800r/min并移动活塞34下移运行5s后停止运行;关闭电磁阀一 18、电磁阀32，打开阀门一6、阀门二 1、电磁阀二21、电磁阀三22、电磁阀四23;旋转三通阀一5，接入抽真空模块，切断高压气源模块，系统抽真空至10kPa;后，旋转三通一5，接入高压气源模块切断抽真空模块，对系统迅速充气，使压力传感器一、压力传感器二31同时为某一正压值P(该值为目标压力初始值)；后，关闭电磁阀二21、电磁阀三22、电磁阀四23，吸附容器12内煤样进行吸附平衡；同时对PLC控制器31设定实验所需压力与时间的变化函数(当变化函数为常函数时对应着恒正压，为压力随时间变化的函数时对应变正压)。
[0041]③动态钻肩模拟。待吸附平衡达到目标压力值后，旋转三通一5切断抽真空模块及高压气源模块并设定电磁调速电机7转速;开始解吸时，迅速打开电磁调速电机7使搅拌桨13以设定转速运动。
[0042]④系统环境压力形成与维持。随着瓦斯解吸的不断进行，系统内瓦斯压力将发生波动。根据事先在PLC控制器29输入的压力随时间变化函数关系，维压容器33内的压力变化将会被压力传感器31感应并反馈至PLC控制器29，PLC控制器29则根据压力变化特性对伺服电机36发出指令，使丝杆35带动活塞34在维压容器33内运动以实现对系统内环境压力波动的调整。
[0043]该系统通过电磁调速电机7配合搅拌桨13以模拟煤样的不同运动状态，通过变解吸压力控制模块将解吸环境压力设为恒正压，恒变压等状态，共同完成对处于不同运动状态和不同解吸环境压力下的动态钻肩解吸特性研究，模拟煤矿井下孔口取样进行煤层瓦斯含量测定时煤样解吸特性，提高实验室瓦斯含量测定精确度。使用过程中采用可视化操作与自动化数据采集计量分析，减少人为因素，提高实验精度。
[0044]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。
【主权项】
1.一种动态钻肩变压解吸实验系统，其包括高压气源模块、抽真空模块、动态钻肩模拟模块、变解吸压力控制模块、参数采集与测控模块;其特征在于，所述的高压气源模块包括依次串联的高压气源、气体减压阀及精密压力表； 所述抽真空模块包括真空栗;所述真空栗、气体减压阀和阀门一采用三通一相连接； 所述动态钻肩模拟模块包括电磁调速电机、吸附容器和搅拌桨，其中，所述电磁调速电机的输出端与搅拌桨相连，所述吸附容器外围设有电热圈加热层，所述吸附容器的上端设置有上端盖，所述吸附容器的下端设置有下端盖，所述吸附容器上端盖上设置有四个出口，所述电磁调速电机穿过所述吸附容器上端盖的其中一个出口伸入所述吸附容器内，以便使所述电磁调速电机的输出端连接所述搅拌桨，所述搅拌桨的尺寸小于吸附容器腔室的尺寸5mm，所述吸附容器与所述阀门一连接； 所述变解吸压力控制模块包括PLC控制器、数据采集与显示平台、压力传感器、电磁阀、维压容器、活塞、丝杆及伺服电机;所述维压容器上端部设有三个出口，所述压力传感器的一接口接入到所述维压容器三个出口的一个出口上，所述压力传感器的另一接口与PLC控制器的一个接口相连，所述PLC控制器的另一接口与所述数据采集与显示平台相连，所述电磁阀的一接口接入到维压容器，所述电磁阀的另一接口排空;所述活塞与所述丝杆连接置于所述维压容器内，所述伺服电机带动丝杆运动； 所述参数采集与测控模块包括压力传感器一、压力传感器二、温度传感器、电磁阀一、电磁阀二、电磁阀三、电磁阀四、电磁阀五、气体质量流量计一、气体质量流量计二和气体质量流量计三，所述压力传感器一和所述温度传感器并联后的一个接口通过快速接头接入所述吸附容器的一个出口上，所述压力传感器一和所述温度传感器并联后的另一接口接入到参数采集与显示平台，电磁阀一及三通三的一个接口分别接入三通二的两个出口上，所述三通二的另一个出口与所述吸附容器通过阀门二相连，三通三的另两端分别与电磁阀三、三通四的一端连接，三通四的另两端与电磁阀二及电磁阀四相连，电磁阀散与气体质量流量计一连接，电磁阀二与气体质量流量计二连接，电磁阀四与气体质量流量计三连接，气体质量流量计二与气体质量流量计三分别接入三通五的两个出口，三通六的三个出口分别接入气体质量流量计一、三通五及维压容器;所述气体质量流量计一、气体质量流量计二、气体质量流量计三的数据输出端均接入参数采集与显示平台，所述电磁阀一、电磁阀二、电磁阀三、电磁阀四、电磁阀五的控制线均与PLC控制器连接。2.根据权利要求1所述的一种动态钻肩变压解吸实验系统，其特征在于，所述吸附容器的容积不小于1.5L，长度不大于300mm;耐压不低于1MPa;所述吸附容器外部设置有电热圈加热层，温控范围为室温_100°C，温控精度为± 0.5°C。3.根据权利要求1所述的一种动态钻肩变压解吸实验系统，其特征在于，所述电磁调速电机的调速范围为0r/min_1250r/min。4.根据权利要求1所述的一种动态钻肩变压解吸实验系统，其特征在于，所述压力传感器一和压力传感器二的测量范围分别为-1OOkPa?6MPa、_100kPa?2MPa;测量精度均为土0.3 %FS;分辨率均为0.1 %FS;输入电压均为24VDC;输出均电流为4?20mA;工作环境温度均在-30°C?+50°C;介质温度均为室温?100°C;频响均不小于10次/秒。5.根据权利要求1所述的一种动态钻肩变压解吸实验系统，其特征在于，所述PLC控制器的存储量不低于64kB的RAM存储;控制规模为包括CC-LINK I/O的16?384点；具备内置独立3轴10kHz的晶体管输出型定位功能;PLC的基本单元左侧均连接适配器；内置的编程口达到不低于115.2kbps的高速通信，且同时使用3个通信口 ；通过CC-Link网络的扩展实现最高包括远程I/O在内的84点的控制;且能进行软件的监控、测试、时钟的设定。6.根据权利要求1所述的一种动态钻肩变压解吸实验系统，其特征在于，所述气体质量流量计一、气体质量流量计二及气体质量流量计三的量程范围分别依次为I OOml/min、500ml/min、10000ml/mino7.根据权利要求1所述的一种动态钻肩变压解吸实验系统，其特征在于，所述电磁阀一、电磁阀二、电磁阀三、电磁阀四、电磁阀五的耐压值均为I OMPa。
【专利摘要】本发明提供一种动态钻屑变压解吸实验系统，包括高压气源模块、抽真空模块、动态钻屑模拟模块、变解吸压力控制模块、参数采集与测控模块，本发明通过动态钻屑模块对容器内钻屑进行扰动，以模拟煤矿井下压风取样测定煤层瓦斯含量时钻屑不同的运动状态；通过对变解吸压力控制模块来调整煤样瓦斯解吸环境压力，可实现解吸环境压力为正压、为压力随时间变化的函数，可研究钻屑不同运动状态和不同解吸环境压力下动态解吸特性，模拟煤矿井下压风取样进行煤层瓦斯含量测定时煤样解吸的真实状态，系统测控灵敏，在减少人为操作误差前提下，可实现以秒为单位计量解吸量，为完善压风排渣取样过程中瓦斯损失量计算模型，为提高瓦斯量测定精度提供理论依据。
【IPC分类】G01N7/14, G01N7/04
【公开号】CN105466806
【申请号】CN201610014984
【发明人】魏建平, 张宏图, 王云刚, 徐向宇, 李涛, 刘勇, 王登科
【申请人】河南理工大学
【公开日】2016年4月6日
【申请日】2016年1月8日