一种煤样瓦斯负压解吸实验系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种煤样瓦斯负压解吸实验系统，属于煤矿瓦斯灾害防治领域，尤其涉及一种用于准确探究瓦斯处于负压解吸环境压力下的解吸规律及确定合理煤层瓦斯抽采负压值的实验系统。
【背景技术】
[0002]煤层瓦斯含量及合理煤层瓦斯预抽负压是瓦斯灾害防治工程实践中常用的两个基础参数。瓦斯含量常作为煤层气资源量、煤矿瓦斯灾害危险性及瓦斯抽采效果评价指标，煤层瓦斯预抽负压制约瓦斯预抽周期，是提高瓦斯预抽效率的关键参数。因此，准确测定煤层瓦斯含量及合理确定煤层瓦斯预抽负压是有效进行瓦斯灾害防治的重要基础。
[0003]煤层瓦斯含量测定多采用煤矿井下瓦斯含量直接测定法，取样时多采用压风孔口接样法，但取样时压风及钻杆的扰动对钻孔壁及钻孔沿程沉积的煤肩不断冲刷，使所取得的煤样的设计位置新鲜煤样纯度降低，引起瓦斯损失量推算时数值偏低，进而造成瓦斯含量测值误差。
[0004]针对现有压风孔口取样时设计位置煤样纯度低的现状，基于负压排渣的取样方式也被逐渐被学者提出，如专利CN203772574U、CN103776722A、CN102798548B，该方法的思路是基于负压气力输送理论，由单一负压动力源提供煤样运动动力;钻头切削煤壁，煤肩脱落随后经由钻杆内部被吸送采集，整个过程用时短、煤样纯度高，理论上是一种较为理想的取样方法。但是取样过程中同样涉及瓦斯损失量的推算，其推算依据则是煤样在负压环境下的瓦斯解吸规律，但是煤样在负压环境下的瓦斯解吸规律研究较为薄弱。因此为了推动基于负压排渣的定点取样的发展及工程应用，需要加强煤样负压解吸理论的研究。
[0005]《河南理工大学学报(自然科学版)》第30卷6期中“负压环境下煤的瓦斯解吸规律试验研究”；中国专利，专利号为CN203705293U，“变压条件下煤样瓦斯吸附解吸实验装置”；中国专利，公开号为CN103776722A，“负压环境下取样的煤层瓦斯含量测试方法”等对负压环境下瓦斯解吸规律的研究进入了探索，但是所提出的方法及实验系统存在着如下问题:①测控精度低，可控范围窄，压力控制不稳定;②负压排渣取样过程取样速度较快，一般在2分钟内完成，而以上方法解吸量计量以分钟为计时单位，无法获得以秒为计时单位的解吸量，进而影响瓦斯损失量推算精度。
[0006]目前煤层瓦斯预抽负压多采用负压值13kPa，但是煤层赋存条件、煤层透气性、煤层瓦斯解吸特性等的差异会使得抽采负压为13kPa时瓦斯预抽效果不一，影响矿井生产接替，为了缩短瓦斯预抽周期提高瓦斯抽采效率，该值应根据矿井实际作出调整。
[0007]中国专利，专利号为CN203705293U公开了一种“变压条件下煤样瓦斯吸附解吸实验装置”，采用真空栗实时抽吸煤样瓦斯解吸气体，某种程度上是井下瓦斯抽采形式的再现，但是准确确定抽采负压值较为困难，究其原因在于压力控制采用真空栗，负压值难以稳定控制。因此，实有必要提出一套设计科学、计量准确、测控稳定的煤样负压解吸实验系统，以准确、全面掌握煤样中瓦斯在负压解吸环境下的解吸规律，为研发负压排渣定点取样煤层瓦斯含量测定技术及确定合理的煤层瓦斯预抽压力值提供理论依据。
【发明内容】
[0008]本实用新型的目的在于提供的一种煤样负压解吸实验系统，不仅要求其设计科学、计量准确、功能完善、自动化程度高，而且能够稳定控制压力并且用于研究煤样瓦斯在负压环境下的瓦斯解吸规律的实验系统，为负压排渣定点取样定点测定煤层瓦斯含量及合理确定煤层瓦斯预抽压力提供理论依据。
[0009]本实用新型是通过以下技术方案来实现的:一种煤样瓦斯负压解吸实验系统，其包括高压气源模块、抽真空模块、煤样罐、负压压力控制模块、参数采集与测控模块;其特征在于，
[0010]所述的高压气源模块包括依次串联的高压气源高纯度甲烷、气体减压阀；
[0011]所述抽真空模块包括真空栗、真空表和三通阀门，所述真空栗和真空表4串联后接入三通阀门；所述气体减压阀也接入三通阀门；
[0012]所述煤样罐外设有电热圈加热层；
[0013]手动阀一的一端与所述三通阀门相连接，手动阀一的另一端与所述煤样罐相连；
[0014]所述负压压力控制模块包括压力缓冲罐、温度传感器、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、人机交互平台及伺服电机;其中，所述压力缓冲罐接入到所述维压容器，所述温度传感器接入到压力缓冲罐，另一接口接入到参数采集与显示平台;所述维压容器上端部设有三个出口，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;所述压力传感器接入所述维压容器;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;所述压力传感器数据线接入参数采集与显示平台；
[0015]所述参数采集与测控模块包括压力传感器一、温度传感器一、电磁阀一、电磁阀二、电磁阀三、电磁阀四、气体质量流量计一、体质量流量计二和气体质量流量计三，其中，所述压力传感器一和所述温度传感器一的一个接口通过快速接头接入所述煤样罐的出口上，所述压力传感器一和所述温度传感器一的另一接口接入到参数采集与显示平台，电磁阀一与三通一的一个接口相连，所述三通一的另一个出口通过手动阀二与所述煤样罐的出口相连，四通一分别与三通一、电磁阀二、电磁阀三、电磁阀四相连，电磁阀二与气体质量流量计一串联连接，电磁阀三与气体质量流量计二串联连接，电磁阀四与气体质量流量计三串联，气体质量流量计一、气体质量流量计二、气体质量流量计三分别接入四通二，四通二、手动阀、手动阀四分别接入三通二的三个接口；手动阀三的与所述缓冲罐相连，所述气体质量流量计一、气体质量流量计二与气体质量流量计三、温度传感器二、电磁阀二、电磁阀三、电磁阀四的数据输出端均接入参数采集与显示平台。
[0016]进一步，作为优选，所述压力缓冲罐的容积不小于5L。
[0017]进一步，作为优选，所述压力传感器一和压力传感器二的测量范围分别为-1OOkPa?610^、-1001^^?210^，测量精度均为±0.3%?3，分辨率均为0.1%?3，输入电压均为24VDC，输出电流均为4?20mA，工作环境温度均在-30°C?+50°C，介质温度均为室温?1000C，频响均不小于1次/秒。
[0018]进一步，作为优选，所述气体质量流量计一、气体质量流量计二和气体质量流量计三的测量范围分别为O?100ml/min、0?500ml/min、0?10000ml/min，测量精度均为土 I %FS;耐压值均不低于3MPa;且能满足真空度达到10kPa时正常使用的要求。
[0019]进一步，作为优选，所述温度传感器一、温度传感器二的测量范围均为常温-1500C ;测量精度均为±0.1°C ;测量分辨率均为±0.1°C ;且能满足真空度达到10kPa时正常使用的要求。
[0020]进一步，作为优选，所述电磁阀一、所述电磁阀二、电磁阀三、电磁阀四和电磁阀五的耐压值均为I OMPa
[0021 ]本实用新型的有益效果在于:
[0022](I)负压环境快速形成。负压压力控制模块可快速实现实验过程所需的解吸环境负压值并通过伺服电机稳定控制，真正做到负压解吸环境压力的稳定控制，为对煤样负压环境瓦斯解吸规律实验的顺利展开提供保障；
[0023](2)计量精度高。解吸气体量的测定采用多个气体质量流量计组合使用实时采集解吸量数据，实现以秒为计时单位的解吸量计量，避免排水集气法操作的人为误差；
[0024](3)设计科学、理论正确、便于推广。
【附图说明】
[0025]图1是本实用新型的一种煤样瓦斯负压解吸实验系统的结构示意图；
[0026]其中，1-高压气源高纯度甲烷；2-气体减压阀；3-真空栗;4-真空表;5-三通阀门；6-手动阀一;7-压力传感器;8-温度传感器一;9-手动阀二 ； 10-煤样罐；11-电炉丝加热圈；12-三通一；13-电磁阀一；14-四通一 ；15-电磁阀二； 16-电磁阀三；17-电磁阀四；18-气体质量流量计一 ；19-气体质量流量计二 ； 20-气体质量流量计三;21-四通二 ； 22-三通二 ； 23-手动阀三;24-手动阀四；25-缓冲罐;26-温度传感器二 ； 27-参数采集与显示平台；28-压力传感器二; 29-电磁阀五;30-维压容器;31-活塞;32-丝杆;33-人机交互平台；34-伺服电机。
【具体实施方式】
[0027]下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0028]如图1所示，本实用新型提供了一种煤样瓦斯负压解吸实验系统，其包括高压气源模块、抽真空模块、煤样罐、负压压力控制模块、参数采集与测控模块;其特征在于，
[0029]所述的高压气源模块包括依次串联的高压气源高纯度甲烷1、气体减压阀2;
[0030]所述抽真空模块包括真空栗3、真空表4和三通阀门5，所述真空栗3和真空表4串联后接入三通阀门5;所述气体减压阀2也接入三通阀门5;
[0031]所述煤样罐10外设有电热圈加热层11;
[0032]手动阀一6的一端与所述三通阀门5相连接，手动阀一 6的另一端与所述煤样罐10相连；
[0033]所述负压压力控制模块包括压力缓冲罐25、温度传感器26、数据采集与显示平台27、压力传感器28、电磁阀29、维压容器30、活塞31、丝杆32、人机交互平台