采用掺混空气检测低流速瓦斯抽采管路流量测定装置的制作方法

本发明涉及煤矿瓦斯抽采技术领域，具体涉及采用掺混空气检测低流速瓦斯抽采管路流量测定装置。

背景技术：

瓦斯抽采是我国煤矿最重要的瓦斯防治措施之一。准确测定负压、浓度、流量、温度、湿度等瓦斯抽采管路参数，对于瓦斯抽采量的精准计量，抽采达标准确评判，保障煤矿安全等具有重要意义。经过多年发展，目前煤矿现场的仪器设备已经实现了对负压、浓度、温度、湿度等参数较为精准的测量，但是流量参数的检测却没有得到有效解决，仍然存在很大的问题。现阶段，煤矿井下瓦斯抽采管路流量检测主要采用孔板流量计、皮托管流量计、V锥流量计、涡街流量计等方法，普遍存在低流速条件下测量精度低、准确性差的问题，不能满足煤矿现场钻孔、钻场等小流量环境的瓦斯抽采流量计量的需要。因此，低流速瓦斯抽采管路流量参数的测量，一直是煤矿瓦斯抽采参数检测、计量方面的技术难题之一。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供采用掺混空气检测低流速瓦斯抽采管路流量测定装置，通过向抽采管路中掺混一定量的空气，并检测掺混空气前后瓦斯浓度变化，实现低流速瓦斯抽采管路瓦斯流量的准确测量，对于煤矿瓦斯防治具有重要意义。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案是：它包含主体1、喷嘴2、气帽3、喷嘴接头密封盖4、连接件5、法兰11、第二气嘴12、第一气嘴13、喷嘴接头14、第三气嘴15，所述主体1进气端、出气端均设置有法兰11，主体1自进气端向出气端依次设置有第二气嘴12、第一气嘴13、喷嘴接头14、第三气嘴15；

所述主体1的直径等于抽采管路的直径，且主体1进气端、出气端均与抽采管路通过法兰11连接；

所述第二气嘴12、第三气嘴15上均设置有气帽3；

所述第一气嘴13与气压计连接；

所述喷嘴接头14上设置有连接件5，连接件5包含喷嘴2或喷嘴接头密封盖4中的一种。

所述喷嘴接头14与第一气嘴13间距不小于2倍的主体1内径，喷嘴接头14与第三气嘴15间距不小于4倍的主体1内径。

所述喷嘴2为系列标准件。

所述喷嘴接头14内壁设置有内螺纹。

所述喷嘴2的外形结构为六棱柱与圆柱的组合形式，喷嘴2上部为短六棱柱，喷嘴2下部为圆柱，短六棱柱、圆柱二者同轴，中间为喷孔，圆柱外侧设置有螺纹。

所述气帽3为橡胶帽。

所述喷嘴接头密封盖4外形与喷嘴2相同，喷嘴接头密封盖4中间没有喷孔，且喷嘴接头密封盖4为实心结构、圆柱外侧设置有螺纹。

本发明的工作原理：主体1进气端、出气端均设置有法兰11，主体1自进气端向出气端依次设置有第二气嘴12、第一气嘴13、喷嘴接头14、第三气嘴15；所述主体1的直径等于抽采管路的直径，且主体1进气端、出气端均与抽采管路通过法兰11连接；所述第二气嘴12、第三气嘴15上均设置有气帽3；第二气嘴12用于采集上游未掺混空气的抽采管路气样，测定未掺混空气的管路瓦斯浓度，第三气嘴15用于采集下游掺混空气后的抽采管路气样，测定掺混空气后管路瓦斯浓度，第二气嘴12、第三气嘴15上均设置有气帽3，在非瓦斯抽采管路流量测定期间封堵第二气嘴12、第三气嘴15；所述第一气嘴13与气压计连接；第一气嘴13与气压计连接测定管路抽采负压；所述喷嘴接头14上设置有连接件5，连接件5包含喷嘴2或喷嘴接头密封盖4中的一种。在瓦斯抽采管路流量测定过程中，喷嘴接头14上设置有喷嘴2，向主体1内部喷射空气，在主体1空间内实现空气与抽采管路瓦斯气体的掺混；在非瓦斯抽采管路流量测定期间，喷嘴接头14上设置有喷嘴接头密封盖4封堵喷嘴接头14，空气入口安装喷嘴2，提高了空气的掺混效率，缩短了掺混距离，确保了空气与管道气体的充分混合，保证了检测结果的准确性；喷嘴2采用系列标准件，根据喷嘴2的负压-流量关系快速计算获得掺混的空气流量，充分考虑了煤矿井下瓦斯抽采的复杂性和多变性，确保了该方法的便捷性和广泛适应性，能够用于不同条件下的低流速瓦斯抽采管路流量的准确测定。

采用上述技术方案后，本发明有益效果为：检测装置测量精度高、准确性好，通过向瓦斯抽采管道掺混一定量的空气，测定掺混空气前后瓦斯抽采管路中瓦斯浓度的变化情况，实现了低流速瓦斯抽采管路流量的准确测量，能够用于钻孔、钻场等抽采系统末端流量检测，有助于瓦斯抽采量的精准计量，提高瓦斯抽采达标评判的准确性，对于煤矿瓦斯防治具有重要意义。

提高了空气的掺混效率，缩短了掺混距离，确保了空气与管道气体的充分混合，保证了检测结果的准确性；充分考虑了煤矿井下瓦斯抽采的复杂性和多变性，确保了该方法的便捷性和广泛适应性，能够用于不同条件下的低流速瓦斯抽采管路流量的准确测定。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中喷嘴2的结构示意图；

图3是对应图2的俯视图；

图4是本发明中气帽3的结构示意图；

图5是对应图4的俯视图；

图6是本发明中喷嘴接头密封盖4的结构示意图；

图7是对应图6的俯视图；

图8是本发明中连接件5的结构示意图；

图9是本发明的步骤示意框图。

附图标记说明：主体1、喷嘴2、气帽3、喷嘴接头密封盖4、连接件5、法兰11、第二气嘴12、第一气嘴13、喷嘴接头14、第三气嘴15。

具体实施方式

参看图1-图9所示，本具体实施方式采用的技术方案是：

采用掺混空气检测低流速瓦斯抽采管路流量测定装置，它包含主体1、喷嘴2、气帽3、喷嘴接头密封盖4、连接件5、法兰11、第二气嘴12、第一气嘴13、喷嘴接头14、第三气嘴15，所述主体1进气端、出气端均设置有法兰11，主体1自进气端向出气端依次设置有第二气嘴12、第一气嘴13、喷嘴接头14、第三气嘴15；

所述主体1的直径等于抽采管路的直径，且主体1进气端、出气端均与抽采管路通过法兰11连接；

所述第二气嘴12、第三气嘴15上均设置有气帽3；第二气嘴12用于采集上游未掺混空气的抽采管路气样，测定未掺混空气的管路瓦斯浓度，第三气嘴15用于采集下游掺混空气后的抽采管路气样，测定掺混空气后管路瓦斯浓度，第二气嘴12、第三气嘴15上均设置有气帽3，在非瓦斯抽采管路流量测定期间封堵第二气嘴12、第三气嘴15；

所述第一气嘴13与气压计连接；第一气嘴13与气压计连接测定管路抽采负压；

所述喷嘴接头14上设置有连接件5，连接件5包含喷嘴2或喷嘴接头密封盖4中的一种。在瓦斯抽采管路流量测定过程中，喷嘴接头14上设置有喷嘴2，向主体1内部喷射空气，在主体1空间内实现空气与抽采管路瓦斯气体的掺混；在非瓦斯抽采管路流量测定期间，喷嘴接头14上设置有喷嘴接头密封盖4封堵喷嘴接头14。

所述喷嘴接头14与第一气嘴13间距不小于2倍的主体1内径，喷嘴接头14与第三气嘴15间距不小于4倍的主体1内径。

所述喷嘴2为系列标准件。喷嘴2按照结构不同分为多个系列，每个系列按照喷嘴2直径和喷孔大小不同包含多个型号，每个型号喷嘴2的流量系数μ在实验室检测获得。

所述喷嘴接头14内壁设置有内螺纹。

所述喷嘴2的外形结构为六棱柱与圆柱的组合形式，喷嘴2上部为短六棱柱，喷嘴2下部为圆柱，短六棱柱、圆柱二者同轴，中间为喷孔，圆柱外侧设置有螺纹。

所述气帽3为橡胶帽。

所述喷嘴接头密封盖4外形与喷嘴2相同，喷嘴接头密封盖4中间没有喷孔，且喷嘴接头密封盖4为实心结构、圆柱外侧设置有螺纹。

掺混空气检测低流速瓦斯抽采管路流量的测定方法，它包含如下步骤：

步骤S1：在被测瓦斯抽采管路中安装采用掺混空气检测低流速瓦斯抽采管路流量测定装置；

步骤S2：测定瓦斯抽采管路所处环境空气中的瓦斯浓度；

步骤S3：将气压计与采用掺混空气检测低流速瓦斯抽采管路流量测定装置的第一气嘴13连接，测定瓦斯抽采管路的工况负压；

步骤S4：选择合适型号的喷嘴2安装于采用掺混空气检测低流速瓦斯抽采管路流量测定装置的喷嘴接头14上，向管路中喷射空气，并计算获得负压下喷嘴2的喷射流量，计算公式如下：

其中：为喷嘴2的流量系数，确定喷嘴2型号后为固定值；

步骤S5：通过采用掺混空气检测低流速瓦斯抽采管路流量测定装置的第二气嘴12采集瓦斯抽采管路中气体的气样，测定上游管路中未掺混空气的管道气体的瓦斯浓度；

步骤S6：通过采用掺混空气检测低流速瓦斯抽采管路流量测定装置的第三气嘴15采集气样，测定下游管路中掺混空气后的管路气体的瓦斯浓度；

步骤S7：计算获得工况下瓦斯抽采管路中气体的混合流量：

。

所述喷嘴2型号的选择是否合适，其判定方法为：喷嘴2对管路上游抽采负压的影响在±10%以内，认为喷嘴2型号合适，否则认为不合适。

本发明的工作原理：主体1进气端、出气端均设置有法兰11，主体1自进气端向出气端依次设置有第二气嘴12、第一气嘴13、喷嘴接头14、第三气嘴15；所述主体1的直径等于抽采管路的直径，且主体1进气端、出气端均与抽采管路通过法兰11连接；所述第二气嘴12、第三气嘴15上均设置有气帽3；第二气嘴12用于采集上游未掺混空气的抽采管路气样，测定未掺混空气的管路瓦斯浓度，第三气嘴15用于采集下游掺混空气后的抽采管路气样，测定掺混空气后管路瓦斯浓度，第二气嘴12、第三气嘴15上均设置有气帽3，在非瓦斯抽采管路流量测定期间封堵第二气嘴12、第三气嘴15；所述第一气嘴13与气压计连接；第一气嘴13与气压计连接测定管路抽采负压；所述喷嘴接头14上设置有连接件5，连接件5包含喷嘴2或喷嘴接头密封盖4中的一种。在瓦斯抽采管路流量测定过程中，喷嘴接头14上设置有喷嘴2，向主体1内部喷射空气，在主体1空间内实现空气与抽采管路瓦斯气体的掺混；在非瓦斯抽采管路流量测定期间，喷嘴接头14上设置有喷嘴接头密封盖4封堵喷嘴接头14，空气入口安装喷嘴2，提高了空气的掺混效率，缩短了掺混距离，确保了空气与管道气体的充分混合，保证了检测结果的准确性；喷嘴2采用系列标准件，根据喷嘴2的负压-流量关系快速计算获得掺混的空气流量，充分考虑了煤矿井下瓦斯抽采的复杂性和多变性，确保了该方法的便捷性和广泛适应性，能够用于不同条件下的低流速瓦斯抽采管路流量的准确测定。

列举实例进行说明：例如，按照结构不同分为柱形喷嘴、锥形喷嘴、文丘里喷嘴等多个系列，每个系列包含有多个型号，不同型号喷嘴的喷嘴直径和喷孔大小不同，喷嘴直径包括4分、6分、1寸、1.5寸、2寸、2.5寸、3寸、4寸等规格，喷孔直径包括4mm、6mm、8mm、10mm、15mm、20mm、30mm、40mm、50mm等规格。不同直径的喷嘴能够满足不同抽采管路尺寸的要求，不同喷孔大小能够满足不同空气掺混量的要求，使得该方法具有很强的现场适应性，能够实现不同条件下的低流速瓦斯抽采管路流量的测定。

采用上述技术方案后，本发明有益效果为：检测装置测量精度高、准确性好，通过向瓦斯抽采管道掺混一定量的空气，测定掺混空气前后瓦斯抽采管路中瓦斯浓度的变化情况，实现了低流速瓦斯抽采管路流量的准确测量，能够用于钻孔、钻场等抽采系统末端流量检测，有助于瓦斯抽采量的精准计量，提高瓦斯抽采达标评判的准确性，对于煤矿瓦斯防治具有重要意义。

提高了空气的掺混效率，缩短了掺混距离，确保了空气与管道气体的充分混合，保证了检测结果的准确性；充分考虑了煤矿井下瓦斯抽采的复杂性和多变性，确保了该方法的便捷性和广泛适应性，能够用于不同条件下的低流速瓦斯抽采管路流量的准确测定。

以上所述，仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。