CN113310631B - 一种煤层瓦斯含量快速测定方法及便携式装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤层瓦斯含量快速测定方法及便携式装置，包括计算机处理系统、解吸、加热、粉碎、数据传输等多功能可解吸煤样罐组成，将解吸量筒、感应秤数据传输到计算机处理系统中，瓦斯含量求解过程在计算机处理系统中完成，并且需要进行体积标定，根据第一次解吸试验求解了自然解吸瓦斯含量，利用法求解损失的瓦斯含量，利用多功能煤样罐自身可粉碎加热功能，求解了煤样粉碎前后解吸的瓦斯含量，利用公式求解了常压未解吸的瓦斯含量。本发明能有效实现井下一体化获取煤层瓦斯含量，为煤矿企业瓦斯防治提供重要保障。
Description
技术领域
本发明涉及瓦斯含量测定装置及测定相关技术领域，具体为一种煤层瓦斯含量快速测定方法及便携式装置。
背景技术
长期以来，瓦斯灾害一直困扰着我国煤矿，随着开采逐渐向深部发展，瓦斯灾害成灾机理更加复杂，而煤层瓦斯含量是及时应对与决策的重要基础数据之一，传统技术手段获取瓦斯含量周期长、操作复杂，难以及时掌握瓦斯含量赋存。
目前瓦斯含量已被《防治煤与瓦斯突出细则》列入突出预测指标之一，瓦斯含量整个测定装置又分为井下解吸装置和地面解吸装置，装置的便携性差，瓦斯含量获取受到取样过程、取样地点代表性与初始损失量等诸多因素影响，煤样送达实验室利用装置解吸又需要一段时间，最终煤层瓦斯含量获取存在严重的滞后性，进而区域预测等工作开展变得更加复杂，由此可见，目前常规技术手段无法准确快速掌握煤层瓦斯含量，因此，如何研发一种便携式煤层瓦斯含量快速测定装置及合理使用方法显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种结构简单、适应各类煤矿(大、中、小型煤矿)的煤层瓦斯含量快速测定方法及便携式装置，解决背景技术中提出的问题，克服现有技术的不足。
本发明通过采用如下技术方案克服以上技术问题，具体为：
一种种煤层瓦斯含量快速测定方法，包括以下步骤：
步骤一、打开便携式装置；将便携式装置放在平地打开并折叠展开，将装置中各线路和各结构按顺序进行连接，最后合上密封盖并检查气密性；
步骤二、取送煤样；钻孔施工后将取出的煤样通过进煤腔送至多功能可解吸煤样罐内，煤样腔侧壁的粉碎刀片可进行初步减小煤样粒度；
步骤三、第一次解吸瓦斯含量W1：在储水装置中存入水，此时利用水位传感器记录解吸量筒凹液面最低处的读数，将数据传输到外显示器，外显示器与解吸系统相连接记录此时为T1；随着煤样室煤样发生自然解吸，瓦斯进入导气管道，电磁阀上的瓦斯传感器感受到瓦斯气体，将管路打开，电磁阀与外显示器相连接，外显示器与解吸计算机处理系统相连，系统自动记录电磁阀开启时间为T2，相同间隔时间自动记录一次解吸量筒水位读数，最后数显压力表盘读数为0时，将此时解吸量筒水位对应读数传输到外显示器，再传输到解吸计算机处理系统中体积为Va，记录解吸过程中的气压P1和温度T；
步骤四、法求解损失的瓦斯含量W2；利用第一次解吸瓦斯含量W1结果，根据/>法求解损失的瓦斯含量W2，得到损失的瓦斯含量体积为Vb；
步骤五、第二次解吸瓦斯含量W3：将解吸量筒重新进行加水，打开真空泵进行第二次解吸，当解吸量筒中无气泡产生时，将此时解吸量筒读数记录下来为Vc，利用感应秤一称重为M；
步骤六、粉碎后解吸瓦斯含量W4；将解吸量筒重新进行加水，打开真空泵进行第二次解吸，打开高速旋转刀片与加热板，使之煤样解吸充分速度加快，当解吸量筒中无气泡产生时，将此时解吸量筒读数记录下来为Vd；
步骤七、常压不可解吸瓦斯含量W5；
步骤八、体积标定：
根据式2对Vb、Vc、Vd进行标定，则相应体积转化为Vb＇、Vc＇、Vd＇
(9)煤层瓦斯含量计算W：
各个阶段的计算均由解吸处理计算机系统进行处理，并将解吸曲线、计算结果展示在计算机显示屏中。
根据上述测定方法所需的一种煤层瓦斯含量快速测定便携式装置，包括：
可携带一体机结构；所述可携带一体机包括计算机处理系统和多功能可解吸煤样罐，其中计算机处理系统和多功能可解吸煤样罐彼此连接且可折叠，通过设置可折叠式，使得多功能可解吸煤样罐可收纳入计算机处理系统内，携带方便，所述计算机处理系统将多功能可解吸煤样罐数据进行分析整理，并依据第一次解吸数据和法求解损失的瓦斯含量。
作为本发明的进一步方案：所述计算机处理系统包括显示器和主机，在计算机处理系统一侧设置有键盘板，其中键盘板与主机连通且该键盘板与计算机处理系统直接为折叠结构，在主机外侧设置外置接口，该折叠结构能在使用时搭配键盘板和多功能可解吸煤样罐展开形成稳定支撑；携带时又可收纳方便。
作为本发明的进一步方案：所述多功能可解吸煤样罐的外部结构包括底座，在底座上端设置有罐身，在罐身顶端设置有密封盖用于密封多功能可解吸煤样罐的内部结构，在罐身右侧设置有提手，在罐身外侧设置外显示器且该外显示器与多功能可解吸煤样罐的内部结构连接。
作为本发明的进一步方案：所述多功能可解吸煤样罐的内部结构包括：
煤样室；所述煤样室为容腔结构，在煤样室一侧设置有进煤腔且该进煤腔与煤样室内部连通，在煤样室内底部设置有高速旋转刀片，该且高速旋转刀片上设置马达，为高速旋转刀片提供动力，该高速旋转刀片有两种功能，第一种功能为充分搅拌煤样，第二种功能为粉碎颗粒，让煤样粒度减小至解吸要求，下方布置的加热板用于升温可使解吸速度加快；
解吸装置；所述解吸装置位于煤样室上端右侧，该解吸装置包括储水装置，在储水装置上方设置解吸量筒且该解吸量筒倒扣放置，在储水装置和解吸量筒内蓄满液体，在储水装置一侧设置有量筒，该储水装置和量筒之间通过导气管二连通，在储水装置前端设置有导气管一且该导气管一插入储水装置并通入所述解吸量筒内，当有气体通入导气管一进去后所述解吸量筒的水将下降；
导气结构；所述导气结构包括进气管，所述进气管进气端连通煤样室，用于传输瓦斯气体，在进气管出气端通过设置三通分别连接有数显压力表和电磁阀门，所述电磁阀门的尾端连通导气管一，其中所述数显压力表监测煤样室瓦斯压力状况，压力传输线路连接所述外显示器，所述电磁阀门控制传输瓦斯气体管路(即导气管一)的闭合。
作为本发明的进一步方案：所述量筒底部设置感应秤二，在储水装置底部设置感应秤三，在解吸量筒处设置有水位传感器，设置对应的压力传感器线路以及水位传感器线路并与所述外显示器相连接用于传输数据。
作为本发明的进一步方案：在煤样室内的马达两侧设置有加热板且该加热板连接至煤样室壁面，在加热板下侧布置有感应秤一。
作为本发明的进一步方案：在进煤腔内的上下两侧上设置有侧壁粉碎刀片，该刀片设计有利于初步减小煤样颗粒，当进入煤样室时发生解吸速度会更快一些，在进煤腔与煤样室内壁连接处设置有密封闸。
作为本发明的进一步方案：在电磁阀门处设置有瓦斯压力传输线路与所述外显示器相连接用于传输数据，即电磁阀门布置有瓦斯传感器，达到设定阈值时电磁阀门闭合，通过电磁阀门的闭合与断开可控制整个导气管一的流通，并且根据电磁阀一闭合可以记录瓦斯气体流入时间与解吸过程完成的时间。
作为本发明的进一步方案：在导气管一前端设置有微型真空泵并通过设置电池通过动力。
作为本发明的进一步方案：述外显示器用于显示感应秤一、二和三的数据、还显示解吸量筒水位所在刻度读数，所述计算机处理系统与所述外显示器用传输线连接进行数据传输，其中所述感应秤一测量煤样重量，感应秤二测量排出水重量，感应秤三测量蓄水室重量。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明克服了煤层瓦斯含量获取较慢、工序繁琐的特点，旨在井下全部完成解吸的全过程，并取得瓦斯含量结果，进而指导安全生产工作；
本发明合理利用装置空间，研发可折叠结构用于放置计算机处理系统、多功能可解吸煤样罐，并将煤样罐内部进行突破改造，使之成为独立具有储存煤样和解吸一体的多功能煤样罐。
本发明煤样罐室可以进行加热、搅拌、粉碎等功能，极大增快了解吸过程，并且计算结果可直接传输到计算机解吸系统中，使之计算结果准确。
多功能煤样罐可以进行拆卸，而煤样室可独立进行密闭，若多功能煤样罐发生线路短路、系统故障仍可单独作为煤样罐使用常规方法进行解吸。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明便携式可折叠结构示意图；
图2是本发明便携式可折叠结构俯视示意图；
图3是本发明多功能煤样罐内部结构示意图。
图中：1、显示器，2、键盘板，3、系统主机，4、外置接口，5、密封盖，6、电磁阀门，7、外显示器，8、瓦斯压力传输线路，9、三通，10、进气管，11、加热板，12、高速旋转刀片，13、马达，14、底座，15、感应秤一，16、密封闸，17、侧壁粉碎刀片，18、进煤腔，19、感应秤二，20、提手，21、量筒，22、压力传输线路1，23、储水装置，24、解吸量筒，25、电池，26、微型真空泵，27、水位传感器传输线路，28、计算机处理系统，29、多功能解吸煤样罐，30、导气管一，31、导气管二，32、感应秤三。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以多种不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
另外，本发明中的元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
请参阅图1～3，本发明实施例中，一种煤层瓦斯含量快速测定方法，包括以下步骤：
步骤一、打开便携式装置；将便携式装置放在平地打开并折叠展开，将装置中各线路和各结构按顺序进行连接，最后合上密封盖并检查气密性；
步骤二、取送煤样；钻孔施工后将取出的煤样通过进煤腔送至多功能可解吸煤样罐内，煤样腔侧壁的粉碎刀片可进行初步减小煤样粒度；
步骤三、第一次解吸瓦斯含量W1：在储水装置中存入水，此时利用水位传感器记录解吸量筒凹液面最低处的读数，将数据传输到外显示器，外显示器与解吸系统相连接记录此时为T1；随着煤样室煤样发生自然解吸，瓦斯进入导气管道，电磁阀上的瓦斯传感器感受到瓦斯气体，将管路打开，电磁阀与外显示器相连接，外显示器与解吸计算机处理系统相连，系统自动记录电磁阀开启时间为T2，相同间隔时间自动记录一次解吸量筒水位读数，最后数显压力表盘读数为0时，将此时解吸量筒水位对应读数传输到外显示器，再传输到解吸计算机处理系统中体积为Va，记录解吸过程中的气压P1和温度T；
步骤四、法求解损失的瓦斯含量W2；利用第一次解吸瓦斯含量W1结果，根据/>法求解损失的瓦斯含量W2，得到损失的瓦斯含量体积为Vb；
步骤五、第二次解吸瓦斯含量W3：将解吸量筒重新进行加水，打开真空泵进行第二次解吸，当解吸量筒中无气泡产生时，将此时解吸量筒读数记录下来为Vc，利用感应秤一称重为M；
步骤六、粉碎后解吸瓦斯含量W4；将解吸量筒重新进行加水，打开真空泵进行第二次解吸，打开高速旋转刀片与加热板，使之煤样解吸充分速度加快，当解吸量筒中无气泡产生时，将此时解吸量筒读数记录下来为Vd；
步骤七、常压不可解吸瓦斯含量W5；
步骤八、体积标定：
根据式2对Vb、Vc、Vd进行标定，则相应体积转化为Vb＇、Vc＇、Vd＇
(9)煤层瓦斯含量计算W：
各个阶段的计算均由解吸处理计算机系统进行处理，并将解吸曲线、计算结果展示在计算机显示屏中。
根据上述测定方法所需的一种煤层瓦斯含量快速测定便携式装置，包括：
可携带一体机结构；所述可携带一体机包括计算机处理系统28和多功能可解吸煤样罐29，其中计算机处理系统和多功能可解吸煤样罐彼此连接且可折叠，使得多功能可解吸煤样罐29可收纳入计算机处理系统28内，携带方便，所述计算机处理系统28将多功能可解吸煤样罐29数据进行分析整理，并依据第一次解吸数据和法求解损失的瓦斯含量。
其中所述计算机处理系统28包括显示器1和主机3，在计算机处理系统一侧设置有键盘板2，其中键盘板2与主机3连通且该键盘板2与计算机处理系统直接为折叠结构，在主机3外侧设置外置接口4，，该折叠结构能在使用时搭配键盘板2和多功能可解吸煤样罐29展开形成稳定支撑；携带时又可收纳方便。
该多功能可解吸煤样罐29的外部结构包括底座14，在底座上端设置有罐身，在罐身顶端设置有密封盖5用于密封多功能可解吸煤样罐的内部结构，在罐身右侧设置有提手20，在罐身外侧设置外显示器7且该外显示器7与可解吸煤样罐29的内部结构连接。
该多功能可解吸煤样罐的内部结构包括：
煤样室；所述煤样室为容腔结构，在煤样室一侧设置有进煤腔18且该进煤腔18与煤样室内部连通，在煤样室内底部设置有高速旋转刀片12，该且高速旋转刀片12上设置马达13，为高速旋转刀片12提供动力；该高速旋转刀片12有两种功能，第一种功能为充分搅拌煤样，第二种功能为粉碎颗粒，让煤样粒度减小至解吸要求，下方布置的加热板11用于升温可使解吸速度加快；在煤样室内的马达13两侧设置有加热板11且该加热板11连接至煤样室壁面，在加热板11下侧布置有感应秤一15；在进煤腔18内的上下两侧上设置有侧壁粉碎刀片17，该刀片设计有利于初步减小煤样颗粒，当进入煤样室时发生解吸速度会更快一些，在进煤腔18与煤样室内壁连接处设置有密封闸16。
解吸装置；所述解吸装置位于煤样室上端右侧，该解吸装置包括储水装置23，在储水装置23上方设置解吸量筒24且该解吸量筒24倒扣放置，在储水装置23和解吸量筒24内蓄满液体，在储水装置23一侧设置有量筒21，该储水装置23和量筒21之间通过导气管二31连通，在储水装置23前端设置有导气管一30且该导气管一30插入储水装置23并通入所述解吸量筒24内，当有气体通入导气管一30进去后所述解吸量筒24的水将下降；所述量筒21底部设置感应秤二19，在储水装置23底部设置感应秤三32，在解吸量筒24处设置有水位传感器，设置对应的压力传感器线路22以及水位传感器线路27并与所述外显示器7相连接用于传输数据。
导气结构；所述导气结构包括进气管10，所述进气管10进气端连通煤样室，在进气管10出气端通过设置三通9分别连接有数显压力表和电磁阀门6，所述电磁阀门6的尾端连通导气管一30，在导气管一30前端设置有微型真空泵26并通过设置电池25通过动力，其中所述数显压力表监测煤样室瓦斯压力状况，压力传输线路连接所述外显示器7，所述电磁阀门6控制传输瓦斯气体管路即导气管一30的闭合；在电磁阀门6处设置有瓦斯压力传输线路8与所述外显示器7相连接用于传输数据，即电磁阀门6布置有瓦斯传感器，达到设定阈值时电磁阀门6闭合，通过电磁阀门6的闭合与断开可控制整个导气管一30的流通，并且根据电磁阀门6闭合可以记录瓦斯气体流入时间与解吸过程完成的时间。
该外显示器7用于显示感应秤一15、感应秤二19和感应秤三32的数据、还显示解吸量筒24水位所在刻度读数，所述计算机处理系统28与所述外显示器7用传输线连接进行数据传输，其中所述感应秤一15测量煤样重量，感应秤二19测量排出水重量，感应秤三32测量蓄水室重量。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，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)
1.一种煤层瓦斯含量快速测定方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、打开便携式装置；将便携式装置放在平地打开并折叠展开，将装置中各线路和各结构按顺序进行连接，最后合上密封盖并检查气密性；
步骤二、取送煤样；钻孔施工后将取出的煤样通过进煤腔送至多功能可解吸煤样罐内，煤样腔侧壁的粉碎刀片进行初步减小煤样粒度；
步骤三、第一次解吸瓦斯含量W1：在储水装置中存入水，此时利用水位传感器记录解吸量筒凹液面最低处的读数，将数据传输到外显示器，外显示器与解吸系统相连接记录此时为T1；随着煤样室煤样发生自然解吸，瓦斯进入导气管道，电磁阀上的瓦斯传感器感受到瓦斯气体，将管路打开，电磁阀与外显示器相连接，外显示器与解吸计算机处理系统相连，系统自动记录电磁阀开启时间为T2，相同间隔时间自动记录一次解吸量筒水位读数，最后数显压力表盘读数为0时，将此时解吸量筒水位对应读数传输到外显示器，再传输到解吸计算机处理系统中体积为Va，记录解吸过程中的气压P1和温度T；
步骤四、法求解损失的瓦斯含量W2；利用第一次解吸瓦斯含量W1结果，根据/>法求解损失的瓦斯含量W2，得到损失的瓦斯含量体积为Vb；
步骤五、第二次解吸瓦斯含量W3：将解吸量筒重新进行加水，打开真空泵进行第二次解吸，当解吸量筒中无气泡产生时，将此时解吸量筒读数记录下来为Vc，利用感应秤一称重为M；
步骤六、粉碎后解吸瓦斯含量W4；将解吸量筒重新进行加水，打开真空泵进行第二次解吸，打开高速旋转刀片与加热板，使之煤样解吸充分速度加快，当解吸量筒中无气泡产生时，将此时解吸量筒读数记录下来为Vd；
步骤七、常压不可解吸瓦斯含量W5；
步骤八、体积标定：
根据式2对Vb、Vc、Vd进行标定，则相应体积转化为Vb＇、Vc＇、Vd＇
(9)煤层瓦斯含量计算W：
各个阶段的计算均由解吸处理计算机系统进行处理，并将解吸曲线、计算结果展示在计算机显示屏中。
2.根据权利要求1所述测定方法所需的一种煤层瓦斯含量快速测定便携式装置，其特征在于包括：
可携带一体机结构；所述可携带一体机包括计算机处理系统(28)和多功能可解吸煤样罐(29)，其中计算机处理系统和多功能可解吸煤样罐彼此连接且可折叠。
3.根据权利要求2所述的煤层瓦斯含量快速测定便携式装置，其特征在于：所述计算机处理系统(28)包括显示器(1)和主机(3)，在计算机处理系统一侧设置有键盘板(2)，其中键盘板(2)与主机(3)连通且该键盘板(2)与计算机处理系统直接为折叠结构，在主机(3)外侧设置外置接口(4)。
4.根据权利要求2所述的煤层瓦斯含量快速测定便携式装置，其特征在于：所述多功能可解吸煤样罐(29)的外部结构包括底座(14)，在底座上端设置有罐身，在罐身顶端设置有密封盖(5)用于密封多功能可解吸煤样罐的内部结构，在罐身右侧设置有提手(20)，在罐身外侧设置外显示器(7)且该外显示器(7)与多功能可解吸煤样罐的内部结构连接。
5.根据权利要求2所述的煤层瓦斯含量快速测定便携式装置，其特征在于所述多功能可解吸煤样罐的内部结构包括：
煤样室；所述煤样室为容腔结构，在煤样室一侧设置有进煤腔(18)且该进煤腔(18)与煤样室内部连通，在煤样室内底部设置有高速旋转刀片(12)，且该高速旋转刀片(12)上设置马达(13)，为高速旋转刀片(12)提供动力；
解吸装置；所述解吸装置位于煤样室上端右侧，该解吸装置包括储水装置(23)，在储水装置(23)上方设置解吸量筒(24)且该解吸量筒(24)倒扣放置，在储水装置(23)和解吸量筒(24)内蓄满液体，在储水装置(23)一侧设置有量筒(21)，该储水装置(23)和量筒(21)之间通过导气管二(31)连通，在储水装置(23)前端设置有导气管一(30)且该导气管一(30)插入储水装置(23)并通入所述解吸量筒(24)内；
导气结构；所述导气结构包括进气管(10)，所述进气管(10)进气端连通煤样室，在进气管(10)出气端通过设置三通(9)分别连接有数显压力表和电磁阀门(6)，所述电磁阀门(6)的尾端连通导气管一(30)。
6.根据权利要求5所述的煤层瓦斯含量快速测定便携式装置，其特征在于：所述量筒(21)底部设置感应秤二(19)，在储水装置(23)底部设置感应秤三(32)，在解吸量筒(24)处设置有水位传感器，设置对应的压力传感器线路(22)以及水位传感器线路(27)并与所述外显示器(7)相连接用于传输数据。
7.根据权利要求5所述的煤层瓦斯含量快速测定便携式装置，其特征在于：在煤样室内的马达(13)两侧设置有加热板(11)且该加热板(11)连接至煤样室壁面，在加热板(11)下侧布置有感应秤一(15)。
8.根据权利要求5所述的煤层瓦斯含量快速测定便携式装置，其特征在于：在进煤腔(18)内的上下两侧上设置有侧壁粉碎刀片(17)，在进煤腔(18)与煤样室内壁连接处设置有密封闸(16)。
9.根据权利要求5所述的煤层瓦斯含量快速测定便携式装置，其特征在于：在电磁阀门(6)处设置有瓦斯压力传输线路(8)与所述外显示器(7)相连接用于传输数据。
10.根据权利要求5所述的煤层瓦斯含量快速测定便携式装置，其特征在于：在导气管一(30)前端设置有微型真空泵(26)并通过设置电池(25)提供动力。
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