煤矿瓦斯抽采钻孔漏气位置检测实验室模拟系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种煤矿瓦斯抽采钻孔漏气位置检测实验室模拟系统，包括瓦斯抽采实验室模拟装置、瓦斯抽采钻孔漏气位置检测实验室模拟装置和数据采集传输系统，瓦斯抽采实验室模拟装置包括有机玻璃管、进气系统和抽气系统，有机玻璃管上设有进气孔、出气孔和多个漏气测量孔，漏气测量孔上连接有漏气测量管；瓦斯抽采钻孔漏气位置检测实验室模拟装置包括第二真空泵、三通管、第一四通管和第二四通管；数据采集传输系统包括计算机、微控制器模块和RS?485通信电路模块。本发明还公开了一种煤矿瓦斯抽采钻孔漏气位置检测实验室模拟方法。本发明设计新颖合理，实现方便，为研制瓦斯抽采钻孔漏气位置检测装置提供了可靠的依据，实用性强。
【专利说明】
煤矿瓦斯抽采钻孔漏气位置检测实验室模拟系统及方法
技术领域
[0001] 本发明属于煤矿瓦斯抽采技术领域，具体涉及一种煤矿瓦斯抽采钻孔漏气位置检 测实验室模拟系统及方法。
【背景技术】
[0002] 煤层瓦斯抽采是防治煤与瓦斯突出的主要技术措施之一，在国内外突出矿井中得 到了广泛应用。煤层瓦斯抽采效果不仅取决于煤层瓦斯生成及赋存条件，而且决定于瓦斯 抽采工程质量。我国目前大多矿井瓦斯抽采量不达标，究其原因除了煤层瓦斯基础工作做 得不够、抽放瓦斯方法选择不当外，瓦斯抽采钻孔封孔效果满足不了工程要求也是一个重 要原因，因此封孔效果与质量检测是煤层瓦斯抽采的关键。但是，现有技术中还缺乏结构简 单、设计新颖合理、使用操作方便、实用性强的瓦斯抽采钻孔漏气位置检测装置。而为了研 制出合适的瓦斯抽采钻孔漏气位置检测装置，首先就需要在实验室内进行研究，为抽采钻 孔的轴向瓦斯运移规律研究、合理封孔深度和封孔方法、提高抽采效率研究提供理论和现 实依据，为瓦斯抽采提供保障;但是，现有技术中，还缺乏切实可行的在实验室内进行煤矿 瓦斯抽采钻孔漏气位置检测的模拟系统和方法。
【发明内容】
[0003] 本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种结构简 单、设计新颖合理、实现方便、为研制瓦斯抽采钻孔漏气位置检测装置提供了可靠的依据、 实用性强、使用效果好、便于推广使用的煤矿瓦斯抽采钻孔漏气位置检测实验室模拟系统。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种煤矿瓦斯抽采钻孔漏气位 置检测实验室模拟系统，其特征在于:包括瓦斯抽采实验室模拟装置、瓦斯抽采钻孔漏气位 置检测实验室模拟装置和数据采集传输系统，所述瓦斯抽采实验室模拟装置包括用于模拟 瓦斯抽采钻孔的有机玻璃管、进气系统和抽气系统，所述有机玻璃管的一端连接有第一堵 头，所述有机玻璃管的另一端连接有第二堵头，所述有机玻璃管上靠近第一堵头的部分设 置有进气孔，所述有机玻璃管上靠近第二堵头的部分设置有出气孔，所述有机玻璃管上位 于进气孔与出气孔之间的部分均匀设置有多个漏气测量孔，所述漏气测量孔上连接有漏气 测量管，所述漏气测量管上连接有漏气开关阀门；所述进气系统包括瓦斯气体瓶和缓冲袋， 所述缓冲袋上连接有稀释阀门，所述缓冲袋的进气口通过第一进气管与瓦斯气体瓶的出气 口连接，所述瓦斯气体瓶的出气口上连接有瓦斯气体瓶开关阀，所述第一进气管上设置有 瓦斯调压阀门、第一压力传感器和进气阀门，所述缓冲袋的出气口通过第二进气管与进气 孔连接，所述第二进气管上通过第三进气管连接有进气取样袋，所述第三进气管上设置有 进气取样阀门，所述进气取样袋上连接有进气瓦斯传感器;所述抽气系统包括第一真空栗， 所述第一真空栗的进气口通过第一抽气管与出气孔连接，所述第一抽气管上设置有第二压 力传感器，所述第一真空栗的出气口通过第二抽气管连接有抽气取样袋，所述第二抽气管 上设置有抽气取样阀门，所述抽气取样袋上连接有抽气瓦斯传感器；
[0005] 所述瓦斯抽采钻孔漏气位置检测实验室模拟装置包括第二真空栗、三通管、第一 四通管和第二四通管;所述第一四通管的第一个连接端口与第二堵头连接，所述第一四通 管的第二个连接端口通过第一连接管与第二真空栗连接，所述第一四通管的第三个连接端 口上连接有密封塞，所述第一四通管的第三个连接端口与第一个连接端口相对设置，所述 第二四通管的第一个连接端口上连接有穿过密封塞伸入第一四通管内并伸入有机玻璃管 内的探测管，所述第二四通管的第二个连接端口上连接有第三压力传感器，所述第二四通 管的第三个连接端口通过第二连接管与所述第一四通管的第四个连接端口连接，所述第二 四通管的第四个连接端口上连接有漏气检测阀门，且通过第三连接管与三通管的第一个连 接端口连接，所述三通管的第二个连接端口上连接有针筒，所述三通管的第三个连接端口 上通过第四连接管连接有漏气检测瓦斯传感器；
[0006] 所述数据采集传输系统包括计算机、微控制器模块和与微控制器模块相接且用于 与计算机连接并通信的RS-485通信电路模块，所述进气瓦斯传感器的输出端、抽气瓦斯传 感器的输出端和漏气检测瓦斯传感器的输出端，以及第一压力传感器的输出端、第二压力 传感器的输出端和第三压力传感器的输出端均与微控制器模块的输入端连接，所述微控制 器模块的输出端接有用于接通或断开第一真空栗的供电回路的第一继电器和用于接通或 断开第二真空栗的供电回路的第二继电器，所述第一继电器串联在第一真空栗的供电回路 中，所述第二继电器串联在第二真空栗的供电回路中。
[0007] 上述的煤矿瓦斯抽采钻孔漏气位置检测实验室模拟系统，其特征在于:所述漏气 开关阀门、稀释阀门、进气阀门、进气取样阀门、抽气取样阀门、漏气检测阀门和瓦斯调压阀 门均为电磁阀，所述微控制器模块的输出端接有多个第一电磁阀驱动器、第二电磁阀驱动 器、第三电磁阀驱动器、第四电磁阀驱动器、第五电磁阀驱动器、第六电磁阀驱动器和第七 电磁阀驱动器，多个所述漏气开关阀门分别与多个第一电磁阀驱动器的输出端连接，所述 稀释阀门与第二电磁阀驱动器的输出端连接，所述进气阀门与第三电磁阀驱动器的输出端 连接，所述进气取样阀门与第四电磁阀驱动器的输出端连接，所述抽气取样阀门与第五电 磁阀驱动器的输出端连接，所述漏气检测阀门与第六电磁阀驱动器的输出端连接，所述瓦 斯调压阀门与第七电磁阀驱动器的输出端连接。
[0008] 上述的煤矿瓦斯抽采钻孔漏气位置检测实验室模拟系统，其特征在于:所述第二 堵头上设置有螺纹孔，所述第一四通管的第一个连接端口上设置有外螺纹且通过螺纹连接 到所述螺纹孔中的方式与第二堵头螺纹连接。
[0009] 上述的煤矿瓦斯抽采钻孔漏气位置检测实验室模拟系统，其特征在于:所述第二 四通管的第二个连接端口内设置有内螺纹，所述第三压力传感器螺纹连接在第二四通管的 第二个连接端口上。
[0010] 上述的煤矿瓦斯抽采钻孔漏气位置检测实验室模拟系统，其特征在于:所述第二 连接管为软管。
[0011] 上述的煤矿瓦斯抽采钻孔漏气位置检测实验室模拟系统，其特征在于:所述微控 制器模块为单片机。
[0012] 本发明还公开了一种方法步骤简单、实现方便的煤矿瓦斯抽采钻孔漏气位置检测 实验室模拟方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
[0013] 步骤一、对有机玻璃管进行抽真空，具体过程为:保持多个漏气开关阀门、稀释阀 门、进气阀门、进气取样阀门和漏气检测阀门均为关闭状态，所述微控制器模块通过第五电 磁阀驱动器驱动抽气取样阀门打开，并控制第一继电器接通第一真空栗的供电回路，第一 真空栗启动，对有机玻璃管进行抽真空，所述第二压力传感器对第一抽气管内的压力进行 实时检测并将检测到的压力传输给微控制器模块，微控制器模块将其接收到的压力与预先 设定的抽真空的负压阈值相比较，当其接收到的压力达到抽真空的负压阈值时，微控制器 模块通过第五电磁阀驱动器驱动抽气取样阀门关闭，并控制第一继电器断开第一真空栗的 供电回路，第一真空栗停止抽真空，微控制器模块将此时第二压力传感器检测到的压力记 为Fo并通过RS-485通信电路模块传输给计算机进行显示和存储；
[0014] 步骤二、往有机玻璃管内冲入瓦斯气体，具体过程为:打开瓦斯气体瓶开关阀，所 述微控制器模块通过第七电磁阀驱动器驱动瓦斯调压阀门打开，对瓦斯气体瓶内输出的瓦 斯气体压力进行调节，第一压力传感器对进入第一进气管内的瓦斯气体压力进行实时检测 并将检测到的瓦斯气体压强传输给微控制器模块，微控制器模块将其接收到的瓦斯气体压 力与大气压力相比较，当瓦斯气体压力与大气压力相等后，所述微控制器模块通过第三电 磁阀驱动器驱动进气阀门打开，通过第二电磁阀驱动器驱动稀释阀门打开，并通过第四电 磁阀驱动器驱动进气取样阀门打开，瓦斯气体瓶内输出的瓦斯气体通过第一进气管进入缓 冲袋，与通过稀释阀门进入缓冲袋内的空气混合，使瓦斯气体得到稀释，稀释后的瓦斯气体 通过第二进气管和进气孔进入有机玻璃管内，进气瓦斯传感器对瓦斯浓度进行实时检测并 将检测到的瓦斯浓度传输给微控制器模块，待第二压力传感器检测到的第一抽气管内的压 力稳定时，微控制器模块将此时第二压力传感器检测到的压力记为^并通过RS-485通信电 路模块传输给计算机进行显示和存储，并将此时进气瓦斯传感器检测到的瓦斯浓度通过 RS-485通信电路模块传输给计算机进行显示和存储；
[0015] 步骤三、瓦斯正常抽采过程中的瓦斯浓度测定，具体过程为:保持进气阀门、稀释 阀门和进气取样阀门均为打开状态，所述微控制器模块通过第五电磁阀驱动器驱动抽气取 样阀门打开，并控制第一继电器接通第一真空栗的供电回路，第一真空栗启动，对有机玻璃 管进行瓦斯抽采，模拟煤矿瓦斯抽采的过程，所述第二压力传感器对第一抽气管内的压力 进行实时检测并将检测到的压力传输给微控制器模块，抽气瓦斯传感器对瓦斯浓度进行实 时检测并将检测到的瓦斯浓度传输给微控制器模块，微控制器模块将其接收到的压力与预 先设定的瓦斯抽采的压力阈值相比较，当其接收到的压力达到瓦斯抽采的压力阈值时，微 控制器模块将此时第二压力传感器检测到的压力记为F 2并通过RS-485通信电路模块传输 给计算机进行显示和存储，并将此时抽气瓦斯传感器检测到的瓦斯浓度通过RS-485通信电 路模块传输给计算机进行显示和存储；
[0016] 步骤四、钻孔不同位置以及不同情况漏气的模拟，具体过程为:设漏气测量孔的数 量为N个，相应所述漏气开关阀门的数量为N个;保持步骤三中第二压力传感器检测到的压 力为^的瓦斯正常抽采的过程，微控制器模块通过第一电磁阀驱动器驱动N个漏气开关阀 门中的η个打开，依次取η为1、2、···、Ν，且η每取一个值，都取遍排列组合中所有的可能情 况，使N个漏气开关阀门中不同位置处的η个打开，对钻孔不同位置以及不同情况的漏气进 行模拟;每次模拟时，第三压力传感器对探测管内的压力进行实时检测并将检测到的压力 传输给微控制器模块，微控制器模块将第三压力传感器检测到的压力通过RS-485通信电路 模块传输给计算机进行显示和存储;而且，每次模拟时，微控制器模块通过第一电磁阀驱动 器驱动N个漏气开关阀门中的η个打开后，都在间隔1~3分钟后，通过第六电磁阀驱动器驱 动漏气检测阀门打开，并在漏气检测阀门打开后，将漏气检测阀门打开的信号通过RS-485 通信电路模块传输给计算机进行显示，实验人员看到显示在计算机上的漏气检测阀门打开 的信号后，操作针筒，使针筒的活塞向上运动，探测管内瓦斯通过第三连接管进入三通管 内，当针筒的活塞向上运动道极限位置后，实验人员在计算机上输入漏气检测阀门关闭的 控制信号，计算机将漏气检测阀门关闭的控制信号通过RS-485通信电路模块传输给微控制 器模块，微控制器模块通过第六电磁阀驱动器驱动漏气检测阀门关闭，并在漏气检测阀门 关闭后，将漏气检测阀门关闭的信号通过RS-485通信电路模块传输给计算机进行显示，实 验人员看到显示在计算机上的漏气检测阀门关闭的信号后，操作针筒，使针筒的活塞向下 运动，三通管内的瓦斯通过第四连接管进入漏气检测瓦斯传感器，漏气检测瓦斯传感器对 瓦斯浓度进行实时检测并将检测到的瓦斯浓度传输给微控制器模块，微控制器模块将漏气 检测瓦斯传感器检测到的瓦斯浓度通过RS-485通信电路模块传输给计算机进行显示和存 储。
[0017] 本发明与现有技术相比具有以下优点：
[0018] 1、本发明煤矿瓦斯抽采钻孔漏气位置检测实验室模拟系统的结构简单，设计新颖 合理，实现方便。
[0019] 2、本发明通过实验室模拟的方式检测负压状态下抽采钻孔内不同深度处的瓦斯 浓度、抽采负压等，能够为抽采钻孔的轴向瓦斯运移规律研究、合理封孔深度和封孔方法研 究提供理论和现实依据。
[0020] 3、经过本发明，能够有效验证瓦斯抽采钻孔漏气位置检测装置的有效性，依据本 发明研制的瓦斯抽采钻孔漏气位置检测装置，能够有效能够针对井下钻孔封孔后的漏气情 况进行检测，对封孔管、封孔段、煤体裂隙等位置进行漏气检测，有效的漏气位置判定可以 确定合理封孔深度，优化封孔工艺;通过采用瓦斯抽采钻孔漏气位置检测装置定期对钻孔 漏气位置检测，能够防止塌孔和废孔的出现，提高了钻孔的布置方案，也为瓦斯抽采提供了 保障，有助于提高瓦斯抽采效率。
[0021] 4、本发明煤矿瓦斯抽采钻孔漏气位置检测实验室模拟方法的方法步骤简单，实现 方便。
[0022] 5、本发明能够真实模拟煤矿瓦斯抽采钻孔漏气位置检测，为研制瓦斯抽采钻孔漏 气位置检测装置提供了可靠的依据，实用性强，使用效果好，便于推广使用。
[0023]综上所述，本发明的设计新颖合理，实现方便，为研制瓦斯抽采钻孔漏气位置检测 装置提供了可靠的依据，实用性强，使用效果好，便于推广使用。
[0024] 下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
【附图说明】
[0025] 图1为本发明煤矿瓦斯抽采钻孔漏气位置检测实验室模拟系统的结构示意图（图 中未示出数据采集传输系统）。
[0026] 图2为本发明数据采集传输系统的电路原理框图。
[0027] 图3为本发明煤矿瓦斯抽采钻孔漏气位置检测实验室模拟方法的流程框图。
[0028] 附图标记说明：
[0029] 1 一有机玻璃管； 2-进气孔； 3-漏气测量孔；
[0030] 4 一出气孔； 5-1-第一堵头； 5-2-第二堵头；
[0031] 6一瓦斯气体瓶； 7-第一进气管； 8一第一压力传感器；
[0032] 9 一进气阀门； 10-缓冲袋； 11 一稀释阀门；
[0033] 12-进气取样阀门； 13-进气瓦斯传感器；14 一进气取样袋；
[0034] 15-第二压力传感器； 16-第一抽气管； 17-第一真空栗；
[0035] 18 一第七电磁阀驱动器；19 一抽气取样阀门； 20-抽气取样袋；
[0036] 21-抽气瓦斯传感器； 22-第一四通管； 23-密封塞；
[0037] 24-第二四通管； 25-探测管； 26-第三压力传感器；
[0038] 27-第二连接管； 28-漏气检测阀门； 29-针筒；
[0039] 30-三通管； 31-漏气检测瓦斯传感器；
[0040] 32-第一连接管； 33-第二真空栗； 34-漏气测量管；
[00411 35-漏气开关阀门； 36-第二进气管； 37-第三进气管；
[0042] 38-第二抽气管； 39-第四连接管； 40-计算机；
[0043] 41 一微控制器模块； 42-RS-485通信电路模块；
[0044] 43-第一继电器； 44 一第二继电器；
[0045] 45-第一电磁阀驱动器；46-第二电磁阀驱动器；
[0046] 47-第三电磁阀驱动器；48-第四电磁阀驱动器；
[0047] 49 一第五电磁阀驱动器；50-第六电磁阀驱动器；
[0048] 51-瓦斯气体瓶开关阀；52-瓦斯调压阀门；
[0049] 53-第三连接管。
【具体实施方式】
[0050] 如图1所示，本发明的煤矿瓦斯抽采钻孔漏气位置检测实验室模拟系统，包括瓦斯 抽采实验室模拟装置、瓦斯抽采钻孔漏气位置检测实验室模拟装置和数据采集传输系统， 所述瓦斯抽采实验室模拟装置包括用于模拟瓦斯抽采钻孔的有机玻璃管1、进气系统和抽 气系统，所述有机玻璃管1的一端连接有第一堵头5-1，所述有机玻璃管1的另一端连接有第 二堵头5-2，所述有机玻璃管1上靠近第一堵头5-1的部分设置有进气孔2，所述有机玻璃管1 上靠近第二堵头5-2的部分设置有出气孔4,所述有机玻璃管1上位于进气孔2与出气孔4之 间的部分均匀设置有多个漏气测量孔3,所述漏气测量孔3上连接有漏气测量管34,所述漏 气测量管34上连接有漏气开关阀门35;所述进气系统包括瓦斯气体瓶6和缓冲袋10,所述缓 冲袋10上连接有稀释阀门11，所述缓冲袋10的进气口通过第一进气管7与瓦斯气体瓶6的出 气口连接，所述瓦斯气体瓶6的出气口上连接有瓦斯气体瓶开关阀51，所述第一进气管7上 设置有瓦斯调压阀门52、第一压力传感器8和进气阀门9,所述缓冲袋10的出气口通过第二 进气管36与进气孔2连接，所述第二进气管36上通过第三进气管37连接有进气取样袋14，所 述第三进气管37上设置有进气取样阀门12，所述进气取样袋14上连接有进气瓦斯传感器 13;所述抽气系统包括第一真空栗17,所述第一真空栗17的进气口通过第一抽气管16与出 气孔4连接，所述第一抽气管16上设置有第二压力传感器15,所述第一真空栗17的出气口通 过第二抽气管38连接有抽气取样袋20,所述第二抽气管38上设置有抽气取样阀门19,所述 抽气取样袋20上连接有抽气瓦斯传感器21;
[0051]所述瓦斯抽采钻孔漏气位置检测实验室模拟装置包括第二真空栗33、三通管30、 第一四通管22和第二四通管24;所述第一四通管22的第一个连接端口与第二堵头5-2连接， 所述第一四通管22的第二个连接端口通过第一连接管32与第二真空栗33连接，所述第一四 通管22的第三个连接端口上连接有密封塞23，所述第一四通管22的第三个连接端口与第一 个连接端口相对设置，所述第二四通管24的第一个连接端口上连接有穿过密封塞23伸入第 一四通管22内并伸入有机玻璃管1内的探测管25,所述第二四通管24的第二个连接端口上 连接有第三压力传感器26,所述第二四通管24的第三个连接端口通过第二连接管27与所述 第一四通管22的第四个连接端口连接，所述第二四通管24的第四个连接端口上连接有漏气 检测阀门28,且通过第三连接管53与三通管30的第一个连接端口连接，所述三通管30的第 二个连接端口上连接有针筒29，所述三通管30的第三个连接端口上通过第四连接管39连接 有漏气检测瓦斯传感器31;
[0052]如图2所示，所述数据采集传输系统包括计算机40、微控制器模块41和与微控制器 模块41相接且用于与计算机40连接并通信的RS-485通信电路模块42,所述进气瓦斯传感器 13的输出端、抽气瓦斯传感器21的输出端和漏气检测瓦斯传感器31的输出端，以及第一压 力传感器8的输出端、第二压力传感器15的输出端和第三压力传感器26的输出端均与微控 制器模块41的输入端连接，所述微控制器模块41的输出端接有用于接通或断开第一真空栗 17的供电回路的第一继电器43和用于接通或断开第二真空栗33的供电回路的第二继电器 44,所述第一继电器43串联在第一真空栗17的供电回路中，所述第二继电器44串联在第二 真空栗33的供电回路中。
[0053]本实施例中，如图2所示，所述漏气开关阀门35、稀释阀门11、进气阀门9、进气取样 阀门12、抽气取样阀门19、漏气检测阀门28和瓦斯调压阀门52均为电磁阀，所述微控制器模 块41的输出端接有多个第一电磁阀驱动器45、第二电磁阀驱动器46、第三电磁阀驱动器47、 第四电磁阀驱动器48、第五电磁阀驱动器49、第六电磁阀驱动器50和第七电磁阀驱动器18， 多个所述漏气开关阀门35分别与多个第一电磁阀驱动器45的输出端连接，所述稀释阀门11 与第二电磁阀驱动器46的输出端连接，所述进气阀门9与第三电磁阀驱动器47的输出端连 接，所述进气取样阀门12与第四电磁阀驱动器48的输出端连接，所述抽气取样阀门19与第 五电磁阀驱动器49的输出端连接，所述漏气检测阀门28与第六电磁阀驱动器50的输出端连 接，所述瓦斯调压阀门52与第七电磁阀驱动器18的输出端连接。
[0054]本实施例中，所述第二堵头5-2上设置有螺纹孔，所述第一四通管22的第一个连接 端口上设置有外螺纹且通过螺纹连接到所述螺纹孔中的方式与第二堵头5-2螺纹连接。 [0055]本实施例中，所述第二四通管24的第二个连接端口内设置有内螺纹，所述第三压 力传感器26螺纹连接在第二四通管24的第二个连接端口上。
[0056]本实施例中，所述第二连接管27为软管。
[0057]本实施例中，所述微控制器模块41为单片机。
[0058] 如图3所示，本发明的煤矿瓦斯抽采钻孔漏气位置检测实验室模拟方法，包括以下 步骤：
[0059] 步骤一、对有机玻璃管1进行抽真空，具体过程为:保持多个漏气开关阀门35、稀释 阀门11、进气阀门9、进气取样阀门12和漏气检测阀门28均为关闭状态，所述微控制器模块 41通过第五电磁阀驱动器49驱动抽气取样阀门19打开，并控制第一继电器43接通第一真空 栗17的供电回路，第一真空栗17启动，对有机玻璃管1进行抽真空，所述第二压力传感器15 对第一抽气管16内的压力进行实时检测并将检测到的压力传输给微控制器模块41，微控制 器模块41将其接收到的压力与预先设定的抽真空的负压阈值相比较，当其接收到的压力达 到抽真空的负压阈值时，微控制器模块41通过第五电磁阀驱动器49驱动抽气取样阀门19关 闭，并控制第一继电器43断开第一真空栗17的供电回路，第一真空栗17停止抽真空，微控制 器模块41将此时第二压力传感器15检测到的压力记为Fo并通过RS-485通信电路模块42传 输给计算机40进行显示和存储；
[0060] 步骤二、往有机玻璃管1内冲入瓦斯气体，具体过程为:打开瓦斯气体瓶开关阀51， 所述微控制器模块41通过第七电磁阀驱动器18驱动瓦斯调压阀门52打开，对瓦斯气体瓶6 内输出的瓦斯气体压力进行调节，第一压力传感器8对进入第一进气管7内的瓦斯气体压力 进行实时检测并将检测到的瓦斯气体压强传输给微控制器模块41，微控制器模块41将其接 收到的瓦斯气体压力与大气压力相比较，当瓦斯气体压力与大气压力相等后，所述微控制 器模块41通过第三电磁阀驱动器47驱动进气阀门9打开，通过第二电磁阀驱动器46驱动稀 释阀门11打开，并通过第四电磁阀驱动器48驱动进气取样阀门12打开，瓦斯气体瓶6内输出 的瓦斯气体通过第一进气管7进入缓冲袋10,与通过稀释阀门11进入缓冲袋10内的空气混 合，使瓦斯气体得到稀释，稀释后的瓦斯气体通过第二进气管36和进气孔2进入有机玻璃管 1内，进气瓦斯传感器13对瓦斯浓度进行实时检测并将检测到的瓦斯浓度传输给微控制器 模块41，待第二压力传感器15检测到的第一抽气管16内的压力稳定时，微控制器模块41将 此时第二压力传感器15检测到的压力记为F 1并通过RS-485通信电路模块42传输给计算机 40进行显示和存储，并将此时进气瓦斯传感器13检测到的瓦斯浓度通过RS-485通信电路模 块42传输给计算机40进行显示和存储；
[0061] 步骤三、瓦斯正常抽采过程中的瓦斯浓度测定，具体过程为:保持进气阀门9、稀释 阀门11和进气取样阀门12均为打开状态，所述微控制器模块41通过第五电磁阀驱动器49驱 动抽气取样阀门19打开，并控制第一继电器43接通第一真空栗17的供电回路，第一真空栗 17启动，对有机玻璃管1进行瓦斯抽采，模拟煤矿瓦斯抽采的过程，所述第二压力传感器15 对第一抽气管16内的压力进行实时检测并将检测到的压力传输给微控制器模块41，抽气瓦 斯传感器21对瓦斯浓度进行实时检测并将检测到的瓦斯浓度传输给微控制器模块41，微控 制器模块41将其接收到的压力与预先设定的瓦斯抽采的压力阈值相比较，当其接收到的压 力达到瓦斯抽采的压力阈值时，微控制器模块41将此时第二压力传感器15检测到的压力记 为F 2并通过RS-485通信电路模块42传输给计算机40进行显示和存储，并将此时抽气瓦斯传 感器21检测到的瓦斯浓度通过RS-485通信电路模块42传输给计算机40进行显示和存储；
[0062] 步骤四、钻孔不同位置以及不同情况漏气的模拟，具体过程为：设漏气测量孔3的 数量为N个，相应所述漏气开关阀门35的数量为N个;保持步骤三中第二压力传感器15检测 到的压力为F 2的瓦斯正常抽采的过程，微控制器模块41通过第一电磁阀驱动器45驱动N个 漏气开关阀门35中的η个打开，依次取η为1、2、···、Ν，且η每取一个值，都取遍排列组合中 所有的可能情况，使N个漏气开关阀门35中不同位置处的η个打开，对钻孔不同位置以及不 同情况的漏气进行模拟;每次模拟时，第三压力传感器26对探测管25内的压力进行实时检 测并将检测到的压力传输给微控制器模块41，微控制器模块41将第三压力传感器26检测到 的压力通过RS-485通信电路模块42传输给计算机40进行显示和存储;而且，每次模拟时，微 控制器模块41通过第一电磁阀驱动器45驱动N个漏气开关阀门35中的η个打开后，都在间隔 1~3分钟后，通过第六电磁阀驱动器50驱动漏气检测阀门28打开，并在漏气检测阀门28打 开后，将漏气检测阀门28打开的信号通过RS-485通信电路模块42传输给计算机40进行显 示，实验人员看到显示在计算机40上的漏气检测阀门28打开的信号后，操作针筒29,使针筒 29的活塞向上运动，探测管25内瓦斯通过第三连接管53进入三通管30内，当针筒29的活塞 向上运动道极限位置后，实验人员在计算机40上输入漏气检测阀门28关闭的控制信号，计 算机40将漏气检测阀门28关闭的控制信号通过RS-485通信电路模块42传输给微控制器模 块41，微控制器模块41通过第六电磁阀驱动器50驱动漏气检测阀门28关闭，并在漏气检测 阀门28关闭后，将漏气检测阀门28关闭的信号通过RS-485通信电路模块42传输给计算机40 进行显示，实验人员看到显示在计算机40上的漏气检测阀门28关闭的信号后，操作针筒29， 使针筒29的活塞向下运动，三通管30内的瓦斯通过第四连接管39进入漏气检测瓦斯传感器 31，漏气检测瓦斯传感器31对瓦斯浓度进行实时检测并将检测到的瓦斯浓度传输给微控制 器模块41，微控制器模块41将漏气检测瓦斯传感器31检测到的瓦斯浓度通过RS-485通信电 路模块42传输给计算机40进行显示和存储。
[0063]本实施例中，所述N的取值为6,即所述漏气测量孔3和漏气开关阀门35的数量均为 6个;6个所述漏气测量孔3分别为漏气测量孔AU漏气测量孔A2、漏气测量孔A3、漏气测量孔 A4、漏气测量孔A5和漏气测量孔A6，步骤四中的各次模拟分别为：
[0064] (1)取η为1，取遍排列组合中所有的可能情况，使6个漏气开关阀门35中不同 位置处的1个打开，对钻孔不同位置处单个漏气测量孔3漏气进行模拟；
[0065] (2)取η为2,取遍排列组合Cf =15中所有的可能情况，使6个漏气开关阀门35中不 同位置处的2个打开，对钻孔不同位置处两个漏气测量孔3漏气进行模拟；
[0066] (3)取η为3,取遍排列组合二20中所有的可能情况，使6个漏气开关阀门35中不 同位置处的3个打开，对钻孔不同位置处三个漏气测量孔3漏气进行模拟；
[0067] (4)取η为4,取遍排列组合C64=15中所有的可能情况，使6个漏气开关阀门35中不 同位置处的4个打开，对钻孔不同位置处四个漏气测量孔3漏气进行模拟；
[0068] (5)取η为5,取遍排列组合< =6中所有的可能情况，使6个漏气开关阀门35中不同 位置处的5个打开，对钻孔不同位置处五个漏气测量孔3漏气进行模拟；
[0069] (6)取η为6,取遍排列组合中所有的可能情况，即使6个漏气开关阀门35全部 打开，对钻孔六个漏气测量孔3漏气进行模拟。
[0070] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明 技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技 术方案的保护范围内。
【主权项】
1. 一种煤矿瓦斯抽采钻孔漏气位置检测实验室模拟系统，其特征在于:包括瓦斯抽采 实验室模拟装置、瓦斯抽采钻孔漏气位置检测实验室模拟装置和数据采集传输系统，所述 瓦斯抽采实验室模拟装置包括用于模拟瓦斯抽采钻孔的有机玻璃管（1)、进气系统和抽气 系统，所述有机玻璃管（1)的一端连接有第一堵头(5-1 )，所述有机玻璃管（1)的另一端连接 有第二堵头(5-2)，所述有机玻璃管（1)上靠近第一堵头(5-1)的部分设置有进气孔(2)，所 述有机玻璃管（1)上靠近第二堵头(5-2)的部分设置有出气孔(4 )，所述有机玻璃管（1)上位 于进气孔(2)与出气孔(4)之间的部分均匀设置有多个漏气测量孔(3)，所述漏气测量孔(3) 上连接有漏气测量管（34)，所述漏气测量管（34)上连接有漏气开关阀门（35);所述进气系 统包括瓦斯气体瓶(6)和缓冲袋（10)，所述缓冲袋(10)上连接有稀释阀门（11)，所述缓冲袋 (10)的进气口通过第一进气管(7)与瓦斯气体瓶(6)的出气口连接，所述瓦斯气体瓶(6)的 出气口上连接有瓦斯气体瓶开关阀（51)，所述第一进气管(7)上设置有瓦斯调压阀门（52)、 第一压力传感器(8)和进气阀门（9)，所述缓冲袋(10)的出气口通过第二进气管(36)与进气 孔(2)连接，所述第二进气管(36)上通过第三进气管(37)连接有进气取样袋（14)，所述第三 进气管（37)上设置有进气取样阀门（12)，所述进气取样袋（14)上连接有进气瓦斯传感器 (13);所述抽气系统包括第一真空栗（17)，所述第一真空栗（17)的进气口通过第一抽气管 (16)与出气孔(4)连接，所述第一抽气管（16)上设置有第二压力传感器(15)，所述第一真空 栗（17)的出气口通过第二抽气管(38)连接有抽气取样袋(20)，所述第二抽气管(38)上设置 有抽气取样阀门（19)，所述抽气取样袋(20)上连接有抽气瓦斯传感器(21); 所述瓦斯抽采钻孔漏气位置检测实验室模拟装置包括第二真空栗(33)、三通管（30)、 第一四通管（22)和第二四通管（24);所述第一四通管（22)的第一个连接端口与第二堵头 (5-2)连接，所述第一四通管（22)的第二个连接端口通过第一连接管（32)与第二真空栗 (33)连接，所述第一四通管（22)的第三个连接端口上连接有密封塞(23 )，所述第一四通管 (22)的第三个连接端口与第一个连接端口相对设置，所述第二四通管(24)的第一个连接端 口上连接有穿过密封塞（23)伸入第一四通管（22)内并伸入有机玻璃管（1)内的探测管 (25 )，所述第二四通管（24)的第二个连接端口上连接有第三压力传感器(26 )，所述第二四 通管（24)的第三个连接端口通过第二连接管(27)与所述第一四通管(22)的第四个连接端 口连接，所述第二四通管（24)的第四个连接端口上连接有漏气检测阀门（28)，且通过第三 连接管(53)与三通管(30)的第一个连接端口连接，所述三通管(30)的第二个连接端口上连 接有针筒(29 )，所述三通管(30)的第三个连接端口上通过第四连接管(39)连接有漏气检测 瓦斯传感器(31); 所述数据采集传输系统包括计算机(40)、微控制器模块(41)和与微控制器模块(41)相 接且用于与计算机(40)连接并通信的RS-485通信电路模块(42)，所述进气瓦斯传感器（13) 的输出端、抽气瓦斯传感器(21)的输出端和漏气检测瓦斯传感器(31)的输出端，以及第一 压力传感器(8)的输出端、第二压力传感器（15)的输出端和第三压力传感器(26)的输出端 均与微控制器模块(41)的输入端连接，所述微控制器模块(41)的输出端接有用于接通或断 开第一真空栗（17)的供电回路的第一继电器(43)和用于接通或断开第二真空栗(33)的供 电回路的第二继电器(44)，所述第一继电器(43)串联在第一真空栗（17)的供电回路中，所 述第二继电器(44)串联在第二真空栗(33)的供电回路中。2. 按照权利要求1所述的煤矿瓦斯抽采钻孔漏气位置检测实验室模拟系统，其特征在 于:所述漏气开关阀门（35)、稀释阀门（11)、进气阀门（9)、进气取样阀门（12)、抽气取样阀 门（19)、漏气检测阀门（28)和瓦斯调压阀门（52)均为电磁阀，所述微控制器模块(41)的输 出端接有多个第一电磁阀驱动器(45)、第二电磁阀驱动器(46)、第三电磁阀驱动器(47)、第 四电磁阀驱动器(48)、第五电磁阀驱动器(49)、第六电磁阀驱动器(50)和第七电磁阀驱动 器（18)，多个所述漏气开关阀门（35)分别与多个第一电磁阀驱动器(45)的输出端连接，所 述稀释阀门（11)与第二电磁阀驱动器(46)的输出端连接，所述进气阀门（9)与第三电磁阀 驱动器(47)的输出端连接，所述进气取样阀门（12)与第四电磁阀驱动器(48)的输出端连 接，所述抽气取样阀门（19)与第五电磁阀驱动器（49)的输出端连接，所述漏气检测阀门 (28)与第六电磁阀驱动器(50)的输出端连接，所述瓦斯调压阀门（52)与第七电磁阀驱动器 (18)的输出端连接。3. 按照权利要求1所述的煤矿瓦斯抽采钻孔漏气位置检测实验室模拟系统，其特征在 于:所述第二堵头(5-2)上设置有螺纹孔，所述第一四通管(22)的第一个连接端口上设置有 外螺纹且通过螺纹连接到所述螺纹孔中的方式与第二堵头(5-2)螺纹连接。4. 按照权利要求1所述的煤矿瓦斯抽采钻孔漏气位置检测实验室模拟系统，其特征在 于:所述第二四通管(24)的第二个连接端口内设置有内螺纹，所述第三压力传感器(26)螺 纹连接在第二四通管(24)的第二个连接端口上。5. 按照权利要求1所述的煤矿瓦斯抽采钻孔漏气位置检测实验室模拟系统，其特征在 于:所述第二连接管(27)为软管。6. 按照权利要求1所述的煤矿瓦斯抽采钻孔漏气位置检测实验室模拟系统，其特征在 于:所述微控制器模块(41)为单片机。7. -种利用如按照权利要求2所述的煤矿瓦斯抽采钻孔漏气位置检测实验室模拟系统 进行煤矿瓦斯抽采钻孔漏气位置检测实验室模拟的方法，其特征在于，该方法包括以下步 骤： 步骤一、对有机玻璃管（1)进行抽真空，具体过程为:保持多个漏气开关阀门（35)、稀释 阀门（11)、进气阀门（9)、进气取样阀门（12)和漏气检测阀门（28)均为关闭状态，所述微控 制器模块(41)通过第五电磁阀驱动器(49)驱动抽气取样阀门（19)打开，并控制第一继电器 (43)接通第一真空栗（17)的供电回路，第一真空栗（17)启动，对有机玻璃管（1)进行抽真 空，所述第二压力传感器(15)对第一抽气管（16)内的压力进行实时检测并将检测到的压力 传输给微控制器模块(41)，微控制器模块(41)将其接收到的压力与预先设定的抽真空的负 压阈值相比较，当其接收到的压力达到抽真空的负压阈值时，微控制器模块(41)通过第五 电磁阀驱动器(49)驱动抽气取样阀门（19)关闭，并控制第一继电器(43)断开第一真空栗 (17)的供电回路，第一真空栗（17)停止抽真空，微控制器模块(41)将此时第二压力传感器 (15)检测到的压力记为F〇并通过RS-485通信电路模块(42)传输给计算机(40)进行显示和 存储； 步骤二、往有机玻璃管（1)内冲入瓦斯气体，具体过程为:打开瓦斯气体瓶开关阀（51)， 所述微控制器模块(41)通过第七电磁阀驱动器（18)驱动瓦斯调压阀门（52)打开，对瓦斯气 体瓶(6)内输出的瓦斯气体压力进行调节，第一压力传感器(8)对进入第一进气管(7)内的 瓦斯气体压力进行实时检测并将检测到的瓦斯气体压强传输给微控制器模块(41)，微控制 器模块(41)将其接收到的瓦斯气体压力与大气压力相比较，当瓦斯气体压力与大气压力相 等后，所述微控制器模块(41)通过第三电磁阀驱动器(47)驱动进气阀门（9)打开，通过第二 电磁阀驱动器(46)驱动稀释阀门（11)打开，并通过第四电磁阀驱动器(48)驱动进气取样阀 门（12)打开，瓦斯气体瓶(6)内输出的瓦斯气体通过第一进气管(7)进入缓冲袋（10)，与通 过稀释阀门（11)进入缓冲袋（10)内的空气混合，使瓦斯气体得到稀释，稀释后的瓦斯气体 通过第二进气管(36)和进气孔(2)进入有机玻璃管（1)内，进气瓦斯传感器(13)对瓦斯浓度 进行实时检测并将检测到的瓦斯浓度传输给微控制器模块(41)，待第二压力传感器（15)检 测到的第一抽气管（16)内的压力稳定时，微控制器模块(41)将此时第二压力传感器（15)检 测到的压力记为^并通过RS-485通信电路模块(42)传输给计算机(40)进行显示和存储，并 将此时进气瓦斯传感器（13)检测到的瓦斯浓度通过RS-485通信电路模块(42)传输给计算 机(40)进行显示和存储； 步骤三、瓦斯正常抽采过程中的瓦斯浓度测定，具体过程为:保持进气阀门（9)、稀释阀 门（11)和进气取样阀门（12)均为打开状态，所述微控制器模块(41)通过第五电磁阀驱动器 (49)驱动抽气取样阀门（19)打开，并控制第一继电器(43)接通第一真空栗（17)的供电回 路，第一真空栗（17)启动，对有机玻璃管（1)进行瓦斯抽采，模拟煤矿瓦斯抽采的过程，所述 第二压力传感器（15)对第一抽气管（16)内的压力进行实时检测并将检测到的压力传输给 微控制器模块(41)，抽气瓦斯传感器(21)对瓦斯浓度进行实时检测并将检测到的瓦斯浓度 传输给微控制器模块(41)，微控制器模块(41)将其接收到的压力与预先设定的瓦斯抽采的 压力阈值相比较，当其接收到的压力达到瓦斯抽采的压力阈值时，微控制器模块(41)将此 时第二压力传感器（15)检测到的压力记为F 2并通过RS-485通信电路模块(42)传输给计算 机(40)进行显示和存储，并将此时抽气瓦斯传感器(21)检测到的瓦斯浓度通过RS-485通信 电路模块(42)传输给计算机(40)进行显示和存储； 步骤四、钻孔不同位置以及不同情况漏气的模拟，具体过程为:设漏气测量孔(3)的数 量为N个，相应所述漏气开关阀门（35)的数量为N个;保持步骤三中第二压力传感器（15)检 测到的压力为^的瓦斯正常抽采的过程，微控制器模块(41)通过第一电磁阀驱动器(45)驱 动N个漏气开关阀门（35)中的η个打开，依次取η为1、2、一、1且11每取一个值，都取遍排列组 合中所有的可能情况，使Ν个漏气开关阀门（35)中不同位置处的η个打开，对钻孔不同位 置以及不同情况的漏气进行模拟;每次模拟时，第三压力传感器(26)对探测管（25)内的压 力进行实时检测并将检测到的压力传输给微控制器模块(41)，微控制器模块(41)将第三压 力传感器(26)检测到的压力通过RS-485通信电路模块(42)传输给计算机(40)进行显示和 存储;而且，每次模拟时，微控制器模块(41)通过第一电磁阀驱动器(45)驱动N个漏气开关 阀门（35)中的η个打开后，都在间隔1~3分钟后，通过第六电磁阀驱动器(50)驱动漏气检测 阀门（28)打开，并在漏气检测阀门（28)打开后，将漏气检测阀门（28)打开的信号通过RS-485 通信电路模块 (42) 传输给计算机 (40) 进行显示，实验人员看到显示在计算机 (40) 上的 漏气检测阀门（28)打开的信号后，操作针筒(29)，使针筒(29)的活塞向上运动，探测管(25) 内瓦斯通过第三连接管（53)进入三通管（30)内，当针筒（29)的活塞向上运动道极限位置 后，实验人员在计算机(40)上输入漏气检测阀门（28)关闭的控制信号，计算机(40)将漏气 检测阀门（28)关闭的控制信号通过RS-485通信电路模块(42)传输给微控制器模块(41)，微 控制器模块(41)通过第六电磁阀驱动器(50)驱动漏气检测阀门（28)关闭，并在漏气检测阀 门（28)关闭后，将漏气检测阀门（28)关闭的信号通过RS-485通信电路模块(42)传输给计算 机(40)进行显示，实验人员看到显示在计算机(40)上的漏气检测阀门（28)关闭的信号后， 操作针筒(29)，使针筒(29)的活塞向下运动，三通管(30)内的瓦斯通过第四连接管(39)进 入漏气检测瓦斯传感器(31)，漏气检测瓦斯传感器(31)对瓦斯浓度进行实时检测并将检测 到的瓦斯浓度传输给微控制器模块(41)，微控制器模块(41)将漏气检测瓦斯传感器(31)检 测到的瓦斯浓度通过RS-485通信电路模块(42)传输给计算机(40)进行显示和存储。
【文档编号】G09B25/02GK106057061SQ201610680939
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年8月17日
【发明人】张天军, 宋爽, 李树刚, 张超, 包若羽, 王乾, 张磊, 尚宏波, 魏文伟, 董晓刚, 石涛
【申请人】西安科技大学