专利名称：一种煤样粉碎过程中瓦斯解吸速度及解吸量测定仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种瓦斯测定装置，尤其是其中的一种煤样粉碎过程中瓦斯解吸速度及解吸量测定仪。
背景技术：
在煤炭开采过程中，会有部分瓦斯逸出，它是造成煤与瓦斯突出、瓦斯异常涌出以及瓦斯爆炸等重大瓦斯灾害的主导原因，因此矿井瓦斯成为影响安全生产的重要因素之一。瓦斯问题成为制约矿井生产能力，影响矿井安全和经济效益的重大问题。准确掌握瓦斯赋存量是防治瓦斯突出和治理瓦斯的前提，为了测定煤层中的瓦斯，主要有直接法和间接法，但就目前来看，最有效的方法还是直接测定的方法。煤层瓦斯含量包括煤层常压可解吸瓦斯含量和常压不可解吸瓦斯含量，煤层可解吸瓦斯含量值等于瓦斯损失量、煤芯瓦斯解吸量和粉碎自然瓦斯解吸量的和。煤层常压可解吸瓦斯含量才真正反应煤层的突出危险性，决定着矿井煤层瓦斯涌出量的大小，由于不同矿井煤质不同，常压不可解吸瓦斯含量有很大差异，有时采用常压不可解吸瓦斯含量预测突出反而起不到理想的效果，导致预测瓦斯涌出量的较大误差，所以测定煤层可解吸瓦斯含量对预测突出危险性及预测瓦斯涌出量更有意义，其中，粉碎自然解吸瓦斯量占可解吸瓦斯的大部分，准确测量粉碎自然解吸瓦斯量是关键。因此，需要一种测定仪器，能够同时具备煤样粉碎和瓦斯测定装置，可以在煤样粉碎过程中保持密封，同时还有气路装置连接到粉碎瓦斯解吸量测定装置，直接测定出煤样粉碎过程中的解吸量；同时还需要定时装置，可以记录煤样粉碎和瓦斯解吸时间，测算出煤样瓦斯解吸速度。
实用新型内容有鉴于此，本实用新型提供一种煤样粉碎过程中瓦斯解吸速度及解吸量测定仪，该测定仪能够直接准确的测定煤样粉碎过程中瓦斯解吸速度及解吸瓦斯量，为矿井的突出预测以及瓦斯治理提供准确的依据，可用于具有煤与瓦斯突出危险的工作面及区域预测、预抽瓦斯效果评价以及矿井煤层瓦斯涌出量预测等。其技术解决方案是—种煤样粉碎过程中瓦斯解吸速度及解吸量测定仪，包括煤样粉碎机、容积测量装置和真空泵；上述煤样粉碎机包括密封机壳、位于密封机壳上部能掀起或关闭的密封防护罩、位于密封机壳内的转轴平台、能够安置在转轴平台上的料钵和能够放置在料钵内的碾盘，上述料钵配置有料钵密封盖，在料钵密封盖上设置有用于采集料钵内部生成气体的料钵气体输出端口 ；上述容积测量装置包括箱体、用于储存水的盆状容器和立于盆状容器中的量管，量管的底端设置有接通量管内腔的量管进气端，量管的顶端设置有接通量管内腔的量管排气端；上述料钵气体输出端口通过输入导管连接量管进气端，量管排气端通过输出管路连接真空泵，在输出导管上设置有电磁阀和流量控制器；上述量管的顶部设置有、单片机，单片机配置有红外线发射器和红外线接收器，由单片机控制红外线发射器的工作状态，红外线发射器将每次发射的红外线照射在量管内腔的液面上，红外线接收器将接收到的红外线反射信号实时传递给单片机，单片机还连接有液晶显示器。在上述转轴平台上设置有振动弹簧，振动弹簧与转轴平台的转轴平行设置，转轴平台上设置有变频电机，变频电机与转轴连接；上述防护罩的罩内侧设置有消音材料层，防护罩与机壳之间设置有能撑起防护罩的伸缩式支撑杆组件。上述碾盘包括两片环形碾盘，两片环形碾盘设置有相适配的凹凸部，能够契合在一起。在上述料钵密封盖上设置有空心螺杆，空心螺杆的底端深入到料钵密封盖内侧，在料钵密封盖内侧设置有温度传感器，温度传感器固定在空心螺杆上，温度传感器的信号线从空心螺杆的中心孔引出到料钵密封盖外侧。上述机壳的侧面设置有控制箱，控制箱内有可编程控制器，可编程控制器连接变频电机；在控制箱上设置有供手动操作粉碎机运行状态的启动/停止按钮，以及设置有在到达设定时间能自动关闭粉碎机的定时器和紧急情况下能停止粉碎机运行的急停手柄。上述料钵通过料钵固定机构安置在转轴平台上，料钵固定机构包括位于转轴平台上台面中央部位的料钵定位凹槽和固定在转轴平台上并向上方隆起的支撑架，支撑架顶部正中央部位设置螺纹孔，空心螺杆穿经螺纹孔，空心螺杆的上端设置有旋动手柄；料钵放在料钵定位凹槽上，旋动手柄直至空心螺杆携带料钵密封盖完全关闭料钵或完全脱离料钵。上述盆状容器内设置有温度传感器；上述输入导管为软胶管，软胶管上设置有若干个控制其通断的弹簧夹；上述量管通过固定件连接固定在箱体上，量管的0刻度线在上端，从上往下刻度，最小刻度单位为2ml，总容积为1000ml，在有效刻度内量管的高度为800mmo上述箱体上还设置上述液晶显示器、温度表、大气压力表、真空泵控制开关、温度控制开关、气压控制开关、背光开关和电源总开关。本实用新型可具有以下有益技术效果(I)本实用新型具备煤样粉碎和测定双重功能，避免了常规解吸测定仪器频繁连接装置造成的测定不准确。(2)本实用新型通过红外线传感技术自动检测量筒内液面位置及时间变化，计算粉碎过程中煤样瓦斯解吸量，同时通过计时装置，计算粉碎过程中的解吸速度。(3)本实用新型可以通过压力平衡后的稳定时间来计算最终的解吸量。
以下结合附图与具体实施方式
对本实用新型作进一步说明图I为本实用新型一种实施方式的结构原理示意图。图2为图I方式中的煤样粉碎机一种实施方式的结构原理示意图。图3主要示出了图2方式中的转轴平台。图4示出了图2方式中的料钵。图5示出了图2方式中的料钵密封盖。图6主要示出了图2方式中的局部结构。[0026]图7示出了图I方式中容积测量装置的箱体部分。图8示出了 图I方式中容积测量装置的量管部分。图9为图8的I部放大结构示意图。
具体实施方式
参看
图1，一种煤样粉碎过程中瓦斯解吸速度及解吸量测定仪，包括煤样粉碎机I、容积测量装置和真空泵。结合图2至图6，上述煤样粉碎机包括密封机壳101、位于密封机壳上部能掀起或关闭的密封防护罩102、位于密封机壳内的转轴平台103、能够安置在转轴平台上的料钵104和能够放置在料钵内的碾盘105。在上述转轴平台上设置有振动弹簧1301，振动弹簧与转轴平台的转轴平行设置，转轴平台上设置有变频电机1302，变频电机与转轴连接。上述料钵配置有料钵密封盖106，在料钵密封盖上设置有用于采集料钵内部生成气体的料钵气体输出端口 107。上述防护罩的罩内侧设置有消音材料层108，能够极大地消除粉碎过程中产生的噪音；防护罩与机壳之间还设置有能撑起防护罩的伸缩式支撑杆组件109。上述碾盘包括两片环形碾盘，两片环形碾盘设置有相适配的凹凸部，能够契合在一起。在上述料钵密封盖上设置有空心螺杆110，空心螺杆的底端深入到料钵密封盖内侧，在料钵密封盖内侧设置有温度传感器，温度传感器固定在空心螺杆上，温度传感器的信号线从空心螺杆的中心孔引出到料钵密封盖外侧。上述料钵通过料钵固定机构安置在转轴平台上，料钵固定机构包括位于转轴平台上台面中央部位的料钵定位凹槽111和固定在转轴平台上并向上方隆起的支撑架112，支撑架顶部正中央部位设置螺纹孔，空心螺杆110穿经螺纹孔，空心螺杆的上端设置有旋动手柄113 ;料钵放在料钵定位凹槽上，旋动手柄直至空心螺杆携带料钵密封盖完全关闭料钵或完全脱离料钵。上述机壳的侧面设置有控制箱114，控制箱内有可编程控制器，可编程控制器连接变频电机；在控制箱上设置有供手动操作粉碎机运行状态的启动/停止按钮115，以及设置有在到达设定时间能自动关闭粉碎机的定时器和紧急情况下能停止粉碎机运行的急停手柄116。其操作程序可大致如下(I)打开防护罩；(2)将料钵(样罐)放入粉碎机的定位凹槽中，盖好料钵密封盖；(3)顺时针方向旋转空心螺杆，确保料钵密封盖密闭料钵；(4)关闭防护罩；(5)将料钵气体输出端口通过管路与容积测量装置相连通；(6)连接粉碎机的外接电源；(7)打开控制箱,按下粉碎机控制面板“Start/Stop”按钮，粉碎机开始运转；(8)粉碎机运转2 3min后，再按下“Start/Stop”按钮停止煤样粉碎；也可以通过定时器选定时间，到达选定时间后，自动停止煤样粉碎；(9)在粉碎机完全停止运转后，用气样夹气体输出端口与解吸装置之间的管路(胶管)；(10)切断粉碎机的外接电源；(11)打开防护罩；(12)逆时针方向旋转空心螺杆，取出样罐，倒出煤样，再将样罐放回粉碎机中的固定位置，盖上样罐端盖；(13)关闭防护罩。结合图7至图9，上述容积测量装置包括箱体13、用于储存水的盆状容器2和立于盆状容器中的量管3，量管的底端设置有接通量管内腔的量管进气端4，量管的顶端设置有接通量管内腔的量管排气端5。上述料钵气体输出端口 107通过输入导管6连接量管进气端，上述输入导管为软胶管，软胶管上设置有若干个控制软胶管通断的弹簧夹7。上述量管通过固定件连接固定在箱体上，量管的0刻度线在上端，从上往下刻度，最小刻度单位为2ml，总容积为1000ml，在有效刻度内量管的高度为800mm。上述量管排气端通过输出管路连接真空泵8，在输出导管上设置有电磁阀9和流量控制器10。上述量管的顶部设置有单片机11，单片机配置有红外线发射器和红外线接收器，由单片机控制红外线发射器的工作状态，红外线发射器将每次发射的红外线照射在量管内腔的液面上，红外线接收器将接收到的红外线反射信号实时传递给单片机，单片机还连接有液晶显示器；通过编程的手段，使单片机可以直接测定出液面的变化，最终通过液晶显示屏显示出来；量管液面下降的刻度即为当前大气状态下的解吸瓦斯量，最后换算成标准状态下的解吸瓦斯量。上述盆状容器内设置有温度传感器12。上述箱体13上还设置上述液晶显示器14、温度表15、大气压力表16真空泵控制开关17、温度控制开关18、气压控制开关19、背光开关20和电源总开关21。使用本实用新型测定时可在实验室进行，其步骤大致如下(I)井下煤芯取样，将煤芯带至实验室。(2)密封性检查打开真空泵控制开关，真空泵开始抽取量管中的空气，盆状容器的水在大气压力作用下进入量管，充水至一定高度后，关闭真空泵开关，5min后观察量筒液面是否下降，如果量管内水面没有下降，则表明气密性良好。(3)煤样称重①测定需要进行2次以上，从煤样筒中取两份煤样，记录煤样重量，煤样的质量一般在100 300g，选择整芯或较大块的煤样，确保煤样有相同的特性，如果两份二次煤样测试结果有较大的差别，应该再取新煤样；②若待粉碎煤样块度较大，应事先将煤样破碎至粒度8cm以下。(4)粉碎后自然解吸瓦斯量测定①将称量好的煤样逐份放入煤样粉碎机料钵(样罐)内，盖好带有密封圈的料钵密封盖，并压紧密封压实；②记录量管初始读数，然后进行煤样粉碎；③运行时观测解吸瓦斯量体积，每隔一段时间观察记录一次量管读数，粉碎结束后记录量管终止读数，将实验测定数据记录下来；④解吸结束后读取的量管终止读数与解析前量管初始读数之差即为在本次条件下的解吸瓦斯体积，同时记录大气压力，室温，将观测结果填写到数据表中。(5)气体体积校正按(I) (4)步骤进行几次实验，按下式将瓦斯解吸过程中得到的每次量管读数
换算成标准状态下体积
273 2Vto =-:-X (p - 0.0098 Ih - p2)xV
L 」to 101.3x(273.2 + ^) 1w 2式中Vt。一换算为标准状态下的气体体积，cm3 ；V-量管内气体体积读数，cm3 ;P1-大气压力，kPa;tw——量管内水温，V ；hw——量管内水柱高度，mm ;p2——tw时水的饱和蒸汽压，kPa。将每次量管读数逐个换算成标准状态下的体积，记录，然后取平均值，经校正后得到瓦斯含量的数值，最后计算成单位质量的粉碎瓦斯解吸量。具体应用实例如下真空泵的规格为真空度65kPa、流量3L/min、额定电压12V DC，过载电流< 120mA。箱体上的温度表可以读出室温,大气压力表可以测定大气压力，真空泵控制开关控制真空泵的开启和关闭，温度控制开关可控制温度传感器的开启和关闭，背光开关可以实现箱体背光。(I)在某某矿工作面煤壁煤芯取样，带至实验室。(2)密封性检查测定之前，打开箱体，在盆状容器中装满水，温度传感器测定水体的温度，打开电源总开关和真空泵控制开关，真空泵开始抽取量管中的空气，盆状容器中的水在大气压力 作用下进入量管，使量管中装满水至0刻度上下，关闭真空泵控制开关，5min后观察量管液面是否下降，如果量管内水面没有下降即液面显示屏变化为零，则表明气密性良好。(3)煤样称重①测定需要进行2次以上，从煤样筒中取三份相等量的煤样，一份备份，选择整芯或较大块的煤样，确保煤样有相同的特性，煤样重量150g，如果两份二次煤样测试结果有较大的差别，应该再取新煤样；②若待粉碎煤样块度较大，应事先将煤样用铁锤破碎至粒度8cm以下。(4)粉碎后自然解吸瓦斯量测定①将称量好的煤样放入粉碎机样罐中，固定在固定凹槽上，旋紧空心螺杆以密封压实；②记录量管初始读数V1,打开粉碎机启动按钮进行煤样粉碎；③运行5min后打开弹簧夹，解吸出来的瓦斯气体通过软胶管将量管中水排出，观测量管内液面的变化，每隔2min读取一次量管的读数，并做好记录，测定至量管中液面停止下降为止，此时读数为V2;④解吸结束后读取量管终止读数V2与解吸前初始读数V1之差即为在本次条件下的解吸瓦斯体积V = V2-V1，打开温度控制开关、气压开控制关记录室温、大气压力值，地面室温twl为27. (TC，大气压力P11 = 100. 97kPa，tw2为26°C，大气压力P12为101. 20kPa,分别为将观测结果填写到数据表中。(5)气体体积校正按(I) (4)步骤重复进行第二组实验，将瓦斯解吸过程中得到的每次量管读数换算成标准状态下体积。将每次量管读数逐个换算成标准状态下的体积，记录，然后取平均值，将经校正后的瓦斯量作为粉碎瓦斯解吸量，最后计算成单位质量的粉碎瓦斯解吸量。Q = 1^l
Cj本实例中，粉碎后瓦斯解吸量测定值分别为V11 = 360ml ；V12 = 370ml，两者之间的误差小于10%，说明是合格的数据。经查27°C时P21为3. 5648kPa，26°C时P22为3. 3609kPa。
273 2Vtol =.X^11 - 0.0098 l/ wl -P21) ^V1 = 305.9ml
I u I」X ID .z + h)[0073]
权利要求1.一种煤样粉碎过程中瓦斯解吸速度及解吸量测定仪，其特征在于包括煤样粉碎机、容积测量装置和真空泵；上述煤样粉碎机包括密封机壳、位于密封机壳上部能掀起或关闭的密封防护罩、位于密封机壳内的转轴平台、能够安置在转轴平台上的料钵和能够放置在料钵内的碾盘，上述料钵配置有料钵密封盖，在料钵密封盖上设置有用于采集料钵内部生成气体的料钵气体输出端口 ；上述容积测量装置包括箱体、用于储存水的盆状容器和立于盆状容器中的量管，量管的底端设置有接通量管内腔的量管进气端，量管的顶端设置有接通量管内腔的量管排气端；上述料钵气体输出端口通过输入导管连接量管进气端，量管排气端通过输出管路连接真空泵，在输出导管上设置有电磁阀和流量控制器；上述量管的顶部设置有单片机，单片机配置有红外线发射器和红外线接收器，由单片机控制红外线发射器的工作状态，红外线发射器将每次发射的红外线照射在量管内腔的液面上，红外线接收器将接收到的红外线反射信号实时传递给单片机，单片机还连接有液晶显示器。
2.根据权利要求I所述的一种煤样粉碎过程中瓦斯解吸速度及解吸量测定仪，其特征在于在所述转轴平台上设置有振动弹簧，振动弹簧与转轴平台的转轴平行设置，转轴平台上设置有变频电机，变频电机与转轴连接；上述防护罩的罩内侧设置有消音材料层，防护罩与机壳之间设置有能撑起防护罩的伸缩式支撑杆组件。
3.根据权利要求I所述的一种煤样粉碎过程中瓦斯解吸速度及解吸量测定仪，其特征在于所述碾盘包括两片环形碾盘，两片环形碾盘设置有相适配的凹凸部，能够契合在一起。
4.根据权利要求I所述的一种煤样粉碎过程中瓦斯解吸速度及解吸量测定仪，其特征在于在所述料钵密封盖上设置有空心螺杆，空心螺杆的底端深入到料钵密封盖内侧，在料钵密封盖内侧设置有温度传感器，温度传感器固定在空心螺杆上，温度传感器的信号线从空心螺杆的中心孔弓I出到料钵密封盖外侧。
5.根据权利要求I所述的一种煤样粉碎过程中瓦斯解吸速度及解吸量测定仪，其特征在于所述机壳的侧面设置有控制箱，控制箱内有可编程控制器，可编程控制器连接变频电机；在控制箱上设置有供手动操作粉碎机运行状态的启动/停止按钮，以及设置有在到达设定时间能自动关闭粉碎机的定时器和紧急情况下能停止粉碎机运行的急停手柄。
6.根据权利要求I所述的一种煤样粉碎过程中瓦斯解吸速度及解吸量测定仪，其特征在于所述料钵通过料钵固定机构安置在转轴平台上，料钵固定机构包括位于转轴平台上台面中央部位的料钵定位凹槽和固定在转轴平台上并向上方隆起的支撑架，支撑架顶部正中央部位设置螺纹孔，空心螺杆穿经螺纹孔，空心螺杆的上端设置有旋动手柄；料钵放在料钵定位凹槽上，旋动手柄直至空心螺杆携带料钵密封盖完全关闭料钵或完全脱离料钵。
7.根据权利要求I所述的一种煤样粉碎过程中瓦斯解吸速度及解吸量测定仪，其特征在于所述盆状容器内设置有温度传感器；上述输入导管为软胶管，软胶管上设置有若干个控制其通断的弹簧夹；上述量管通过固定件连接固定在箱体上，量管的O刻度线在上端，从上往下刻度，最小刻度单位为2ml，总容积为1000ml，在有效刻度内量管的高度为800mm。
8.根据权利要求I所述的一种煤样粉碎过程中瓦斯解吸速度及解吸量测定仪，其特征在于所述箱体上还设置液晶显示器、温度表、大气压力表、真空泵控制开关、温度控制开关、气压控制开关、背光开关和电源总开关。
专利摘要本实用新型公开了一种煤样粉碎过程中瓦斯解吸速度及解吸量测定仪，特征是包括煤样粉碎机、容积测量装置和真空泵；煤样粉碎机包括位于密封机壳内的转轴平台、能够安置在转轴平台上的料钵和能够放置在料钵内的碾盘，料钵配置有料钵密封盖，在料钵密封盖上设置有料钵气体输出端口；容积测量装置包括盆状容器和立于盆状容器中的量管；料钵气体输出端口通过输入导管连接量管进气端，量管排气端通过输出管路连接真空泵，在输出导管上设置有电磁阀和流量控制器；量管的顶部设置有单片机，单片机配置有红外线发射器和接收器，单片机还连接有液晶显示器。本实用新型具备煤样粉碎和测定双重功能，避免了常规解吸测定仪器频繁连接装置造成的测定不准确。
文档编号G01N5/00GK202382794SQ201120505678
公开日2012年8月15日 申请日期2011年12月7日 优先权日2011年12月7日
发明者王刚, 薛生, 谢军 申请人:青岛科海矿业技术服务有限公司