[發明專利]一種用于礦井瓦斯取樣的便攜式取樣儀及控制方法

有效

• 申請號: 202010413212.8
• 申請日: 2020-05-15
• 公開（公告）號: CN111579316B
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發明（設計）人: 劉宏;周福寶;賀志宏;張杰;王鑫鑫
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學;西山煤電（集團）有限責任公司
• 主分類號: G01N1/24
• 分類號: G01N1/24
• 代理公司: 北京淮海知識產權代理事務所(普通合伙) 32205
• 代理人: 楊曉亭

本發明公開了一種用于礦井瓦斯取樣的便攜式取樣儀及控制方法，取樣儀包括原料氣源采集口、多路閥組Ⅰ、真空泵Ⅰ、三通換向閥、樣本氣體采集裝置和樣本氣體制備裝置。本便攜式取樣儀體積小、各裝置容易裝拆、便于攜帶、操作簡單，可以很好地適應煤礦井下條件、解決在煤礦井下各地點將超低濃度瓦斯分離到目標濃度的取樣難題，針對含超低濃度瓦斯的原樣氣體，可以實現原樣氣體被逐次吸附、并在多個儲氣罐內實現瓦斯濃度梯度提高，直至氣體樣本的瓦斯濃度達到采集要求，特別適用于對采空區、采煤工作面上隅角、回風巷和裂隙帶等煤礦井下地點的瓦斯采樣。

技術領域

本發明涉及一種瓦斯取樣儀及控制方法，具體是一種適用于對采空區、采煤工作面上隅角、回風巷和裂隙帶等煤礦井下地點的濃度低于1％以下的超低濃度瓦斯進行取樣的便攜式取樣儀及控制方法，屬于煤礦瓦斯災害的防治與高效開發技術領域。

背景技術

煤層氣俗稱“瓦斯”，是指儲存在煤層中以甲烷為主要成分、以吸附在煤基質顆粒表面為主、部分游離于煤孔隙中或溶解于煤層水中的烴類氣體，是煤的伴生礦產資源，屬非常規天然氣。煤層氣空氣濃度達到5％～16％時，遇明火就會爆炸，這是煤礦瓦斯爆炸事故的根源。考慮到工作人員的健康和安全問題，《煤礦安全規程》規定，煤礦井下采煤工作面，回風巷道中的瓦斯濃度不得高于1％。由于煤礦井下通風需求等，采煤工作面上隅角、裂隙帶、采空區等地方瓦斯濃度基本低于1％。

隨著科技發展以及對礦井安全的要求，需要對礦井瓦斯做相關分析測試。傳統的做法是先通過瓦斯取樣儀在礦井下不同地點采集不同的氣體樣品，再對氣體樣品進行分析測試。考慮到測試結果的精確性、可靠性，大部分分析手段對氣體濃度要求較高，比如，同位素分析煤層瓦斯溯源技術，要求瓦斯氣樣中瓦斯濃度大于10％。而針對采空區、采煤工作面上隅角、回風巷和裂隙帶等煤礦井下地點的濃度低于1％以下的超低濃度瓦斯，直接取樣得到的樣品無法直接用于分析測試。

發明內容

針對上述問題，本發明提供一種用于礦井瓦斯取樣的便攜式取樣儀及控制方法，可以在實現對符合分析測試要求的、含有高濃度瓦斯的煤層氣進行采樣的前提下，實現對含有濃度低于1％以下的超低濃度瓦斯的煤層氣進行采樣、并同步制備產出符合分析測試要求的氣體樣本，特別適用于對采空區、采煤工作面上隅角、回風巷和裂隙帶等煤礦井下地點的瓦斯采樣。

為實現上述目的，本用于礦井瓦斯取樣的便攜式取樣儀包括原料氣源采集口、多路閥組Ⅰ、真空泵Ⅰ、三通換向閥、樣本氣體采集裝置和樣本氣體制備裝置；

所述的多路閥組Ⅰ包括n+1個輸入端口和一個輸出端口、且n+1個輸入端口分別通過截止閥Ⅰ與輸出端口連通連接，原料氣源采集口與多路閥組Ⅰ的一個輸入端口連通連接，多路閥組Ⅰ的輸出端口與真空泵Ⅰ的輸入端連通連接，真空泵Ⅰ的輸出端通過三通換向閥與樣本氣體采集裝置和樣本氣體制備裝置連接，樣本氣體采集裝置的輸出端上設有逆止閥，真空泵Ⅰ的輸出端上還設有瓦斯濃度探測器，三通換向閥與樣本氣體制備裝置連接的通路上還設有流量控制閥；

所述的樣本氣體制備裝置包括氣體吸附部分和儲氣部分；氣體吸附部分包括吸附罐，吸附罐內部填充有優先吸附氧氣和/或氮氣的吸附劑，吸附罐的輸入端通過截止閥Ⅱ與流量控制閥的輸出端連通連接，吸附罐的輸出端通過截止閥Ⅲ與真空泵Ⅱ的輸入端連通連接，吸附罐的輸出端上還設有氣體壓力探測器；儲氣部分包括多路閥組Ⅱ和n個儲氣罐，多路閥組Ⅱ包括一個輸入端口和n個輸出端口、且n個輸出端口分別通過截止閥Ⅳ與輸入端口連通連接，多路閥組Ⅱ的輸入端口與真空泵Ⅱ的輸出端連通連接，n個儲氣罐的輸入端分別與多路閥組Ⅱ的n個輸出端口依次連通連接，n個儲氣罐的輸出端分別與多路閥組Ⅰ的其他輸入端口連通連接，且第一個儲氣罐至第n個儲氣罐的容積依次遞減。