CN114894659B - 负压精密可调-测试负压取芯环境下瓦斯解吸量的方法 - Google Patents
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Abstract
负压精密可调‑测试负压取芯环境下瓦斯解吸量的方法，具体包括以下步骤：（一）、在井下采煤现场组装一种充气联动测试不同负压取芯环境瓦斯解吸量的装置，其包括移动架、煤样过滤系统、煤样罐、负压调节系统和充气系统；（二）、将负压调节系统的负压发生室内排空；（三）、将煤样抽入煤样罐中；（四）、使负压发生室内形成与煤样罐内相同的负压；（五）、计算该负压条件下不同时刻累积瓦斯解吸量；（六）、测试结束；（七）、绘制累积瓦斯解吸量关于时间的散点曲线；（八）、调节负压发生室的负压值，重新做另一组瓦斯解吸测试实验。本发明能准确测试负压取芯环境下瓦斯解吸量，不需要电控制、不含电器设备，煤样解吸所需的负压值能精密调节。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿安全技术领域，具体地说，涉及一种负压精密可调-测试负压取芯环境下瓦斯解吸量的方法。
背景技术
煤与瓦斯突出是我国煤矿瓦斯防治的重中之中，煤层瓦斯含量与煤层突出危险性鉴定、煤层抽采效果评价、煤层突出危险性区域预测及区域防突措施效果检验紧密相关。因此，煤层瓦斯含量测定结果的可靠性、准确性至关重要。
直接测定法测定煤层瓦斯含量需要获得损失瓦斯量、解吸瓦斯量（井下瓦斯解吸量及井上瓦斯解吸量）及残存瓦斯量，井下瓦斯解吸量、井上瓦斯解吸量及残存瓦斯量均可通过实验获得，损失瓦斯量通过井下瓦斯解吸量的反演得到。因此，井下瓦斯解吸量测定的准确性与损失瓦斯量反演的准确性紧密相关。负压引射取芯是井下煤层取芯的一种经典方法，负压引射取芯所获得的煤样在负压引射取芯系统及煤样罐中均为负压环境，作业人员通常将煤样罐中的煤样在大气压的环境下进行瓦斯解吸获得井下瓦斯解吸量，然而煤样的解吸环境发生了从负压向大气压的突变，基于大气压环境下的井下瓦斯解吸量反演负压解吸环境的损失瓦斯量，其造成损失瓦斯量的失真及煤层瓦斯含量测定的不准确。
河南理工大学硕士-张洪良的毕业论文为《负压环境煤的瓦斯解吸规律研究》，该论文公开了一套负压环境瓦斯解吸测定装置，负压是影响瓦斯解吸的一个关键因素，因此负压值的精确性非常重要。论文中所用到的装置通过施加配重产生负压，然而配重的质量大小不一，不能连续地精确地控制负压值。负压值控制不精确，导致瓦斯解吸量测试不准确，瓦斯解吸量测试不准确导致损失瓦斯量推算不准确，最终导致煤层中瓦斯含量测试不准确。
中国专利ZL 201610014944.3 公开了一种煤样瓦斯负压解吸实验系统，该系统通过人机交互平台及伺服电机控制负压值，但是该实验系统是基于实验室测试而建立的，不能用于现场测试，需要先使煤样吸附瓦斯，再进行负压解吸测试，真实性较差。原因如下：（1）负压引射取样完毕时，煤样罐内为负压环境，而其装置实际是借助于负压压力控制模块中的负压环境，使煤样罐中压力从常压环境向负压环境转变。引射取样或者负压取样过程中煤样罐内均为负压环境，因此其装置中的煤样解吸环境与井下引射取样或者负压取样的过程不符合；（2）其实验系统中的负压压力控制模块、电磁阀、电脑均通过电控制，煤矿井下使用电器设备时，均需要满足国家的相关标准，且使用非常不便；（3）井下使用地点不同时，均需要重新组装、接电。
发明内容
本发明的目的是提供一种负压精密可调-测试负压取芯环境下瓦斯解吸量的方法，本发明能保证煤样在某一恒定负压条件下完成瓦斯解吸，准确测试负压取芯环境下瓦斯解吸量，不需要电控制、不含电器设备，提高了作业环境的安全系数，煤样解吸所需的负压值能精密调节。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
负压精密可调-测试负压取芯环境下瓦斯解吸量的方法，具体包括以下步骤：
（一）、在井下采煤现场组装一种充气联动测试不同负压取芯环境瓦斯解吸量的装置，一种充气联动测试不同负压取芯环境瓦斯解吸量的装置包括移动架、煤样过滤系统、煤样罐、负压调节系统和充气系统，移动架的底部四周安装有滚动支撑在地面上并可折叠收纳的滚轮，煤样罐、负压调节系统和充气系统均设置在移动架上，煤样过滤系统的煤样进口与钻杆的外端连接，煤样过滤系统的煤样出口与煤样罐的煤样进口连接，煤样罐的煤样出口与负压引射系统的负压抽吸口连接，煤样罐与负压调节系统的负压发生室通过第一气体管路连接，负压调节系统的负压调节室与充气系统通过第二气体管路连接；
（二）、将负压调节系统的负压发生室内空气排净；
（三）、通过负压引射系统将煤样经煤样过滤系统过滤后抽入煤样罐中，使煤样罐内装满煤样并处于负压环境，负压值记为p 0；
（四）、通过充气系统向负压调节系统的负压调节室内充气，使负压调节系统的负压发生室内形成与煤样罐内相同的负压环境，负压值记为p 0；
（五）、将煤样罐与负压调节系统的负压发生室连通，通过充气系统不断向负压调节系统的负压调节室内充气，控制负压调节系统的负压发生室内负压保持稳定，煤样罐中的煤样在负压值为p 0条件下解吸，计算获取负压值为p 0条件下不同时刻t n0累积瓦斯解吸量Q n0；
（六）、负压值为p 0条件下的瓦斯解吸测试结束后，充气系统停止充气，并将负压调节系统的负压发生室和负压调节室与外界大气连通；
（七）、采用Origin做图软件即可绘制出负压值为p 0条件下累积瓦斯解吸量Q n0关于时间t n0的散点曲线；
（八）、将煤样罐内解吸完毕的煤样清理出去，重复步骤（二）～（七），向煤样罐内抽入新的煤样，煤样罐内负压值记为p n，通过充气系统使负压调节系统的负压发生室内负压值调节为p n并保持恒定，计算获取负压值为p n条件下不同时刻t nn累积瓦斯解吸量Q nn，并绘制出负压值为p n条件下累积瓦斯解吸量Q nn关于时间t nn的散点曲线。
煤样过滤系统包括过滤箱和大块煤样桶，过滤箱固定连接在大块煤样桶的前侧壁上侧部，过滤箱内中部设置有前高后低的滤网板，过滤箱的后侧板中部开设有位于滤网板上方的出样口，大块煤样桶的前侧壁上侧部开设有与出样口前后对应的大块煤进料口，出样口和大块煤进料口的下侧边与滤网板的后侧边平齐，过滤箱的左侧板上侧部连接有位于滤网板上方的煤样进管，过滤箱的右侧板下侧部连接有位于滤网板下方的煤样出管，煤样进管的另一端与钻杆的外端连接，煤样罐的顶部安装有上盖，上盖的左侧部设有煤样抽入口，上盖的右侧部设有煤样抽出口，上盖的顶部中心设有第一气体接口，煤样出管的另一端与煤样抽入口连接，煤样抽出口通过煤样抽吸管与负压引射系统的负压抽吸口连接，煤样出管上设置有第一阀门，煤样抽吸管上设置有第二阀门，滤网板的网孔直径小于煤样进管的内径，出样口和大块煤进料口的尺寸均大于煤样进管的内径。
负压调节系统包括负压单元筒体、负压单元活塞、负压单元导杆、气调单元筒体、气调单元活塞和气调单元导杆，负压单元筒体、负压单元活塞、负压单元导杆、气调单元筒体、气调单元活塞和气调单元导杆的中心线重合且竖向设置，负压单元筒体的顶部敞口，负压单元筒体的上端外圆周螺纹安装有密封盖，负压单元筒体的上端边嵌设有与密封盖的内顶面紧压接触的第一O型密封圈，密封盖的顶部中心设有第二气体接口，第一气体管路的两端分别连接第一气体接口和第二气体接口，第一气体管路上自第一气体接口向第二气体接口的方向依次设置有第一精密负压表、第三阀门、两通、第四阀门、第二精密负压表和第一排气管路，第一排气管路上设置有第五阀门，负压单元活塞密封滑动设置在负压单元筒体内，负压调节系统的负压发生室为负压单元活塞上侧的负压单元筒体内腔，负压单元活塞的外圆周与负压单元筒体内壁密封滑动接触，负压单元活塞的外圆周上固定套装嵌设有两个上下间隔设置的第二O型密封圈，第二O型密封圈的外圆与负压单元筒体内壁密封滑动接触，负压单元导杆滑动设置在负压单元筒体内，负压单元导杆的上端螺纹固定连接在负压单元活塞的底部中心，负压单元导杆竖直贯穿密封滑动连接在负压单元筒体的底板中心，负压单元筒体的底板内中部固定嵌设有两个上下间隔设置的第三O型密封圈，负压单元导杆竖直穿过两个第三O型密封圈并与两个第三O型密封圈的内圆滑动密封接触，负压单元筒体的右侧壁下侧部连接有位于负压单元活塞下方的第二排气管路，第二排气管路上设置有第六阀门，气调单元筒体的底部敞口，气调单元筒体的顶部中部开设有上侧敞口的螺纹盲孔，负压单元筒体的下端部匹配螺纹连接在螺纹盲孔中，负压单元筒体的底板下表面与螺纹盲孔的孔底紧压密封接触，负压单元筒体的底板下表面上同中心固定嵌设有与螺纹盲孔的孔底紧压接触的第四O型密封圈，负压单元筒体的外侧壁中部固定连接在移动架的顶部中心，负压单元导杆竖直贯穿密封滑动连接在气调单元筒体的顶板中心，负压单元导杆的下端伸入到气调单元筒体内，气调单元筒体的顶板内中部固定嵌设有第五O型密封圈，负压单元导杆竖直穿过第五O型密封圈并与第五O型密封圈的内圆滑动密封接触，气调单元活塞密封滑动设置在气调单元筒体内，负压调节系统的负压发生室为气调单元活塞上侧的气调单元筒体内腔，气调单元活塞的外圆周与气调单元筒体内壁密封滑动接触，气调单元活塞的外圆周上固定套装嵌设有两个上下间隔设置的第六O型密封圈，第六O型密封圈的外圆与气调单元筒体内壁密封滑动接触，负压单元导杆的下端螺纹固定连接在气调单元活塞的顶部中心，气调单元导杆设置在气调单元活塞的正下方，气调单元导杆的上端螺纹固定连接在气调单元活塞的底部中心，气调单元导杆的下端伸出气调单元筒体的下端口，气调单元筒体的顶板右侧部设有第三气体接口，气调单元导杆上沿竖向设置有刻度，零刻度值位于气调单元导杆的下端，初始时气调单元活塞和气调单元筒体的内顶面之间的距离不小于负压单元活塞和密封盖的内顶面之间的距离，移动架的下侧部设置有位于气调单元筒体前下方并推动气调单元导杆向上移动的上推装置。
上推装置包括脚踏板、两个顶压弹簧、上推支板、上推导杆、导筒、两个第一定滑轮、两个第二定滑轮和两根提拉钢丝绳，脚踏板前低后高倾斜设置在气调单元筒体的前下方，脚踏板的下侧边通过铰接座铰接在移动架的前下部，两个顶压弹簧左右间隔且均前高后低倾斜设置在脚踏板的后侧，两根顶压弹簧的两端分别固定连接在脚踏板的后侧面上侧部和移动架上，上推支板水平设置在气调单元导杆的正下方，上推支板的上表面与气调单元导杆的下端接触，上推导杆和导筒均竖向设置在上推支板的正下方，上推导杆的上端固定连接在上推支板的下表面中部，导筒的外圆周通过第一支架固定连接在移动架上，上推导杆同中心贯穿滑动连接在导筒中，上推支板的左侧和右侧均设置有固定连接在移动架上的第二支架，两个第一定滑轮分别对应转动连接在两个第二支架的顶部且位于上推支板的上方左侧和右侧，两个第一定滑轮的正前下方均设置有一个固定连接在移动架上的第三支架，两个第二定滑轮分别对应转动连接在两个第三支架的顶部，第二定滑轮的高度低于第一定滑轮的高度，两个第一定滑轮和两个第二定滑轮的转轴均沿左右方向水平设置，两根提拉钢丝绳左右对称设置且均沿前后方向设置，左侧的提拉钢丝绳的前端固定连接在脚踏板的上侧边左侧部，左侧的提拉钢丝绳再向后延伸依次绕在左侧的第二定滑轮的上侧部和左侧的第一定滑轮的上侧部，左侧的提拉钢丝绳绕过左侧的第一定滑轮的上侧部后再垂直向下延伸，左侧的提拉钢丝绳的下端固定连接在上推支板的上表面左侧中部，右侧的提拉钢丝绳的前端固定连接在脚踏板的上侧边右侧部，右侧的提拉钢丝绳再向后延伸依次绕在右侧的第二定滑轮的上侧部和右侧的第一定滑轮的上侧部，右侧的提拉钢丝绳绕过右侧的第一定滑轮的上侧部后再垂直向下延伸，右侧的提拉钢丝绳的下端固定连接在上推支板的上表面右侧中部。
充气系统包括高压氮气瓶，第二气体管路的两端分别连接高压氮气瓶的出气口和第三气体接口，第二气体管路上沿气体流动方向依次设置有氮气调压阀、第一精密压力表、第七阀门、第二精密压力表和第三排气管路，第三排气管路上设置有第八阀门。
步骤（二）具体为：初始时第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门、第七阀门和第八阀门均处于关闭状态，打开第五阀门、第六阀门和第八阀门，然后，作业人员用脚踩下脚踏板，使脚踏板向后下翻转，则脚踏板向下拉动两根提拉钢丝绳的前端，进而使两根提拉钢丝绳的后端向上提起上推支板，使上推支板向上移动，进而上推支板推动气调单元导杆向上移动，上推导杆在导筒中滑动起到导向作用，气调单元导杆便推动气调单元活塞向上移动，气调单元活塞向上移动压缩其上侧的气调单元筒体内的空气，使气调单元活塞上侧的气调单元筒体内的空气经第三气体接口、第二气体管路和第三排气管路排出，同时气调单元活塞带动负压单元导杆向上移动，负压单元导杆便推动负压单元活塞向上移动，则负压单元活塞下侧的负压单元筒体内腔变为负压，从而外界空气便通过第二排气管路被吸入到负压单元活塞下侧的负压单元筒体内腔中，使负压单元活塞下侧的负压单元筒体内腔与外界大气压平衡，负压单元活塞向上移动压缩其上侧的负压单元筒体内的空气，使负压单元活塞上侧的负压单元筒体内的空气经第二气体接口、第一气体管路和第一排气管路排出，直至负压单元活塞向上移动至不可移动为止，即负压单元活塞的上表面与密封盖的内顶面紧密接触为止，如此便可将负压单元活塞上侧的负压单元筒体内的空气排净，然后，松开脚踏板，则脚踏板在顶压弹簧的复位作用下向前上翻转复位，而上推支板和上推导杆在重力作用下向下移动回复到初始位置，上推支板与气调单元导杆分离，关闭第五阀门和第八阀门，并记录此时气调单元导杆上与气调单元筒体的下端口所对应的刻度值h 0。
步骤（三）具体为：打开第一阀门和第二阀门，启动负压引射系统，负压引射系统将钻头钻进过程中剥落的煤通过钻杆抽出，则煤块经煤样进管进入到过滤箱内上侧部，煤块掉到过滤网板上进行过滤，大块煤在过滤箱中沿着过滤网板直接向下滚并经出样口和大块煤进料口掉进大块煤样桶中，而小块煤及煤粉向下通过过滤网板的网孔掉到过滤箱内下侧部后再通过煤样出管输出，小块煤及煤粉沿着煤样出管被抽入到煤样罐中，当煤样罐内装满小块煤及煤粉后，关闭第一阀门、第二阀门和负压引射系统，则煤样罐内的小块煤及煤粉便作为待测试的煤样，此时煤样罐内煤样处于负压环境，记录第一精密负压表的负压值为p 0。
步骤（四）具体为：打开第四阀门和高压氮气瓶顶部的总阀门，调节氮气调压阀，使氮气调压阀的出口产生恒定的出口压力，打开第七阀门，则高压氮气瓶中的氮气经氮气调压阀调压后通过第二气体管路充入气调单元筒体内，则气调单元筒体内气体压力增大，气调单元筒体内的气体便推动气调单元活塞向下移动，气调单元活塞带动负压单元导杆向下移动，负压单元导杆带动负压单元活塞向下移动，则负压单元活塞向下移动压缩其下侧的负压单元筒体内的空气，使负压单元活塞下侧的负压单元筒体内的空气通过第二排气管路排出，同时负压单元活塞上侧的负压单元筒体内腔形成负压环境，观察第二精密负压表的负压值，并微调氮气调压阀，直至使负压单元活塞上侧的负压单元筒体内腔产生与煤样罐内相同的负压环境，即第二精密负压表的负压值调为p 0，并记录此时第二精密压力表的压力值为P 0，则停止微调氮气调压阀，氮气调压阀的出口压力同样为P 0并恒定，即第一精密压力表的压力值也为P 0，此时煤样罐内的负压与负压单元活塞上侧的负压单元筒体内腔的负压相同，负压单元活塞和气调单元活塞受力平衡，气调单元活塞和负压单元活塞均停止移动。
步骤（五）具体为：打开第三阀门，则煤样罐与负压单元活塞上侧的负压单元筒体内腔通过第一气体管路连通，煤样罐内的煤样在负压值为p 0条件下不断解吸瓦斯，则解吸的瓦斯便通过第一气体管路进入负压单元活塞上侧的负压单元筒体内腔中，那么负压单元活塞上侧的负压单元筒体内腔的压力增大，负压变小，负压单元活塞上侧的负压单元筒体内腔的负压形成向上的吸力小于气调单元筒体内的正压形成向下的推力，负压单元活塞和气调单元活塞受力失去平衡，由于氮气调压阀的出口压力恒定为P 0，则高压氮气瓶中的氮气继续不断向气调单元筒体内充入，气调单元筒体内的气体不断推动气调单元活塞向下移动，气调单元活塞便通过负压单元导杆带动负压单元活塞一起向下移动，进而使负压单元活塞上侧的负压单元筒体内腔增大，负压得以瞬时调整为p 0，使负压单元活塞和气调单元活塞受力始终平衡，在此过程中，每间隔一段时间t，便记录一次气调单元导杆上与气调单元筒体的下端口所对应的刻度值h n0（n=1，2，3，4，5，6……），直至气调单元活塞停止移动，则说明煤样罐内煤样在负压值为p 0条件下瓦斯解吸完毕，那么将某时刻t n0 时气调单元导杆上与气调单元筒体的下端口所对应的刻度值h n0减去步骤（三）中气调单元活塞向上移动至最高时所对应的刻度值h 0，便可获得某时刻t n0 时气调单元活塞带动负压单元导杆向下移动的累计距离，即某时刻t n0 时负压单元活塞向下移动的累计距离，记为h n0- h 0，则通过公式便可计算获得负压值为p 0条件下不同时刻t n0累积瓦斯解吸量Q n0，Q n0=πr 2（h n0- h 0），r为负压单元筒体的内径。
步骤（六）具体为：负压值为p 0条件下的瓦斯解吸测试结束后，关闭第三阀门、第四阀门、第七阀门和高压氮气瓶顶部的总阀门，使高压氮气瓶中的氮气停止向气调单元筒体内充入，然后，打开第五阀门和第八阀门，使负压单元活塞上侧的负压单元筒体内腔和气调单元筒体的内腔均与外界大气连通；
步骤（八）中通过充气系统使负压调节系统的负压发生室内负压值调节为p n并保持恒定的具体实现方式与步骤（四）中的操作过程相同：打开第四阀门和高压氮气瓶顶部的总阀门，调节氮气调压阀，使氮气调压阀的出口产生恒定的出口压力，打开第七阀门，则高压氮气瓶中的氮气经氮气调压阀调压后通过第二气体管路充入气调单元筒体内，则气调单元筒体内气体压力增大，气调单元筒体内的气体便推动气调单元活塞向下移动，气调单元活塞带动负压单元导杆向下移动，负压单元导杆带动负压单元活塞向下移动，则负压单元活塞向下移动压缩其下侧的负压单元筒体内的空气，使负压单元活塞下侧的负压单元筒体内的空气通过第二排气管路排出，同时负压单元活塞上侧的负压单元筒体内腔形成负压环境，观察第二精密负压表的负压值，并微调氮气调压阀，直至使负压单元活塞上侧的负压单元筒体内腔产生与煤样罐内相同的负压环境，即第二精密负压表的负压值调为p n，并记录此时第二精密压力表的压力值为P n，则停止微调氮气调压阀，氮气调压阀的出口压力同样为P n并恒定，即第一精密压力表的压力值也为P n，此时煤样罐内的负压与负压单元活塞上侧的负压单元筒体内腔的负压相同，负压单元活塞和气调单元活塞受力平衡，气调单元活塞和负压单元活塞均停止移动。
本发明相对现有技术具有突出的实质性特定和显著的进步，具体的说，本发明具有以下优点：
（1）本发明的实验装置在井下采煤现场布置，通过负压引射系统可在井下负压引射取芯获得煤样，进而直接得到井下含瓦斯煤，并使煤样罐内形成与负压取芯环境相同的负压，以便后续测试在负压取芯环境下瓦斯解析量；
（2）在煤样进行瓦斯解吸过程中通过充气系统不断向气调单元筒体内以恒定压力充气，从而驱动气调单元活塞持续下移，带动负压单元活塞持续下移，从而使负压单元活塞上侧的负压单元筒体内腔负压调节为恒定负压，保证了煤样罐中煤样能够在某一恒定负压条件下完成瓦斯解吸，从而计算获取在某一恒定负压条件下不同时刻累积瓦斯解吸量，确保煤样中瓦斯含量测试准确；
（3）本发明依靠机械结构和原理驱动气调单元活塞和负压单元活塞上下移动，不需要电控制、电器设备，提高了作业环境的安全系数，设计科学、结构合理、成本低廉、操作简单；
（4）本发明通过控制氮气调压阀的出口压力，可以实现将负压单元活塞上侧的负压单元筒体内腔负压根据实验需要调节为不同负压值，调节精密；
（5）本发明的移动架的底部四周安装有滚动支撑在地面上并可折叠收纳的滚轮，如此，方便将实验装置整体进行移动，可满足井下复杂的作业环境。
综上所述，本发明能保证煤样在某一恒定负压条件下完成瓦斯解吸，准确测试负压取芯环境下瓦斯解吸量，不需要电控制、不含电器设备，提高了作业环境的安全系数，煤样解吸所需的负压值能精密调节。
附图说明
图1是本发明的充气联动测试不同负压取芯环境瓦斯解吸量的装置结构示意图。
图2是本发明的煤样过滤系统的剖视图。
图3是本发明的上推装置的左侧视图。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本发明的实施例。
如图1-3所示，负压精密可调-测试负压取芯环境下瓦斯解吸量的方法，具体包括以下步骤：
（一）、在井下采煤现场组装一种充气联动测试不同负压取芯环境瓦斯解吸量的装置，一种充气联动测试不同负压取芯环境瓦斯解吸量的装置包括移动架35、煤样过滤系统、煤样罐1、负压调节系统和充气系统，移动架35的底部四周安装有滚动支撑在地面上并可折叠收纳的滚轮60，煤样罐1、负压调节系统和充气系统均设置在移动架35上，煤样过滤系统的煤样进口与钻杆的外端连接，煤样过滤系统的煤样出口与煤样罐1的煤样进口连接，煤样罐1的煤样出口与负压引射系统的负压抽吸口连接，煤样罐1与负压调节系统的负压发生室通过第一气体管路58连接，负压调节系统的负压调节室与充气系统通过第二气体管路59连接；
（二）、将负压调节系统的负压发生室内空气排净；
（三）、通过负压引射系统将煤样经煤样过滤系统过滤后抽入煤样罐1中，使煤样罐1内装满煤样61并处于负压环境，负压值记为p 0；
（四）、通过充气系统向负压调节系统的负压调节室内充气，使负压调节系统的负压发生室内形成与煤样罐1内相同的负压环境，负压值记为p 0；
（五）、将煤样罐1与负压调节系统的负压发生室连通，通过充气系统不断向负压调节系统的负压调节室内充气，控制负压调节系统的负压发生室内负压保持稳定，煤样罐1中的煤样在负压值为p 0条件下解吸，计算获取负压值为p 0条件下不同时刻t n0累积瓦斯解吸量Q n0；
（六）、负压值为p 0条件下的瓦斯解吸测试结束后，充气系统停止充气，并将负压调节系统的负压发生室和负压调节室与外界大气连通；
（七）、采用Origin做图软件即可绘制出负压值为p 0条件下累积瓦斯解吸量Q n0关于时间t n0的散点曲线；
（八）、将煤样罐1内解吸完毕的煤样61清理出去，重复步骤（二）～（七），向煤样罐1内抽入新的煤样61，煤样罐1内负压值记为p n，通过充气系统使负压调节系统的负压发生室内负压值调节为p n并保持恒定，计算获取负压值为p n条件下不同时刻t nn累积瓦斯解吸量Q nn，并绘制出负压值为p n条件下累积瓦斯解吸量Q nn关于时间t nn的散点曲线。
煤样过滤系统包括过滤箱2和大块煤样桶3，过滤箱2固定连接在大块煤样桶3的前侧壁上侧部，过滤箱2内中部设置有前高后低的滤网板4，过滤箱2的后侧板中部开设有位于滤网板4上方的出样口5，大块煤样桶3的前侧壁上侧部开设有与出样口5前后对应的大块煤进料口6，出样口5和大块煤进料口6的下侧边与滤网板4的后侧边平齐，过滤箱2的左侧板上侧部连接有位于滤网板4上方的煤样进管7，过滤箱2的右侧板下侧部连接有位于滤网板4下方的煤样出管8，煤样进管7的另一端与钻杆的外端连接，煤样罐1的顶部安装有上盖9，上盖9的左侧部设有煤样抽入口62，上盖9的右侧部设有煤样抽出口63，上盖9的顶部中心设有第一气体接口10，煤样出管8的另一端与煤样抽入口62连接，煤样抽出口63通过煤样抽吸管11与负压引射系统的负压抽吸口连接，煤样出管8上设置有第一阀门12，煤样抽吸管11上设置有第二阀门13，滤网板4的网孔直径小于煤样进管7的内径，出样口5和大块煤进料口6的尺寸均大于煤样进管7的内径（防止大块煤堵塞出样口5和大块煤进料口6）。
负压调节系统包括负压单元筒体14、负压单元活塞15、负压单元导杆16、气调单元筒体17、气调单元活塞18和气调单元导杆19，负压单元筒体14、负压单元活塞15、负压单元导杆16、气调单元筒体17、气调单元活塞18和气调单元导杆19的中心线重合且竖向设置，负压单元筒体14的顶部敞口，负压单元筒体14的上端外圆周螺纹安装有密封盖20，负压单元筒体14的上端边嵌设有与密封盖20的内顶面紧压接触的第一O型密封圈21，密封盖20的顶部中心设有第二气体接口22，第一气体管路58的两端分别连接第一气体接口10和第二气体接口22，第一气体管路58上自第一气体接口10向第二气体接口22的方向依次设置有第一精密负压表23、第三阀门24、两通25、第四阀门26、第二精密负压表27和第一排气管路28，第一排气管路28上设置有第五阀门29，负压单元活塞15密封滑动设置在负压单元筒体14内，负压调节系统的负压发生室为负压单元活塞15上侧的负压单元筒体14内腔，负压单元活塞15的外圆周与负压单元筒体14内壁密封滑动接触，负压单元活塞15的外圆周上固定套装嵌设有两个上下间隔设置的第二O型密封圈30，第二O型密封圈30的外圆与负压单元筒体14内壁密封滑动接触，负压单元导杆16滑动设置在负压单元筒体14内，负压单元导杆16的上端螺纹固定连接在负压单元活塞15的底部中心，负压单元导杆16竖直贯穿密封滑动连接在负压单元筒体14的底板中心，负压单元筒体14的底板内中部固定嵌设有两个上下间隔设置的第三O型密封圈31，负压单元导杆16竖直穿过两个第三O型密封圈31并与两个第三O型密封圈31的内圆滑动密封接触，负压单元筒体14的右侧壁下侧部连接有位于负压单元活塞15下方的第二排气管路32，第二排气管路32上设置有第六阀门33，气调单元筒体17的底部敞口，气调单元筒体17的顶部中部开设有上侧敞口的螺纹盲孔，负压单元筒体14的下端部匹配螺纹连接在螺纹盲孔中，负压单元筒体14的底板下表面与螺纹盲孔的孔底紧压密封接触，负压单元筒体14的底板下表面上同中心固定嵌设有与螺纹盲孔的孔底紧压接触的第四O型密封圈34，负压单元筒体14的外侧壁中部固定连接在移动架35的顶部中心，负压单元导杆16竖直贯穿密封滑动连接在气调单元筒体17的顶板中心，负压单元导杆16的下端伸入到气调单元筒体17内，气调单元筒体17的顶板内中部固定嵌设有第五O型密封圈36，负压单元导杆16竖直穿过第五O型密封圈36并与第五O型密封圈36的内圆滑动密封接触，气调单元活塞18密封滑动设置在气调单元筒体17内，负压调节系统的负压发生室为气调单元活塞18上侧的气调单元筒体17内腔，气调单元活塞18的外圆周与气调单元筒体17内壁密封滑动接触，气调单元活塞18的外圆周上固定套装嵌设有两个上下间隔设置的第六O型密封圈37，第六O型密封圈37的外圆与气调单元筒体17内壁密封滑动接触，负压单元导杆16的下端螺纹固定连接在气调单元活塞18的顶部中心，气调单元导杆19设置在气调单元活塞18的正下方，气调单元导杆19的上端螺纹固定连接在气调单元活塞18的底部中心，气调单元导杆19的下端伸出气调单元筒体17的下端口，气调单元筒体17的顶板右侧部设有第三气体接口38，气调单元导杆19上沿竖向设置有刻度（图未示），零刻度值位于气调单元导杆19的下端，初始时气调单元活塞18和气调单元筒体17的内顶面之间的距离不小于负压单元活塞15和密封盖20的内顶面之间的距离，移动架35的下侧部设置有气调单元筒体17的下方并推动气调单元导杆19向上移动的上推装置。
上推装置包括脚踏板39、两个顶压弹簧40、上推支板41、上推导杆42、导筒43、两个第一定滑轮44、两个第二定滑轮45和两根提拉钢丝绳46，脚踏板39前低后高倾斜设置在气调单元筒体17的前下方，脚踏板39的下侧边通过铰接座47铰接在移动架35的前下部，两个顶压弹簧40左右间隔且均前高后低倾斜设置在脚踏板39的后侧，两根顶压弹簧40的两端分别固定连接在脚踏板39的后侧面上侧部和移动架35上，上推支板41水平设置在气调单元导杆19的正下方，上推支板41的上表面与气调单元导杆19的下端接触，上推导杆42和导筒43均竖向设置在上推支板41的正下方，上推导杆42的上端固定连接在上推支板41的下表面中部，导筒43的外圆周通过第一支架48固定连接在移动架35上，上推导杆42同中心贯穿滑动连接在导筒43中，上推支板41的左侧和右侧均设置有固定连接在移动架35上的第二支架49，两个第一定滑轮44分别对应转动连接在两个第二支架49的顶部且位于上推支板41的上方左侧和右侧，两个第一定滑轮44的正前下方均设置有一个固定连接在移动架35上的第三支架50，两个第二定滑轮45分别对应转动连接在两个第三支架50的顶部，第二定滑轮45的高度低于第一定滑轮44的高度，两个第一定滑轮44和两个第二定滑轮45的转轴均沿左右方向水平设置，两根提拉钢丝绳46左右对称设置且均沿前后方向设置，左侧的提拉钢丝绳46的前端固定连接在脚踏板39的上侧边左侧部，左侧的提拉钢丝绳46再向后延伸依次绕在左侧的第二定滑轮45的上侧部和左侧的第一定滑轮44的上侧部，左侧的提拉钢丝绳46绕过左侧的第一定滑轮44的上侧部后再垂直向下延伸，左侧的提拉钢丝绳46的下端固定连接在上推支板41的上表面左侧中部，右侧的提拉钢丝绳46的前端固定连接在脚踏板39的上侧边右侧部，右侧的提拉钢丝绳46再向后延伸依次绕在右侧的第二定滑轮45的上侧部和右侧的第一定滑轮44的上侧部，右侧的提拉钢丝绳46绕过右侧的第一定滑轮44的上侧部后再垂直向下延伸，右侧的提拉钢丝绳46的下端固定连接在上推支板41的上表面右侧中部。
充气系统包括高压氮气瓶51，第二气体管路59的两端分别连接高压氮气瓶51的出气口和第三气体接口38，第二气体管路59上沿气体流动方向依次设置有氮气调压阀52、第一精密压力表53、第七阀门54、第二精密压力表55和第三排气管路56，第三排气管路56上设置有第八阀门57。
步骤（二）具体为：初始时第一阀门12、第二阀门13、第三阀门24、第四阀门26、第五阀门29、第六阀门33、第七阀门54和第八阀门57均处于关闭状态，打开第五阀门29、第六阀门33和第八阀门57，然后，作业人员用脚踩下脚踏板39，使脚踏板39向后下翻转，则脚踏板39向下拉动两根提拉钢丝绳46的前端，进而使两根提拉钢丝绳46的后端向上提起上推支板41，使上推支板41向上移动，进而上推支板41推动气调单元导杆19向上移动，上推导杆42在导筒43中滑动起到导向作用，气调单元导杆19便推动气调单元活塞18向上移动，气调单元活塞18向上移动压缩其上侧的气调单元筒体17内的空气，使气调单元活塞18上侧的气调单元筒体17内的空气经第三气体接口38、第二气体管路59和第三排气管路56排出，同时气调单元活塞18带动负压单元导杆16向上移动，负压单元导杆16便推动负压单元活塞15向上移动，则负压单元活塞15下侧的负压单元筒体14内腔变为负压，从而外界空气便通过第二排气管路32被吸入到负压单元活塞15下侧的负压单元筒体14内腔中，使负压单元活塞15下侧的负压单元筒体14内腔与外界大气压平衡，负压单元活塞15向上移动压缩其上侧的负压单元筒体14内的空气，使负压单元活塞15上侧的负压单元筒体14内的空气经第二气体接口22、第一气体管路58和第一排气管路28排出，直至负压单元活塞15向上移动至不可移动为止，即负压单元活塞15的上表面与密封盖20的内顶面紧密接触为止，如此便可将负压单元活塞15上侧的负压单元筒体14内的空气排净，然后，松开脚踏板39，则脚踏板39在顶压弹簧40的复位作用下向前上翻转复位，而上推支板41和上推导杆42在重力作用下向下移动回复到初始位置，上推支板41与气调单元导杆19分离，关闭第五阀门29和第八阀门57，并记录此时气调单元导杆19上与气调单元筒体17的下端口所对应的刻度值h 0，即气调单元导杆19伸出气调单元筒体17的长度为h 0。
步骤（三）具体为：打开第一阀门12和第二阀门13，启动负压引射系统，负压引射系统将钻头钻进过程中剥落的煤通过钻杆抽出，则煤块经煤样进管7进入到过滤箱2内上侧部，煤块掉到过滤网板4上进行过滤，大块煤在过滤箱2中沿着过滤网板4直接向下滚并经出样口5和大块煤进料口6掉进大块煤样桶3中，而小块煤及煤粉向下通过过滤网板4的网孔掉到过滤箱2内下侧部后再通过煤样出管8输出，小块煤及煤粉沿着煤样出管8被抽入到煤样罐1中，当煤样罐1内装满小块煤及煤粉后，关闭第一阀门12、第二阀门13和负压引射系统，则煤样罐1内的小块煤及煤粉便作为待测试的煤样61，此时煤样罐1内煤样61处于负压环境，记录第一精密负压表23的负压值为p 0。
步骤（四）具体为：打开第四阀门26和高压氮气瓶51顶部的总阀门，调节氮气调压阀52，使氮气调压阀52的出口产生恒定的出口压力，打开第七阀门54，则高压氮气瓶51中的氮气经氮气调压阀52调压后通过第二气体管路59充入气调单元筒体17内，则气调单元筒体17内气体压力增大，气调单元筒体17内的气体便推动气调单元活塞18向下移动，气调单元活塞18带动负压单元导杆16向下移动，负压单元导杆16带动负压单元活塞15向下移动，则负压单元活塞15向下移动压缩其下侧的负压单元筒体14内的空气，使负压单元活塞15下侧的负压单元筒体14内的空气通过第二排气管路32排出，同时负压单元活塞15上侧的负压单元筒体14内腔形成负压环境，观察第二精密负压表27的负压值，并微调氮气调压阀52，直至使负压单元活塞15上侧的负压单元筒体14内腔产生与煤样罐1内相同的负压环境，即第二精密负压表27的负压值调为p 0，并记录此时第二精密压力表55的压力值为P 0，则停止微调氮气调压阀52，氮气调压阀52的出口压力同样为P 0并恒定，即第一精密压力表53的压力值也为P 0，此时煤样罐1内的负压与负压单元活塞15上侧的负压单元筒体14内腔的负压相同，负压单元活塞15和气调单元活塞18受力平衡，气调单元活塞18和负压单元活塞15均停止移动。
步骤（五）具体为：打开第三阀门24，则煤样罐1与负压单元活塞15上侧的负压单元筒体14内腔通过第一气体管路58连通，煤样罐1内的煤样61在负压值为p 0条件下不断解吸瓦斯，则解吸的瓦斯便通过第一气体管路58进入负压单元活塞15上侧的负压单元筒体14内腔中，那么负压单元活塞15上侧的负压单元筒体14内腔的压力增大，负压变小，负压单元活塞15上侧的负压单元筒体14内腔的负压形成向上的吸力小于气调单元筒体17内的正压形成向下的推力，负压单元活塞15和气调单元活塞18受力失去平衡，由于氮气调压阀52的出口压力恒定为P 0，则高压氮气瓶51中的氮气继续不断向气调单元筒体17内充入，气调单元筒体17内的气体不断推动气调单元活塞18向下移动，气调单元活塞18便通过负压单元导杆16带动负压单元活塞15一起向下移动，进而使负压单元活塞15上侧的负压单元筒体14内腔增大，负压得以瞬时调整为p 0使负压单元活塞15和气调单元活塞18受力始终平衡，在此过程中，每间隔一段时间t，便记录一次气调单元导杆19上与气调单元筒体17的下端口所对应的刻度值h n0（n=1，2，3，4，5，6……），直至气调单元活塞18停止移动，则说明煤样罐1内煤样61在负压值为p 0条件下瓦斯解吸完毕，那么将某时刻t n0 时气调单元导杆19上与气调单元筒体17的下端口所对应的刻度值h n0减去步骤（三）中气调单元活塞18向上移动至最高时所对应的刻度值h 0，便可获得某时刻t n0 时气调单元活塞18带动负压单元导杆16向下移动的累计距离，即某时刻t n0 时负压单元活塞15向下移动的累计距离，记为h n0-h 0，则通过公式便可计算获得负压值为p 0条件下不同时刻t n0累积瓦斯解吸量Q n0，Q n0=πr 2（h n0- h 0），r为负压单元筒体14的内径。
步骤（六）具体为：负压值为p 0条件下的瓦斯解吸测试结束后，关闭第三阀门24、第四阀门26、第七阀门54和高压氮气瓶51顶部的总阀门，使高压氮气瓶51中的氮气停止向气调单元筒体17内充入，然后，打开第五阀门29和第八阀门57，使负压单元活塞15上侧的负压单元筒体14内腔和气调单元筒体17的内腔均与外界大气连通；
步骤（八）中通过充气系统使负压调节系统的负压发生室内负压值调节为p n并保持恒定的具体实现方式与步骤（四）中的操作过程相同：打开第四阀门26和高压氮气瓶51顶部的总阀门，调节氮气调压阀52，使氮气调压阀52的出口产生恒定的出口压力，打开第七阀门54，则高压氮气瓶51中的氮气经氮气调压阀52调压后通过第二气体管路59充入气调单元筒体17内，则气调单元筒体17内气体压力增大，气调单元筒体17内的气体便推动气调单元活塞18向下移动，气调单元活塞18带动负压单元导杆16向下移动，负压单元导杆16带动负压单元活塞15向下移动，则负压单元活塞15向下移动压缩其下侧的负压单元筒体14内的空气，使负压单元活塞15下侧的负压单元筒体14内的空气通过第二排气管路32排出，同时负压单元活塞15上侧的负压单元筒体14内腔形成负压环境，观察第二精密负压表27的负压值，并微调氮气调压阀52，直至使负压单元活塞15上侧的负压单元筒体14内腔产生与煤样罐1内相同的负压环境，即第二精密负压表27的负压值调为p n，并记录此时第二精密压力表55的压力值为P n，则停止微调氮气调压阀52，氮气调压阀52的出口压力同样为P n并恒定，即第一精密压力表53的压力值也为P n，此时煤样罐1内的负压与负压单元活塞15上侧的负压单元筒体14内腔的负压相同，负压单元活塞15和气调单元活塞18受力平衡，气调单元活塞18和负压单元活塞15均停止移动。
钻杆和负压引射系统均为本领域现有常规技术，具体构造和工作原理不再赘述，在图中均未示。
需要说明的是：负压单元活塞15和气调单元活塞18受力平衡是指：对于负压单元活塞15而言，负压单元活塞15上侧的负压单元筒体14内腔的负压形成向上的吸力、负压单元活塞15的重力、负压单元活塞15的摩擦力以及负压单元导杆16对负压单元活塞15产生的拉力使负压单元活塞15达成受力平衡，同理，对于气调单元活塞18而言，气调单元筒体17内的正压对气调单元活塞18形成向下的推力、气调单元活塞18的重力、气调单元导杆19的重力、气调单元活塞18的摩擦力、负压单元导杆16对气调单元活塞18产生的拉力使气调单元活塞18达成受力平衡。
滚轮60的折叠收纳需要一套折叠机构实现，折叠机构为常规机械结构，类似于自行车的脚撑架，折叠机构铰接在移动架35的底部，需要移动时，将折叠机构带动滚轮60向下翻转，使滚轮60滚动支撑在地面上，当移动到位后，将折叠机构反向带动滚轮60向上翻转，使滚轮60收纳到移动架上并脱离地面，进而使移动架的底部直接固定支撑在地面上，这里折叠机构的结构不再赘述，本领域技术人员能够实现该技术。
本发明能保证煤样61在某一恒定负压条件下完成瓦斯解吸，准确测试负压取芯环境下瓦斯解吸量，不需要电控制、不含电器设备，提高了作业环境的安全系数，煤样61解吸所需的负压值能精密调节。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解；依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.负压精密可调-测试负压取芯环境下瓦斯解吸量的方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
（一）、在井下采煤现场组装一种充气联动测试不同负压取芯环境瓦斯解吸量的装置，一种充气联动测试不同负压取芯环境瓦斯解吸量的装置包括移动架、煤样过滤系统、煤样罐、负压调节系统和充气系统，移动架的底部四周安装有滚动支撑在地面上并可折叠收纳的滚轮，煤样罐、负压调节系统和充气系统均设置在移动架上，煤样过滤系统的煤样进口与钻杆的外端连接，煤样过滤系统的煤样出口与煤样罐的煤样进口连接，煤样罐的煤样出口与负压引射系统的负压抽吸口连接，煤样罐与负压调节系统的负压发生室通过第一气体管路连接，负压调节系统的负压调节室与充气系统通过第二气体管路连接；
（二）、将负压调节系统的负压发生室内空气排净；
（三）、通过负压引射系统将煤样经煤样过滤系统过滤后抽入煤样罐中，使煤样罐内装满煤样并处于负压环境，负压值记为p 0；
（四）、通过充气系统向负压调节系统的负压调节室内充气，使负压调节系统的负压发生室内形成与煤样罐内相同的负压环境，负压值记为p 0；
（五）、将煤样罐与负压调节系统的负压发生室连通，通过充气系统不断向负压调节系统的负压调节室内充气，控制负压调节系统的负压发生室内负压保持稳定，煤样罐中的煤样在负压值为p 0条件下解吸，计算获取负压值为p 0条件下不同时刻t n0累积瓦斯解吸量Q n0；
（六）、负压值为p 0条件下的瓦斯解吸测试结束后，充气系统停止充气，并将负压调节系统的负压发生室和负压调节室与外界大气连通；
（七）、采用Origin做图软件即可绘制出负压值为p 0条件下累积瓦斯解吸量Q n0关于时间t n0的散点曲线；
（八）、将煤样罐内解吸完毕的煤样清理出去，重复步骤（二）～（七），向煤样罐内抽入新的煤样，煤样罐内负压值记为p n，通过充气系统使负压调节系统的负压发生室内负压值调节为p n并保持恒定，计算获取负压值为p n条件下不同时刻t nn累积瓦斯解吸量Q nn，并绘制出负压值为p n条件下累积瓦斯解吸量Q nn关于时间t nn的散点曲线。
2.根据权利要求1所述的负压精密可调-测试负压取芯环境下瓦斯解吸量的方法，其特征在于：煤样过滤系统包括过滤箱和大块煤样桶，过滤箱固定连接在大块煤样桶的前侧壁上侧部，过滤箱内中部设置有前高后低的滤网板，过滤箱的后侧板中部开设有位于滤网板上方的出样口，大块煤样桶的前侧壁上侧部开设有与出样口前后对应的大块煤进料口，出样口和大块煤进料口的下侧边与滤网板的后侧边平齐，过滤箱的左侧板上侧部连接有位于滤网板上方的煤样进管，过滤箱的右侧板下侧部连接有位于滤网板下方的煤样出管，煤样进管的另一端与钻杆的外端连接，煤样罐的顶部安装有上盖，上盖的左侧部设有煤样抽入口，上盖的右侧部设有煤样抽出口，上盖的顶部中心设有第一气体接口，煤样出管的另一端与煤样抽入口连接，煤样抽出口通过煤样抽吸管与负压引射系统的负压抽吸口连接，煤样出管上设置有第一阀门，煤样抽吸管上设置有第二阀门，滤网板的网孔直径小于煤样进管的内径，出样口和大块煤进料口的尺寸均大于煤样进管的内径。
3.根据权利要求2所述的负压精密可调-测试负压取芯环境下瓦斯解吸量的方法，其特征在于：负压调节系统包括负压单元筒体、负压单元活塞、负压单元导杆、气调单元筒体、气调单元活塞和气调单元导杆，负压单元筒体、负压单元活塞、负压单元导杆、气调单元筒体、气调单元活塞和气调单元导杆的中心线重合且竖向设置，负压单元筒体的顶部敞口，负压单元筒体的上端外圆周螺纹安装有密封盖，负压单元筒体的上端边嵌设有与密封盖的内顶面紧压接触的第一O型密封圈，密封盖的顶部中心设有第二气体接口，第一气体管路的两端分别连接第一气体接口和第二气体接口，第一气体管路上自第一气体接口向第二气体接口的方向依次设置有第一精密负压表、第三阀门、两通、第四阀门、第二精密负压表和第一排气管路，第一排气管路上设置有第五阀门，负压单元活塞密封滑动设置在负压单元筒体内，负压调节系统的负压发生室为负压单元活塞上侧的负压单元筒体内腔，负压单元活塞的外圆周与负压单元筒体内壁密封滑动接触，负压单元活塞的外圆周上固定套装嵌设有两个上下间隔设置的第二O型密封圈，第二O型密封圈的外圆与负压单元筒体内壁密封滑动接触，负压单元导杆滑动设置在负压单元筒体内，负压单元导杆的上端螺纹固定连接在负压单元活塞的底部中心，负压单元导杆竖直贯穿密封滑动连接在负压单元筒体的底板中心，负压单元筒体的底板内中部固定嵌设有两个上下间隔设置的第三O型密封圈，负压单元导杆竖直穿过两个第三O型密封圈并与两个第三O型密封圈的内圆滑动密封接触，负压单元筒体的右侧壁下侧部连接有位于负压单元活塞下方的第二排气管路，第二排气管路上设置有第六阀门，气调单元筒体的底部敞口，气调单元筒体的顶部中部开设有上侧敞口的螺纹盲孔，负压单元筒体的下端部匹配螺纹连接在螺纹盲孔中，负压单元筒体的底板下表面与螺纹盲孔的孔底紧压密封接触，负压单元筒体的底板下表面上同中心固定嵌设有与螺纹盲孔的孔底紧压接触的第四O型密封圈，负压单元筒体的外侧壁中部固定连接在移动架的顶部中心，负压单元导杆竖直贯穿密封滑动连接在气调单元筒体的顶板中心，负压单元导杆的下端伸入到气调单元筒体内，气调单元筒体的顶板内中部固定嵌设有第五O型密封圈，负压单元导杆竖直穿过第五O型密封圈并与第五O型密封圈的内圆滑动密封接触，气调单元活塞密封滑动设置在气调单元筒体内，负压调节系统的负压发生室为气调单元活塞上侧的气调单元筒体内腔，气调单元活塞的外圆周与气调单元筒体内壁密封滑动接触，气调单元活塞的外圆周上固定套装嵌设有两个上下间隔设置的第六O型密封圈，第六O型密封圈的外圆与气调单元筒体内壁密封滑动接触，负压单元导杆的下端螺纹固定连接在气调单元活塞的顶部中心，气调单元导杆设置在气调单元活塞的正下方，气调单元导杆的上端螺纹固定连接在气调单元活塞的底部中心，气调单元导杆的下端伸出气调单元筒体的下端口，气调单元筒体的顶板右侧部设有第三气体接口，气调单元导杆上沿竖向设置有刻度，零刻度值位于气调单元导杆的下端，初始时气调单元活塞和气调单元筒体的内顶面之间的距离不小于负压单元活塞和密封盖的内顶面之间的距离，移动架的下侧部设置有位于气调单元筒体前下方并推动气调单元导杆向上移动的上推装置。
4.根据权利要求3所述的负压精密可调-测试负压取芯环境下瓦斯解吸量的方法，其特征在于：上推装置包括脚踏板、两个顶压弹簧、上推支板、上推导杆、导筒、两个第一定滑轮、两个第二定滑轮和两根提拉钢丝绳，脚踏板前低后高倾斜设置在气调单元筒体的前下方，脚踏板的下侧边通过铰接座铰接在移动架的前下部，两个顶压弹簧左右间隔且均前高后低倾斜设置在脚踏板的后侧，两根顶压弹簧的两端分别固定连接在脚踏板的后侧面上侧部和移动架上，上推支板水平设置在气调单元导杆的正下方，上推支板的上表面与气调单元导杆的下端接触，上推导杆和导筒均竖向设置在上推支板的正下方，上推导杆的上端固定连接在上推支板的下表面中部，导筒的外圆周通过第一支架固定连接在移动架上，上推导杆同中心贯穿滑动连接在导筒中，上推支板的左侧和右侧均设置有固定连接在移动架上的第二支架，两个第一定滑轮分别对应转动连接在两个第二支架的顶部且位于上推支板的上方左侧和右侧，两个第一定滑轮的正前下方均设置有一个固定连接在移动架上的第三支架，两个第二定滑轮分别对应转动连接在两个第三支架的顶部，第二定滑轮的高度低于第一定滑轮的高度，两个第一定滑轮和两个第二定滑轮的转轴均沿左右方向水平设置，两根提拉钢丝绳左右对称设置且均沿前后方向设置，左侧的提拉钢丝绳的前端固定连接在脚踏板的上侧边左侧部，左侧的提拉钢丝绳再向后延伸依次绕在左侧的第二定滑轮的上侧部和左侧的第一定滑轮的上侧部，左侧的提拉钢丝绳绕过左侧的第一定滑轮的上侧部后再垂直向下延伸，左侧的提拉钢丝绳的下端固定连接在上推支板的上表面左侧中部，右侧的提拉钢丝绳的前端固定连接在脚踏板的上侧边右侧部，右侧的提拉钢丝绳再向后延伸依次绕在右侧的第二定滑轮的上侧部和右侧的第一定滑轮的上侧部，右侧的提拉钢丝绳绕过右侧的第一定滑轮的上侧部后再垂直向下延伸，右侧的提拉钢丝绳的下端固定连接在上推支板的上表面右侧中部。
5.根据权利要求4所述的负压精密可调-测试负压取芯环境下瓦斯解吸量的方法，其特征在于：充气系统包括高压氮气瓶，第二气体管路的两端分别连接高压氮气瓶的出气口和第三气体接口，第二气体管路上沿气体流动方向依次设置有氮气调压阀、第一精密压力表、第七阀门、第二精密压力表和第三排气管路，第三排气管路上设置有第八阀门。
6.根据权利要求5所述的负压精密可调-测试负压取芯环境下瓦斯解吸量的方法，其特征在于：步骤（二）具体为：初始时第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门、第七阀门和第八阀门均处于关闭状态，打开第五阀门、第六阀门和第八阀门，然后，作业人员用脚踩下脚踏板，使脚踏板向后下翻转，则脚踏板向下拉动两根提拉钢丝绳的前端，进而使两根提拉钢丝绳的后端向上提起上推支板，使上推支板向上移动，进而上推支板推动气调单元导杆向上移动，上推导杆在导筒中滑动起到导向作用，气调单元导杆便推动气调单元活塞向上移动，气调单元活塞向上移动压缩其上侧的气调单元筒体内的空气，使气调单元活塞上侧的气调单元筒体内的空气经第三气体接口、第二气体管路和第三排气管路排出，同时气调单元活塞带动负压单元导杆向上移动，负压单元导杆便推动负压单元活塞向上移动，则负压单元活塞下侧的负压单元筒体内腔变为负压，从而外界空气便通过第二排气管路被吸入到负压单元活塞下侧的负压单元筒体内腔中，使负压单元活塞下侧的负压单元筒体内腔与外界大气压平衡，负压单元活塞向上移动压缩其上侧的负压单元筒体内的空气，使负压单元活塞上侧的负压单元筒体内的空气经第二气体接口、第一气体管路和第一排气管路排出，直至负压单元活塞向上移动至不可移动为止，即负压单元活塞的上表面与密封盖的内顶面紧密接触为止，如此便可将负压单元活塞上侧的负压单元筒体内的空气排净，然后，松开脚踏板，则脚踏板在顶压弹簧的复位作用下向前上翻转复位，而上推支板和上推导杆在重力作用下向下移动回复到初始位置，上推支板与气调单元导杆分离，关闭第五阀门和第八阀门，并记录此时气调单元导杆上与气调单元筒体的下端口所对应的刻度值h 0，即气调单元导杆伸出气调单元筒体的长度为h 0。
7.根据权利要求6所述的负压精密可调-测试负压取芯环境下瓦斯解吸量的方法，其特征在于：步骤（三）具体为：打开第一阀门和第二阀门，启动负压引射系统，负压引射系统将钻头钻进过程中剥落的煤通过钻杆抽出，则煤块经煤样进管进入到过滤箱内上侧部，煤块掉到过滤网板上进行过滤，大块煤在过滤箱中沿着过滤网板直接向下滚并经出样口和大块煤进料口掉进大块煤样桶中，而小块煤及煤粉向下通过过滤网板的网孔掉到过滤箱内下侧部后再通过煤样出管输出，小块煤及煤粉沿着煤样出管被抽入到煤样罐中，当煤样罐内装满小块煤及煤粉后，关闭第一阀门、第二阀门和负压引射系统，则煤样罐内的小块煤及煤粉便作为待测试的煤样，此时煤样罐内煤样处于负压环境，记录第一精密负压表的负压值为p 0。
8.根据权利要求7所述的负压精密可调-测试负压取芯环境下瓦斯解吸量的方法，其特征在于：步骤（四）具体为：打开第四阀门和高压氮气瓶顶部的总阀门，调节氮气调压阀，使氮气调压阀的出口产生恒定的出口压力，打开第七阀门，则高压氮气瓶中的氮气经氮气调压阀调压后通过第二气体管路充入气调单元筒体内，则气调单元筒体内气体压力增大，气调单元筒体内的气体便推动气调单元活塞向下移动，气调单元活塞带动负压单元导杆向下移动，负压单元导杆带动负压单元活塞向下移动，则负压单元活塞向下移动压缩其下侧的负压单元筒体内的空气，使负压单元活塞下侧的负压单元筒体内的空气通过第二排气管路排出，同时负压单元活塞上侧的负压单元筒体内腔形成负压环境，观察第二精密负压表的负压值，并微调氮气调压阀，直至使负压单元活塞上侧的负压单元筒体内腔产生与煤样罐内相同的负压环境，即第二精密负压表的负压值调为p 0，并记录此时第二精密压力表的压力值为P 0，则停止微调氮气调压阀，氮气调压阀的出口压力为P 0并恒定，即第一精密压力表的压力值也为P 0，此时煤样罐内的负压与负压单元活塞上侧的负压单元筒体内腔的负压相同，负压单元活塞和气调单元活塞受力平衡，气调单元活塞和负压单元活塞均停止移动。
9.根据权利要求8所述的负压精密可调-测试负压取芯环境下瓦斯解吸量的方法，其特征在于：步骤（五）具体为：打开第三阀门，则煤样罐与负压单元活塞上侧的负压单元筒体内腔通过第一气体管路连通，煤样罐内的煤样在负压值为p 0条件下不断解吸瓦斯，则解吸的瓦斯便通过第一气体管路进入负压单元活塞上侧的负压单元筒体内腔中，那么负压单元活塞上侧的负压单元筒体内腔的压力增大，负压变小，负压单元活塞上侧的负压单元筒体内腔的负压形成向上的吸力小于气调单元筒体内的正压形成向下的推力，负压单元活塞和气调单元活塞受力失去平衡，由于氮气调压阀的出口压力恒定为P 0，则高压氮气瓶中的氮气继续不断向气调单元筒体内充入，气调单元筒体内的气体不断推动气调单元活塞向下移动，气调单元活塞便通过负压单元导杆带动负压单元活塞一起向下移动，进而使负压单元活塞上侧的负压单元筒体内腔增大，负压得以瞬时调整为p 0，使负压单元活塞和气调单元活塞受力始终平衡，在此过程中，每间隔一段时间t，便记录一次气调单元导杆上与气调单元筒体的下端口所对应的刻度值h n0（n=1，2，3，4，5，6……），直至气调单元活塞停止移动，则说明煤样罐内煤样在负压值为p 0条件下瓦斯解吸完毕，那么将某时刻t n0 时气调单元导杆上与气调单元筒体的下端口所对应的刻度值h n0减去步骤（三）中气调单元活塞向上移动至最高时所对应的刻度值h 0，便可获得某时刻t n0 时气调单元活塞带动负压单元导杆向下移动的累计距离，即某时刻t n0 时负压单元活塞向下移动的累计距离，记为h n0-h 0，则通过公式便可计算获得负压值为p 0条件下不同时刻t n0累积瓦斯解吸量Q n0，Q n0=πr 2（h n0- h 0），r为负压单元筒体的内径。
10.根据权利要求9所述的负压精密可调-测试负压取芯环境下瓦斯解吸量的方法，其特征在于：步骤（六）具体为：负压值为p 0条件下的瓦斯解吸测试结束后，关闭第三阀门、第四阀门、第七阀门和高压氮气瓶顶部的总阀门，使高压氮气瓶中的氮气停止向气调单元筒体内充入，然后，打开第五阀门和第八阀门，使负压单元活塞上侧的负压单元筒体内腔和气调单元筒体的内腔均与外界大气连通；
步骤（八）中通过充气系统使负压调节系统的负压发生室内负压值调节为p n并保持恒定的具体实现方式与步骤（四）中的操作过程相同：打开第四阀门和高压氮气瓶顶部的总阀门，调节氮气调压阀，使氮气调压阀的出口产生恒定的出口压力，打开第七阀门，则高压氮气瓶中的氮气经氮气调压阀调压后通过第二气体管路充入气调单元筒体内，则气调单元筒体内气体压力增大，气调单元筒体内的气体便推动气调单元活塞向下移动，气调单元活塞带动负压单元导杆向下移动，负压单元导杆带动负压单元活塞向下移动，则负压单元活塞向下移动压缩其下侧的负压单元筒体内的空气，使负压单元活塞下侧的负压单元筒体内的空气通过第二排气管路排出，同时负压单元活塞上侧的负压单元筒体内腔形成负压环境，观察第二精密负压表的负压值，并微调氮气调压阀，直至使负压单元活塞上侧的负压单元筒体内腔产生与煤样罐内相同的负压环境，即第二精密负压表的负压值调为p n，并记录此时第二精密压力表的压力值为P n，则停止微调氮气调压阀，氮气调压阀的出口压力同样恒定为P n，即第一精密压力表的压力值也为P n，此时煤样罐内的负压与负压单元活塞上侧的负压单元筒体内腔的负压相同，负压单元活塞和气调单元活塞受力平衡，气调单元活塞和负压单元活塞均停止移动。
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| CN107703023A (zh) * | 2017-09-30 | 2018-02-16 | 河南理工大学 | 一种地面钻孔煤芯模拟压降解吸装置及测试装置与方法 |
Non-Patent Citations (2)
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| Evaluation and analysis of methane adsorption capacity in deep-buried coal seams;Yuannan Zheng;Greenhouse Gases: Science and Technology;20220409;第12卷(第3期);全文 * |
| 负压取样环境下瓦斯解吸特性模拟研究;孙翼骁;内蒙古煤炭经济;20231231(第23期);全文 * |
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