CN211669006U - 一种快速降温准确测试煤瓦斯含量的装置 - Google Patents

Abstract

一种快速降温准确测试煤瓦斯含量的装置，包括煤样罐和瓦斯解吸仪，煤样罐包括顶部敞口呈圆筒形的罐体，罐体顶部设有罐盖，罐盖上设有解吸管，解吸管上设有解吸开关阀，解吸管上端口通过软管与瓦斯解吸仪连接，罐体包括双层结构的内胆和外壳，内胆和外壳的底部之间形成圆盘形空腔，内胆和外壳的圆周侧部之间形成圆筒形空腔，圆筒形空腔内设有环形隔板，罐体下部设有快速降温单元，罐体上部设有恒温调节单元；本实用新型结构简单、操作方便、可靠性强，能够及时的降低煤样罐内煤样的温度，同时恒温调节还可避免温度引起的误差，可对井下不同地点煤的瓦斯含量进行现场快速测定，测试结果准确度高。

Description

一种快速降温准确测试煤瓦斯含量的装置

技术领域

本实用新型属于煤矿安全生产技术领域，具体涉及一种快速降温准确测试煤瓦斯含量的装置。

背景技术

在“四位一体”预防煤与瓦斯突出过程中，其中最重要的两个基本参数为：瓦斯含量和瓦斯压力。测定煤层瓦斯含量和煤层瓦斯压力，能够有效的判断煤层瓦斯抽采的效果，对预防煤矿事故具有极其重要的意义。其中由于煤层地质构造的复杂，在测定煤层瓦斯压力的过程中，煤层瓦斯压力误差较大，只能通过测定煤层瓦斯含量进行推断，因此快速准确的测定出瓦斯含量具有极其重要的意义。

利用排水法测试井下瓦斯解吸速率过程中，煤样罐是必备仪器，煤样罐中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（即瓦斯解吸速率）得到现场瓦斯解吸量，根据推算的瓦斯损失量和实验室测试残余瓦斯含量，综合得到煤层原始瓦斯含量。

测定煤的瓦斯含量存在以下不足：1、钻孔取样时，由于钻头与煤样摩擦，使得煤样的温度较高，煤样罐无法及时降低煤样温度；2、温度升高导致瓦斯解吸速度加快，推算出来的损失量与实际不符，导致测量的煤层瓦斯含量误差较大；3、传统煤样罐降低煤样温度方法是静置在环境中，煤样密封散热时间较长，不能快速的在井下进行测量；4、改进的煤样罐均是升温措施改进，无法对较低温度下的煤样瓦斯含量进行测量。

实用新型内容

本实用新型为了解决现有技术中的不足之处，提供一种快速降温准确测试煤瓦斯含量的装置, 解决现有技术存在的由于在现场取样时钻头与煤样摩擦，使得煤样的温度极高，现有的煤样罐无法及时降低煤样温度；同时还解决了温度引起的瓦斯解吸误差，减少散热所需要的时间，更加有利于井下现场实测煤层瓦斯含量。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：一种快速降温准确测试煤瓦斯含量的装置，包括煤样罐和瓦斯解吸仪，煤样罐包括顶部敞口呈圆筒形的罐体，罐体顶部设有罐盖，罐盖上设有解吸管，解吸管上设有解吸开关阀，解吸管上端口通过软管与瓦斯解吸仪连接，罐体包括双层结构的内胆和外壳，内胆和外壳的底部之间形成圆盘形空腔，内胆和外壳的圆周侧部之间形成圆筒形空腔，圆筒形空腔内设有环形隔板，罐体下部设有快速降温单元，罐体上部设有恒温调节单元；

快速降温单元包括与内胆同中心线的中心筒，中心筒下端固定设在内胆底部，内胆底部中心开设有将中心筒内部与圆盘形空腔连通的通孔，中心筒上端螺纹连接有筒盖，外壳侧部设有位于环形隔板下方的注水口和干冰注入口，注水口外部连接有注水阀，干冰注入口外部设有料门，注水口内侧连接有导水管组件，导水管组件的上部设有若干个位于圆筒形空腔、圆盘形空腔和中心筒内部的出水孔。

导水管组件包括主竖导管、圆环管、支竖导管和十字型管，主竖导管上端与注水口连接，圆环管水平设置在圆盘形空腔内，十字型管设置在圆环管内部且十字型管的四个端口均对应与圆环管连接，主竖向导管下端与圆环管顶部固定连接，支竖导管设有若干根，其中一个支竖导管上部伸入到中心筒内的上部，伸入到中心筒内的支竖导管下端固定连接在十字型管的中心顶部，其余的支竖导管下端均固定连接在圆环管的顶部，连接在圆环管上的支竖导管上部向上伸入到圆筒形空腔内，支竖导管的内径小于主竖向导管的内径，支竖导管的上端均封堵，所述的出水孔均匀开设在主竖导管、圆环管、支竖导管和十字型管上，外壳下侧部设有排水口，排水口连接有排水阀。

恒温调节单元包括设置在环形隔板上方圆环形空腔内部的电加热筒，电加热筒的内圈与内胆外圆接触，电加热筒外圈的圆环形空腔内部填充有保温材料，筒盖上表面设有温度传感器，温度传感器和电加热筒均通过控制线连接有温控装置，温控装置连接有计时装置。

内胆底部在中心筒周围设有平板式电磁铁，中心筒外部套设有磁铁盘，磁铁盘的外圆与内胆的内壁滑动连接，平板式电磁铁通过穿过罐体的导线与温控装置连接，磁铁盘的下表面磁极与平板式电磁铁通电后上表面的磁极相同，磁铁盘的中心孔直径小于筒盖的外径。

采用上述技术方案,一种快速降温准确测试煤瓦斯含量的方法，包括以下步骤：

（1）打开罐盖、筒盖和料门，在中心筒和环形隔板下方的圆筒形空腔内部装入干冰粉末，注水阀连接水管，拧上筒盖，合上料门；

（2）在矿井煤层待测点打一个钻孔，在钻孔过程中取出该煤层的煤样并放入罐体的内胆内，煤样装的是内胆容积的一半时，拧紧罐盖，解吸管上端口通过软管与瓦斯解吸仪连接；

（3）打开温控装置，并打开注水阀，清水由注水口进入到导水管组件内，清水由主竖导管、圆环管、支竖导管和十字型管上的出水孔流出，当清水干冰粉末混合时干冰升华吸收周围热量，通过内胆快速降低煤样的温度；

（4）温度传感器监测到煤样温度信号传输到温控装置后，温控装置的显示屏上显示出的温度示数T等于煤层温度时，关闭注水阀；

（5）操控温控装置使平板式电磁铁通电，并且电流逐渐增大，由于磁铁盘的下表面磁极与平板式电磁铁通电后上表面的磁极相同，磁铁盘受到磁性斥力沿中心筒向上移动，直到磁铁盘受到筒盖的阻挡后停止上移，煤样被推入到进入恒温解吸区；

（6）操控温控装置，使电加热筒通电，并设置电加热筒的加热温度保持为煤层温度T,从而恒温调节内胆维持温度为T，当温度传感器监测到煤样温度为T时，打开解吸开关阀，通过计时装置设置单位提醒时间t，计时装置相当于秒表的作用，开始煤样井下解吸实验；

（7）内胆中解吸出来的游离瓦斯气体置换出瓦斯解吸仪量筒中的水柱，通过读取单位时间内量筒中的水柱减少量，即瓦斯解吸速率，得到现场瓦斯解吸量；

（8）当每分钟瓦斯解吸速率小于2ml时，停止现场测试；

（9）重复步骤（1）-（8），对另一处煤体的瓦斯含量进行测试。

本实用新型具有以下技术效果：

1、通过在罐体下部的内胆外的圆筒形空腔,内胆底部下方的圆盘形空腔和内胆中心部设置的中心筒内部填充干冰粉末，并在圆筒形空腔/圆盘形空腔和内胆中心部设置的导水管组件，当水和干冰混合时干冰升华吸收周围热量降低煤样温度，同时连接中心筒内部的干冰吸水后及时的降低煤样内部的温度，外周与中心同时降温，达到快速降低煤样在钻取过程中升温的温度。

2、通过在煤样罐内部设置温度传感器和通过电加热筒来保证内胆保持恒定温度，能够及时的读取煤样的温度和维持煤样温度的恒定。避免了传统煤样罐温度较高导致瓦斯解吸速度加快，推算出来的损失量与实际不符，导致测量的煤层瓦斯含量误差较大。

3、计时装置和温控装置可固定设置在外壳的外周侧部，便于携带，计时装置设定单位时间提醒功能，无需人工时刻对照秒表计时，并且能够提醒测量人员，防止中途遗忘读数。

4、通过干冰快速冷却后的煤样，在内胆内部通过平板式电磁铁通电后产生磁性，推动磁铁盘和其上部的煤样向上移动到电加热筒包围的内胆中，这样可使煤样在降温后迅速进入保温区间，煤样在封闭空间内移动，不会出现瓦斯的泄漏。

综上所述，本实用新型结构简单、操作方便、可靠性强，能够及时的降低煤样罐内煤样的温度，同时恒温调节还可避免温度引起的误差，可对井下不同地点煤的瓦斯含量进行现场快速测定，测试结果准确度高。

附图说明

图1是本实用新型的轴向剖面结构示意图；

图2是导水管组件的俯视图。

具体实施方式

如图1和图2所示，本实用新型的一种快速降温准确测试煤瓦斯含量的装置，包括煤样罐和瓦斯解吸仪，煤样罐包括顶部敞口呈圆筒形的罐体，罐体顶部设有罐盖1，罐盖1上设有解吸管2，解吸管2上设有解吸开关阀3，解吸管2上端口通过软管与瓦斯解吸仪连接，罐体包括双层结构的内胆4和外壳5，内胆4和外壳5的底部之间形成圆盘形空腔6，内胆4和外壳5的圆周侧部之间形成圆筒形空腔7，圆筒形空腔7内设有环形隔板8，罐体下部设有快速降温单元，罐体上部设有恒温调节单元；

快速降温单元包括与内胆4同中心线的中心筒9，中心筒9下端固定设在内胆4底部，内胆4底部中心开设有将中心筒9内部与圆盘形空腔6连通的通孔，中心筒9上端螺纹连接有筒盖10，外壳5侧部设有位于环形隔板8下方的注水口和干冰注入口，干冰注入口沿外壳5的圆周方向至少设有两个,注水口外部连接有注水阀11，干冰注入口外部设有料门12，注水口内侧连接有导水管组件，导水管组件的上部设有若干个位于圆筒形空腔7、圆盘形空腔6和中心筒9内部的出水孔。

导水管组件包括主竖导管13、圆环管14、支竖导管15和十字型管16，主竖导管13上端与注水口连接，圆环管14水平设置在圆盘形空腔6内，十字型管16设置在圆环管14内部且十字型管16的四个端口均对应与圆环管14连接，主竖向导管下端与圆环管14顶部固定连接，支竖导管15设有若干根，其中一个支竖导管上部伸入到中心筒9内的上部，伸入到中心筒9内的支竖导管15下端固定连接在十字型管16的中心顶部，其余的支竖导管15下端均固定连接在圆环管14的顶部，连接在圆环管14上的支竖导管15上部向上伸入到圆筒形空腔7内，支竖导管15的内径小于主竖向导管的内径，支竖导管15的上端均封堵，所述的出水孔均匀开设在主竖导管13、圆环管14、支竖导管15和十字型管16上，外壳5下侧部设有排水口，排水口连接有排水阀17。

恒温调节单元包括设置在环形隔板8上方圆环形空腔内部的电加热筒18，电加热筒18的内圈与内胆4外圆接触，电加热筒18外圈的圆环形空腔内部填充有保温材料19，筒盖10上表面设有温度传感器20，温度传感器20和电加热筒18均通过控制线连接有温控装置，温控装置连接有计时装置。

内胆4底部在中心筒9周围设有平板式电磁铁21，中心筒9外部套设有磁铁盘22，磁铁盘22的外圆与内胆4的内壁滑动连接，平板式电磁铁21通过穿过罐体的导线与温控装置连接，磁铁盘22的下表面磁极与平板式电磁铁21通电后上表面的磁极相同，磁铁盘22的中心孔直径小于筒盖10的外径。

一种快速降温准确测试煤瓦斯含量的方法，包括以下步骤：

（1）打开罐盖1、筒盖10和料门12，在中心筒9和环形隔板8下方的圆筒形空腔7内部装入干冰粉末，注水阀11连接水管，拧上筒盖10，合上料门12；

（2）在矿井煤层待测点打一个钻孔，在钻孔过程中取出该煤层的煤样并放入罐体的内胆4内，煤样装的是内胆4容积的一半时，拧紧罐盖1，解吸管2上端口通过软管与瓦斯解吸仪连接；

（3）打开温控装置，并打开注水阀11，清水由注水口进入到导水管组件内，清水由主竖导管13、圆环管14、支竖导管15和十字型管16上的出水孔流出，当清水干冰粉末混合时干冰升华吸收周围热量，通过内胆4快速降低煤样的温度；

（4）温度传感器20监测到煤样温度信号传输到温控装置后，温控装置的显示屏上显示出的温度示数T等于煤层温度时，关闭注水阀11；

（5）操控温控装置使平板式电磁铁21通电，并且电流逐渐增大，由于磁铁盘22的下表面磁极与平板式电磁铁21通电后上表面的磁极相同，磁铁盘22受到磁性斥力沿中心筒9向上移动，直到磁铁盘22受到筒盖10的阻挡后停止上移，煤样被推入到进入恒温解吸区；

（6）操控温控装置，使电加热筒18通电，并设置电加热筒18的加热温度保持为煤层温度T,从而恒温调节内胆4维持温度为T，当温度传感器20监测到煤样温度为T时，打开解吸开关阀3，通过计时装置设置单位提醒时间t，计时装置相当于秒表的作用，开始煤样井下解吸实验；

（7）内胆4中解吸出来的游离瓦斯气体置换出瓦斯解吸仪量筒中的水柱，通过读取单位时间内量筒中的水柱减少量，即瓦斯解吸速率，得到现场瓦斯解吸量；

（8）当每分钟瓦斯解吸速率小于2ml时，停止现场测试；

（9）重复步骤（1）-（8），对另一处煤体的瓦斯含量进行测试。

本实用新型中的温控装置、计时装置和瓦斯解吸仪均为现有成熟技术，具体构造不再赘述。

本实施例并非对本实用新型的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的保护范围。

Claims (4)

1.一种快速降温准确测试煤瓦斯含量的装置，包括煤样罐和瓦斯解吸仪，煤样罐包括顶部敞口呈圆筒形的罐体，罐体顶部设有罐盖，罐盖上设有解吸管，解吸管上设有解吸开关阀，解吸管上端口通过软管与瓦斯解吸仪连接，其特征在于：罐体包括双层结构的内胆和外壳，内胆和外壳的底部之间形成圆盘形空腔，内胆和外壳的圆周侧部之间形成圆筒形空腔，圆筒形空腔内设有环形隔板，罐体下部设有快速降温单元，罐体上部设有恒温调节单元；

快速降温单元包括与内胆同中心线的中心筒，中心筒下端固定设在内胆底部，内胆底部中心开设有将中心筒内部与圆盘形空腔连通的通孔，中心筒上端螺纹连接有筒盖，外壳侧部设有位于环形隔板下方的注水口和干冰注入口，注水口外部连接有注水阀，干冰注入口外部设有料门，注水口内侧连接有导水管组件，导水管组件的上部设有若干个位于圆筒形空腔、圆盘形空腔和中心筒内部的出水孔。

2.根据权利要求1所述的一种快速降温准确测试煤瓦斯含量的装置，其特征在于：导水管组件包括主竖导管、圆环管、支竖导管和十字型管，主竖导管上端与注水口连接，圆环管水平设置在圆盘形空腔内，十字型管设置在圆环管内部且十字型管的四个端口均对应与圆环管连接，主竖向导管下端与圆环管顶部固定连接，支竖导管设有若干根，其中一个支竖导管上部伸入到中心筒内的上部，伸入到中心筒内的支竖导管下端固定连接在十字型管的中心顶部，其余的支竖导管下端均固定连接在圆环管的顶部，连接在圆环管上的支竖导管上部向上伸入到圆筒形空腔内，支竖导管的内径小于主竖向导管的内径，支竖导管的上端均封堵，所述的出水孔均匀开设在主竖导管、圆环管、支竖导管和十字型管上，外壳下侧部设有排水口，排水口连接有排水阀。

3.根据权利要求1或2所述的一种快速降温准确测试煤瓦斯含量的装置，其特征在于：恒温调节单元包括设置在环形隔板上方圆环形空腔内部的电加热筒，电加热筒的内圈与内胆外圆接触，电加热筒外圈的圆环形空腔内部填充有保温材料，筒盖上表面设有温度传感器，温度传感器和电加热筒均通过控制线连接有温控装置，温控装置连接有计时装置。

4.根据权利要求1或2所述的一种快速降温准确测试煤瓦斯含量的装置，其特征在于：内胆底部在中心筒周围设有平板式电磁铁，中心筒外部套设有磁铁盘，磁铁盘的外圆与内胆的内壁滑动连接，平板式电磁铁通过穿过罐体的导线与温控装置连接，磁铁盘的下表面磁极与平板式电磁铁通电后上表面的磁极相同，磁铁盘的中心孔直径小于筒盖的外径。

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