水口通过胶塞22封堵，底座16内下部设有左L型通道23和右L型通道24，左L型通道23和右L型通道24的内端均开口朝上并与第一筒体17内部连通，左L型通道23的左端口通过第一管接头25与排水管5连接，右L型通道24的右端口通过第二管接头26与进气管6连接，第二筒体18上端侧部通过第三管接头27与抽气管7连接。
底座16下表面与水平承台15上表面接触，底座16上表面开设有十字定位槽，水平承台15上表面设有与十字定位槽对应定位配合的十字定位条28。
抽气吸水装置包括气筒29，气筒29一端开设有抽气口，抽气口与抽气管7通过快速接头19连接，气筒29内铰接有用于启封抽气口的薄片30，气筒29侧部在邻近抽气口处设有排气的单向阀31，气筒29内滑动设有活塞34，活塞34同轴线连接有推拉杆32，推拉杆32的外端伸出气筒29另一端并连接有第二手柄33。
本发明中的折叠式三脚架1、储水瓶2、煤样罐3和阀门、管接头均为现有成熟技术，具体结构不再赘述。
一种用于煤矿井下便携式瓦斯解吸仪的测试方法，包括以下步骤：
（1）折叠式三脚架1呈“品”字形打开并支撑在巷道底板上，通过旋转折叠式三脚架1上的调节螺母，注视称重装置上的气泡水平仪4，气泡水平仪4内气泡调节到中间位置，这样就使得电子天平12的水平承台15处于水平状态；
（2）通过操作第一手柄21将第二筒体18从第一筒体17内拉出，直到第二筒体18的下端与第一筒体17上端口内壁的密封限位环20触碰时停止，然后拔出胶塞22，将底座16朝上，关闭抽气阀门10，通过注水口向第一量筒和第二量筒内注满水，然后在注水口内拧上胶塞22；
（3）将装满水的解吸仪本体放置在水平承台15上，底座16下表面与水平承台15上表面通过十字定位槽和十字定位条28实现对解吸仪本体的定位，防止解吸仪本体滑动；
（4）将箱体11内隐藏的左抽屉13和右抽屉14分别向左和向右拉出，将储水瓶2放在左抽屉13内，煤样罐3放在右抽屉14内；
（5）将排水管5一端连接到第一管接头25上，排水管5另一端伸入到储水瓶2内，排水阀门8关闭；将进气管6一端连接到第二管接头26上，进气阀门9关闭，进气管6另一端设置穿刺针头，将穿刺针头通过煤样罐3罐盖上部的橡胶垫刺入煤样罐3中；
（6）打开电子天平12，待电子天平12的显示屏的读数稳定之后，将该读数定为初始质量m0；
（7）打开进气阀门9和排水阀门8，开始计时，煤样罐3中的瓦斯顺着进气管6、右L型通道24进入到第一筒体17内，将第一筒体17和第二筒体18内的水通过排水管5进入储水瓶2中；从开始计时后每隔一分钟对电子天平12的显示屏的读数进行记录，第1分钟的读数记录为m1，第2分钟的读数记录为m2，第3分钟的读数记录为m3，第n分钟的读数记录为mn，n为大于3的整数；
（8）直到第n+1分钟与第n分钟电子天平12的读数保持相同时，完成测试，对记录的电子天平12的质量读数进行计算：瓦斯解吸速率和瓦斯解吸量的换算过程中，利用公式m=ρv，m为电子天平12的质量读数，ρ为水的密度，v为排水的体积，即瓦斯的解吸量；第1分钟的瓦斯解吸速率为c1，
；
以此类推，第n分钟的瓦斯解吸速率为cn , 
；
第1分钟时的瓦斯解吸量为V 1：
由此可计算得到第n分钟时的瓦斯解吸量为 V n ：
在步骤（7）的测试过程中，若煤层中瓦斯含量较大，将第一筒体17和第二筒体18中的水将要排完时，记录电子天平12的显示屏的最后一个读数，马上关闭进气阀门9，打开抽气阀门10，以该读数按照步骤（8）中的计算方法计算出该读数下的瓦斯解吸量V a；
接着将将排水管5伸至储水瓶2底部，抽气管7的一端通过快速接头19与抽气口连接；一只手握气筒29，另一只手持第二手柄33，来回推拉推拉杆32，使活塞34在气筒29内往复滑动，当活塞34向远离抽气口方向移动时，抽气口的薄片30被打开，第一筒体17和第二筒体18内的瓦斯气体被抽到气筒29内，当活塞34向接近抽气口方向移动时，抽气口的薄片30被关闭，第一筒体17和第二筒体18内的瓦斯气体通过单向阀31排出筒体；直到储水瓶2中的水重新注满第一筒体17和第二筒体18后，关闭排气阀门，并将抽气吸水装置取下；待电子天平12的显示屏读数稳定之后，将其再作为初始质量m0，重复步骤（7）和（8），计算出瓦斯解吸量V b；V a+ V b即为该煤样罐3内的瓦斯解吸量。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种用于煤矿井下便携式瓦斯解吸仪，其特征在于：包括折叠式三脚架、称重装置、解吸仪本体、储水瓶、煤样罐和抽气吸水装置；称重装置设置在折叠式三脚架顶部，称重装置上设有气泡水平仪，解吸仪本体设置在称重装置上，解吸仪本体下部通过排水管与储水瓶连接，解吸仪本体下部通过进气管与煤样罐连接，抽气吸水装置通过抽气管与解吸仪本体上部连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于煤矿井下便携式瓦斯解吸仪，其特征在于：排水管上设有排水阀门，进气管上设有进气阀门，抽气管上设有抽气阀门。
3.根据权利要求2所述的一种用于煤矿井下便携式瓦斯解吸仪，其特征在于：称重装置包括呈长方体形状的箱体和设有箱体内上部的电子天平，箱体内设有向左抽拉的左抽屉和向右抽拉的右抽屉，电子天平顶部设有位于箱体上方的水平承台，气泡水平仪设置在水平承台侧部。
4.根据权利要求3所述的一种用于煤矿井下便携式瓦斯解吸仪，其特征在于：解吸仪本体包括呈圆柱形的底座、第一筒体和第二筒体，底座中部开设有顶部敞口的安装槽，第一筒体下端过盈装配在安装槽内，第二筒体滑动插设在第一筒体内，第一筒体上端口内壁设有与第一筒体外壁滑动密封配合的密封限位环，第一筒体上下通透，第二筒体底部敞口，第一筒体顶部设有第一手柄，底座底部中心处设有注水口，注水口通过胶塞封堵，底座内下部设有左L型通道和右L型通道，左L型通道和右L型通道的内端均开口朝上并与第一筒体内部连通，左L型通道的左端口通过第一管接头与排水管连接，右L型通道的右端口通过第二管接头与进气管连接，第二筒体上端侧部通过第三管接头与抽气管连接。
5.根据权利要求4所述的一种用于煤矿井下便携式瓦斯解吸仪，其特征在于：底座下表面与水平承台上表面接触，底座上表面开设有十字定位槽，水平承台上表面设有与十字定位槽对应定位配合的十字定位条。
6.根据权利要求5所述的一种用于煤矿井下便携式瓦斯解吸仪，其特征在于：抽气吸水装置包括气筒，气筒一端开设有抽气口，抽气口与抽气管通过快速接头连接，气筒内铰接有用于启封抽气口的薄片，气筒侧部在邻近抽气口处设有排气的单向阀，气筒内滑动设有活塞，活塞同轴线连接有推拉杆，推拉杆的外端伸出气筒另一端并连接有第二手柄。
7.采用如权利要求6所述的一种用于煤矿井下便携式瓦斯解吸仪的测试方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）折叠式三脚架呈“品”字形打开并支撑在巷道底板上，通过旋转折叠式三脚架上的调节螺母，注视称重装置上的气泡水平仪，气泡水平仪内气泡调节到中间位置，这样就使得电子天平的水平承台处于水平状态；
（2）通过操作第一手柄将第二筒体从第一筒体内拉出，直到第二筒体的下端与第一筒体上端口内壁的密封限位环触碰时停止，然后拔出胶塞，将底座朝上，关闭抽气阀门，通过注水口向第一量筒和第二量筒内注满水，然后在注水口内拧上胶塞；
（3）将装满水的解吸仪本体放置在水平承台上，底座下表面与水平承台上表面通过十字定位槽和十字定位条实现对解吸仪本体的定位，防止解吸仪本体滑动；
（4）将箱体内隐藏的左抽屉和右抽屉分别向左和向右拉出，将储水瓶放在左抽屉内，煤样罐放在右抽屉内；
（5）将排水管一端连接到第一管接头上，排水管另一端伸入到储水瓶内，排水阀门关闭；将进气管一端连接到第二管接头上，进气阀门关闭，进气管另一端设置穿刺针头，将穿刺针头通过煤样罐罐盖上部的橡胶垫刺入煤样罐中；
（6）打开电子天平，待电子天平的显示屏的读数稳定之后，将该读数定为初始质量m0；
（7）打开进气阀门和排水阀门，开始计时，煤样罐中的瓦斯顺着进气管、右L型通道进入到第一筒体内，将第一筒体和第二筒体内的水通过排水管进入储水瓶中；从开始计时后每隔一分钟对电子天平的显示屏的读数进行记录，第1分钟的读数记录为m1，第2分钟的读数记录为m2，第3分钟的读数记录为m3，第n分钟的读数记录为mn，n为大于3的整数；
（8）直到第n+1分钟与第n分钟电子天平的读数保持相同时，完成测试，对记录的电子天平的质量读数进行计算：瓦斯解吸速率和瓦斯解吸量的换算过程中，利用公式m=ρv，m为电子天平的质量读数，ρ为水的密度，v为排水的体积，即瓦斯的解吸量；第1分钟的瓦斯解吸速率为c1，
；
以此类推，第n分钟的瓦斯解吸速率为cn , 
；
第1分钟时的瓦斯解吸量为V 1：
由此可计算得到第n分钟时的瓦斯解吸量为 V n ：
8.根据权利要求7所述的一种用于煤矿井下便携式瓦斯解吸仪的测试方法，其特征在于：在步骤（7）的测试过程中，若煤层中瓦斯含量较大，将第一筒体和第二筒体中的水将要排完时，记录电子天平的显示屏的最后一个读数，马上关闭进气阀门，打开抽气阀门，以该读数按照步骤（8）中的计算方法计算出该读数下的瓦斯解吸量V a；
接着将将排水管伸至储水瓶底部，抽气管的一端通过快速接头与抽气口连接；一只手握气筒，另一只手持第二手柄，来回推拉推拉杆，使活塞在气筒内往复滑动，当活塞向远离抽气口方向移动时，抽气口的薄片被打开，第一筒体和第二筒体内的瓦斯气体被抽到气筒内，当活塞向接近抽气口方向移动时，抽气口的薄片被关闭，第一筒体和第二筒体内的瓦斯气体通过单向阀排出筒体；直到储水瓶中的水重新注满第一筒体和第二筒体后，关闭排气阀门，并将抽气吸水装置取下；待电子天平的显示屏读数稳定之后，将其再作为初始质量m0，重复步骤（7）和（8），计算出瓦斯解吸量V b；V a+ V b即为该煤样罐内的瓦斯解吸量。
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