一种井下便携式瓦斯连续解析及含量测定装置

1.本实用新型涉及一种井下便携式瓦斯连续解析及含量测定装置。


背景技术：

2.煤层瓦斯含量是指单位体积或重量的煤在自然状态下所含有的瓦斯量。煤层瓦斯含量作为煤层瓦斯基本参数之一，对煤层突出危险性预测及制定针对性的防突设计及防突措施具有至关重要的作用。然而，煤体瓦斯解吸规律为煤层瓦斯含量与压力测定、煤与瓦斯突出预测和煤层气资源勘探开发等提供了理论依据。因此，对煤体瓦斯进行解吸和含量的测定是井下治理瓦斯灾害的重要环节。
3.目前人们对煤体的吸附解吸(也可称作解析)规律进行了大量的研究，一方面根据瓦斯解吸规律计算损失瓦斯量，另一方面根据瓦斯解吸规律寻求突出危险预测指标及其临界值，现阶段煤体瓦斯解吸规律的研究方法主要采用吸附-解吸实验方法，而研究煤体的瓦斯解吸初期规律主要是测量煤样瓦斯的解吸速率和解吸量，目前煤样瓦斯解吸速率和解吸量的测定装置是解吸仪，该设备的技术已经很成熟，而瓦斯解吸量的测量大部分采用具有刻度的量筒的解吸仪，用排水集气法将瓦斯收集在量筒内，使用这类装置的过程中，通常需要使用到的装置包括煤样罐、解吸仪，煤样罐与解吸仪之间通过导气管连通，通过用解吸出的气体置换出量筒内水柱，并通过读取气体柱的高度来测定气体解吸速度与解吸量，排水集气法存在以下问题：
4.(1)操作复杂自动化程度低，每分钟读取一次，一般测量需要连续读取超过30次或者解析量小于2ml/min时，操作繁琐；检测误差较大，读数时测量人员的主观性较大，且井下光线昏暗，人工读数存在一定的误差。
5.(2)对于多数高瓦斯矿井，由于量筒体积不足以容纳一定测定时间内从煤样泄出的全部瓦斯，此时不得不将煤样罐阀门关闭，将导气管与解析仪断开，然后需要重新向解析仪的量简内补足清水，再使导气管与解析仪连通，继续观测。由于煤样罐内不断地产生瓦斯，这容易造成煤样罐内的压强增大而影响瓦斯的析出，同时再次打开煤样罐阀门时聚集的瓦斯会使大量的水在短时间内被排出，使得测出的瓦斯含量差值波动大，最后对解析数据进行人为处理，造成瓦斯含量测定数据失准，同时难以得出瓦斯解吸规律，严重影响煤矿安全生产。


技术实现要素：

6.本实用新型的主要目的是提出一种井下便携式瓦斯连续解析及含量测定装置，旨在解决上述技术问题。
7.为实现上述目的，本实用新型提出一种井下便携式瓦斯连续解析及含量测定装置，包括煤样罐、解析仪、以及主控制器，还包括存储器、显示器、输入设备、和电子流量计；
8.所述解析仪的数量至少两个；
9.每个解析仪的进气口分别通过进气支管连接至进气主管，所述进气主管与所述煤
样罐连接；在每个解析仪的进气支管上设置有电磁阀；
10.每个解析仪的排水口分别通过排水支管连接至主出液管，所述电子流量计的流量传感器设置在主出液管的出口端；
11.所述电磁阀与主控制器控制连接，所述电子流量计、存储器、显示器、输入设备分别与主控制器连接。
12.优选的，所述解析仪的数量为三个，分别为解析仪ⅰ、解析仪ⅱ、解析仪ⅲ；在解析仪ⅰ的进气支管上设置有第ⅰ电磁阀，第ⅰ电磁阀用于控制瓦斯气体进入解析仪ⅰ；在解析仪ⅱ的进气支管上设置有第ⅲ电磁阀，第ⅲ电磁阀用于控制瓦斯气体进入解析仪ⅱ；在解析仪ⅲ的进气支管上设置有第ⅳ电磁阀，第ⅳ电磁阀用于控制瓦斯气体进入解析仪ⅲ；在所述进气主管还设置有第ⅱ电磁阀，第ⅱ电磁阀用于控制控制瓦斯气体进入解析仪ⅱ和解析仪ⅲ；第ⅰ电磁阀、第ⅱ电磁阀、第ⅲ电磁阀和第ⅳ电磁阀分别与主控制器控制连接。
13.优选的，所述井下便携式瓦斯连续解析及含量测定装置还包括电磁阀手动开关用于对电磁阀进行手动控制，所述电磁阀手动开关包括电磁阀第一手动开关、电磁阀第二手动开关、电磁阀第三手动开关和电磁阀第四手动开关；电磁阀第一手动开关与第ⅰ电磁阀电连接；电磁阀第二手动开关与第ⅱ电磁阀电连接；电磁阀第三手动开关与第ⅲ电磁阀电连接；电磁阀第四手动开关与第ⅳ电磁阀电连接。
14.优选的，所述井下便携式瓦斯连续解析及含量测定装置还包括防爆箱，在防爆箱内部设置有横向隔板和纵向隔板，所述横向隔板纵向隔板将防爆箱的内腔分隔成第一腔室、第二腔室和第三腔室；第一腔室、第二腔室设置在第三腔室的上方，第一腔室设置第二腔室的左侧；所述解析仪安装在所述第一腔室内；所述主出液管设置在第三腔室内；所述主控制器、存储器、显示器、输入设备设置在第二腔室内。
15.优选的，在所述横向隔板上设置有导管孔和导线孔，所述导管孔用于穿设进气支管、排水支管；所述导线孔用于穿设导线；所述导管孔与进气支管、排水支管之间采用胶水密封，导线孔与导线之间采用胶水密封。
16.优选的，所述解析仪的外形为棱柱形，解析仪的横截面为正方形或长方向；在所述解析仪的上部、下部分别设置有解析仪固定器，所述解析仪固定器的两端固定在所述防爆箱的内壁上。
17.优选的，所述解析仪的注水口设置在解析仪的顶部；所述注水口向上伸出防爆箱的顶板之外；所述注水口的内壁上设置有螺纹，在注水口上设置有密封塞，密封塞与注水口采用螺纹连接。
18.优选的，所述密封塞的内部为内部为铝制材料，外部为橡胶材质。
19.优选的，在所述防爆箱的顶板上设置有活动手柄，所述活动手柄呈倒“u”型形；在所述防爆箱上设置有防护门。
20.优选的，在所述防爆箱的底板上设置有活动脚架，所述活动脚架与防爆箱底板之间的角度可以调节。
21.由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：
22.(1)本实用新型通过设置两个以上的解析仪进行瓦斯解析及含量测定，当其中一个解析仪中的水即将排尽时，利用主控制器控制电磁阀自动切换至其他的解析仪进行瓦斯解析及含量测定，在此过程中可以向没有水的解析仪进行注水操作。如此反复循环，在功能
上实现了边注水边排水互不干扰地进行瓦斯解析，能进行无限制地循环，注水时候无需关闭煤样罐阀门停止解析，实现了瓦斯连续解析及含量测定，提高了测量数据的准确性。
23.(2)本实用新型中通过流量传感器和电子流量计对出水管的流速和流量进行实时检测并记录。在通过主控制器接收电子流量计信号，根据采集时间和流量计信号实时获取瓦斯解析速度、累计流量，并将所获得的实时瓦斯解析速度、累计流量发送至显示器进行显示，同时也将其发送至存储器进行存储，进而实现瓦斯的解析及含量的测定。测量过程中无需人工读数，解决了井下光线昏暗，人工读数存在一定的误差的问题。
24.(3)本实用新型通过利用防爆箱将解析仪、主控制器、存储器、显示器、电磁阀、输入设备和电子流量计封装在其内部，形成了一个整体式的测定装置，同时在防爆箱顶部设置有活动手柄便于整个装置提放；防爆箱可以对内部的解析仪、主控制器存储器、显示器、输入设备和电子流量计起到保护作用。
25.(4)本实用新型中设置电磁阀手动开关，电磁阀既可以通过主控制器进行自动控制，也可以通过手动控制的模式进行手动控制，便于根据井下现场情况采用自动模式或者手动模式进行控制。
26.(5)由于传统的解析仪将注水口设置在解析仪的底部，注水操作麻烦，而本实用新型中，将解析仪的注水口设置在解析仪的顶部，一是便于解析仪的注水口与防爆箱配合组装，二是方便注水。
附图说明
27.为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
28.图1为本实用新型所提供的井下便携式瓦斯连续解析及含量测定装置结构示意图；
29.图2为本实用新型所提供的井下便携式瓦斯连续解析及含量测定装置的内部结构示意图；
30.图3为本实用新型所提供的井下便携式瓦斯连续解析及含量测定装置的管线布置图；
31.图4为本实用新型中解析仪注水操作示意图；
32.图5为本实用新型提供的井下便携式瓦斯连续解析及含量测定装置的工作原理示意图；
33.附图标号说明：1-防护门；2-注水口；3-活动手柄；4-显示器；5-输入设备；6-主控制器；7-电磁阀第一手动开关；8-电磁阀第二手动开关；9-电磁阀第三手动开关；10-电磁阀第四手动开关；11-活动脚架；12-流量传感器；13-主出液管； 14-第ⅳ电磁阀；15-第ⅲ电磁阀；16-第ⅱ电磁阀；17-第ⅰ电磁阀；18-横向隔板；19-导管孔；20-导线孔；21-进气主管；22-解析仪固定器；23-解析仪ⅰ； 24-解析仪ⅱ；25-解析仪ⅲ；26-三通接头；27-防爆箱；28-煤样罐；29-进气口； 30-排水口；31-电子流量计；32-存储器；33-纵向隔板；34-第一腔室；35-第二腔室；36-第三腔室；37-密封塞。
具体实施方式
34.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的一部分实施例，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作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。
35.需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
36.另外，在本实用新型中涉及“第一”、“第二”、
“ⅰ”
、
“ⅱ”
等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、
“ⅰ”
、
“ⅱ”
的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
37.如图1至图3、以及图5所示，一种井下便携式瓦斯连续解析及含量测定装置，包括煤样罐28、解析仪、以及主控制器6，还包括存储器32、显示器4、输入设备5、和电子流量计31；
38.所述解析仪的数量至少两个；每个解析仪的进气口29分别通过进气支管连接至进气主管21，所述进气主管21与所述煤样罐28连接；在每个解析仪的进气支管上设置有电磁阀；
39.每个解析仪的排水口30分别通过排水支管连接至主出液管13，所述电子流量计31的流量传感器12设置在主出液管13的出口端；所述电磁阀与主控制器 6控制连接；所述电子流量计31、存储器32、显示器4、输入设备5分别与主控制器6连接。
40.所述显示器4用于输出显示主控制器6采集到的瓦斯解析速度和瓦斯累计流量信息，用于显示主控制器6从存储器32读取的采集时间、瓦斯解析速度和瓦斯累计流量信息，用于显示主控制器6从输入设备5采集到的输入信号；
41.所述输入设备5的作用在于可输入不同的计数时间间隔以及其他参数的设定；
42.所述主控制器6，用于控制各个电磁阀的开启和闭合；用于接收电子流量计 31的流量信号，根据采集时间和电子流量计31的信号实时获取瓦斯解析速度、累计流量，并将所获得的实时瓦斯解析速度、累计流量发送至显示器4进行显示，同时也将其发送至存储器32进行存储；
43.所述电子流量计31用于执行主控制器6的指令对主出液管13出口的流量进行累计计数，记录不同时刻主出液管液13的出水流量。所述主出液管13主要将解析瓦斯排出的水汇集到流量传感器12进行计量后排到装置外。
44.具体地，在本实施例中，如图2、图3所示，所述解析仪的数量为三个，分别为解析仪ⅰ23、解析仪ⅱ24、解析仪ⅲ25；
45.在解析仪ⅰ23的进气支管上设置有第ⅰ电磁阀17，第ⅰ电磁阀17用于控制瓦斯气体进入解析仪ⅰ23；
46.在解析仪ⅱ24的进气支管上设置有第ⅲ电磁阀15，第ⅲ电磁阀15用于控制瓦斯气
体进入解析仪ⅱ24；
47.在解析仪ⅲ25的进气支管上设置有第ⅳ电磁阀14，第ⅳ电磁阀14用于控制瓦斯气体进入解析仪ⅲ25；
48.在所述进气主管21还设置有第ⅱ电磁阀16，第ⅱ电磁阀16用于控制控制瓦斯气体进入解析仪ⅱ24和解析仪ⅲ25；
49.第ⅰ电磁阀17、第ⅱ电磁阀16、第ⅲ电磁阀15和第ⅳ电磁阀14分别与主控制器6控制连接。
50.在本实施例中，如图2、图3所示，所述井下便携式瓦斯连续解析及含量测定装置还包括电磁阀手动开关用于对电磁阀进行手动控制，电磁阀手动开关与电磁阀之间采用导线实现电连接，以用于手动控制电磁阀的开启与关闭，具体地，所述电磁阀手动开关包括电磁阀第一手动开关7、电磁阀第二手动开关8、电磁阀第三手动开关9和电磁阀第四手动开关10；电磁阀第一手动开关7与第ⅰ电磁阀17电连接；电磁阀第一手动开关7用于对第ⅰ电磁阀17进行手动控制；电磁阀第二手动开关8与第ⅱ电磁阀16电连接；电磁阀第二手动开关8用于对第ⅱ电磁阀16进行手动控制；电磁阀第三手动开关9与第ⅲ电磁阀15电连接；电磁阀第三手动开关9用于对第ⅲ电磁阀15进行手动控制；电磁阀第四手动开关 10与第ⅳ电磁阀14电连接。电磁阀第四手动开关10用于对第ⅳ电磁阀14进行手动控制；
51.如图1、图2所示，在本实施例中，所述井下便携式瓦斯连续解析及含量测定装置还包括防爆箱27，在防爆箱27内部设置有横向隔板18和纵向隔板33，所述横向隔板18纵向隔板33将防爆箱27的内腔分隔成第一腔室34、第二腔室 35和第三腔室36；第一腔室34、第二腔室35设置在第三腔室36的上方，第一腔室34设置第二腔室35的左侧；所述解析仪ⅰ23、解析仪ⅱ24、解析仪ⅲ25安装在所述第一腔室34内；所述主出液管13设置在第三腔室36内；所述主控制器6、存储器32、显示器4、输入设备5设置在第二腔室35内。通过利用防爆箱27将解析仪ⅰ23、解析仪ⅱ24、解析仪ⅲ25、主控制器6、存储器32、显示器4、输入设备5和电子流量计31、主出液管13、主进气管21封装在其内部，形成了一个整体式的测定装置，同时防爆箱27可以对内部的解析仪、主控制器 6、存储器32、显示器4、输入设备5以及电子流量计31起到保护作用。
52.如图2所示，在本实施例中，在所述横向隔板18上设置有导管孔19和导线孔20，所述导管孔19用于穿设进气支管、排水支管；所述导线孔20用于穿设导线；所述导管孔19与进气支管、排水支管之间采用胶水密封，导线孔20与导线之间采用胶水密封。
53.在本实施例中，所述解析仪的外形为棱柱形，解析仪的横截面为正方形或长方向，即解析仪ⅰ23、解析仪ⅱ24、解析仪ⅲ25的外形均为棱柱形；将解析仪的外形设置为棱柱形，一是便于固定解析仪，避免解析仪在防爆箱27内部发生滚动，二是有利于利用防爆箱27内部的有限空间，增大解析仪的容量。在本实施例中，在所述解析仪的上部、下部分别设置有解析仪固定器22，所述解析仪固定器22的两端固定在所述防爆箱27的内壁上。具体地，解析仪固定器22为弧形形状的硬塑料，其两端设置有螺纹孔，同时在防爆箱27的内壁上焊接螺母，解析仪固定器22与防爆箱27的内壁上螺母通过螺钉连接对解析仪的上端和下端进行固定。
54.如图2所示，在本实施例中，所述解析仪的注水口2设置在解析仪的顶部；所述注水口2向上伸出防爆箱27的顶板之外；所述注水口2的内壁上设置有螺纹，在注水口2上设置有
密封塞37，密封塞37与注水口2采用螺纹连接。所述密封塞37的内部为内部为铝制材料，外部为橡胶材质。密封塞37内部的铝制材料可以增强密封塞37的强度，外壁的橡胶材质可以保证密封效果。
55.如图1所示，在本实施例中，在所述防爆箱27的顶板上设置有活动手柄3，所述活动手柄3呈倒“u”型形；在所述防爆箱27上设置有防护门1。设置活动手柄3便于整个装置的提拿与转移，提拿时手掌穿过活动手柄3呈倒“u”型空间即可握住活动手柄。在所述防爆箱27的底板上设置有活动脚架11，所述活动脚架11与防爆箱27底板之间的角度可以调节。活动脚架11角度可以调节，在使用的时候调节各个活动脚架11的角度，可以保证整个装置处于水平状态；同时活动脚架11还可以收拢紧靠在防爆箱27的底板上，减小整个装置的体积。
56.如图3所示，在本实施例中，解析仪上排水支管通过转弯接头或三通接头26 与主出液管13相连，连接处采用密封胶配合强力胶水进行密封，以防渗水。
57.上述井下便携式瓦斯连续解析及含量测定装置的使用方法，包括以下步骤：
58.步骤一、在打钻取样附近取下测定装置，将测定装置的活动脚架11打开，通过调节活动脚架11的角度使测定装置水平放置，打开解析仪ⅰ23、解析仪
ⅱꢀ
24以及解析仪ⅲ25的注水口2上的密封塞37，向三个解析仪中注满水，然后盖上密封塞37，采用手动控制模式或者自动控制模式，使得第ⅰ电磁阀17、第ⅱ电磁阀16、第ⅲ电磁阀15以及第ⅳ电磁阀14处于关闭状态，通过输入设备5 设置好计数时间间隔(如一分钟记录一次)。
59.步骤二、取出煤样后迅速放入煤样罐28中并进行封盖，然后将煤样罐28的导气管与测定装置的主进气管21进行连接。
60.步骤三、主控制器开始工作，利用电磁阀第一手动开关7手动控制或者主控制器6自动控制开启第ⅰ电磁阀17，同时电子流量计31开始工作；瓦斯气体通过进气支管进入解析仪ⅰ23并将水排出至主出液管13，水经过流量传感器12将信息传至电子流量计31进行记录后发送至主控制器6。
61.步骤四、待解析仪ⅰ23中的水即将排尽时，关闭第ⅰ电磁阀17，并第ⅱ电磁阀16和第ⅲ电磁阀15，此时瓦斯气体通过进气支管进入解析仪ⅱ24将水排出至主出液管13；与此同时，打开解析仪ⅰ23的注水口2，并向解析仪ⅰ23注水后进行封盖。
62.步骤五、待解析仪ⅱ24中的水即将排尽时，关闭第ⅲ电磁阀15，并迅速打开第ⅳ电磁阀14，此时瓦斯气体通过进气支管进入解析仪ⅲ25将水排出至主出液管；与此同时，打开解析仪ⅱ24的注水口2，并向解析仪ⅱ24注水后进行封盖。
63.步骤六、待解析仪ⅲ25中的水即将排尽时，关闭第ⅱ电磁阀16和第ⅳ电磁阀14，与此同时打开第ⅰ电磁阀17，此时瓦斯气体通过进气支管进入解析仪
ⅰꢀ
23将水排出至主出液管。与此同时，打开解析仪ⅲ25的注水口2，向解析仪
ⅲꢀ
25注水后并进行封盖。
64.步骤七、直到连续读取超过30次累计瓦斯解析量或者当解析量小于2ml/min 时，关闭第ⅰ电磁阀17、第ⅱ电磁阀16、第ⅲ电磁阀15以及第ⅳ电磁阀14，将每次瓦斯累计解析量保存到存储器32中，完成瓦斯解析过程和含量的测定。
65.在进行瓦斯解析和含量测定过程中，可根据瓦斯解析速度进行判断是否要进行步骤四、步骤五、步骤六。
66.以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或
直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。