[發(fā)明專利]一種煤礦井下一站式瓦斯含量測定裝置及測定方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110813300.1
• 申請日: 2021-07-19
• 公開（公告）號: CN113533126B
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 康建宏;王有湃;周福寶;劉應(yīng)科;韓宇
• 申請（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01N7/00
• 分類號: G01N7/00;G01N7/14;G01N1/28;G01N1/08;G01D21/02;G08C17/02
• 代理公司: 北京淮海知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32205
• 代理人: 周淑淑

1.一種煤礦井下一站式瓦斯含量測定裝置，包括煤樣罐(15)以及設(shè)置在煤樣罐(15)中的破碎系統(tǒng)(23)，其特征在于，還包括本安腔(17)和隔爆腔(14)，在本安腔(17)中設(shè)置本安工控機(jī)(5)，在隔爆腔(14)中設(shè)置電子流量傳感器Ⅰ(7)、電子流量傳感器Ⅱ(8)、電子流量傳感器Ⅲ(9)、電磁閥Ⅰ(11)、電磁閥Ⅱ(12)、電磁閥Ⅲ(13)、電磁閥Ⅳ(10)以及連接網(wǎng)線和防爆氣管；煤樣罐(15)與安裝在煤樣罐(15)底部的氣動破碎機(jī)(16)采用機(jī)械旋轉(zhuǎn)密封(18)連接；破碎系統(tǒng)(23)通過氣動破碎機(jī)(16)內(nèi)部設(shè)置的氣動馬達(dá)帶動，在煤樣罐(15)的上端出口安裝金屬過濾網(wǎng)(25)，金屬過濾網(wǎng)(25)通過防爆氣管連接三通接頭Ⅰ(19)的進(jìn)口，三通接頭Ⅰ(19)的第一出口連接電磁閥Ⅰ(11)的進(jìn)口，三通接頭Ⅰ(19)的第二出口連接三通接頭Ⅱ(20)的進(jìn)口，三通接頭Ⅱ(20)的第一出口連接電磁閥Ⅱ(12)的進(jìn)口，三通接頭Ⅱ(20)的第二出口連接電磁閥Ⅲ(13)的進(jìn)口，電磁閥Ⅰ(11)的出口通過防爆氣管連接電子流量傳感器Ⅰ(7)的進(jìn)口，電磁閥Ⅱ(12)的出口通過防爆氣管連接電子流量傳感器Ⅱ(8)的進(jìn)口，電磁閥Ⅲ(13)的出口通過防爆氣管連接電子流量傳感器Ⅲ(9)的進(jìn)口，電子流量傳感器Ⅰ(7)、電子流量傳感器Ⅱ(8)、電子流量傳感器Ⅲ(9)的出口共同匯集到電子流量傳感器出氣口(24)并將瓦斯排出隔爆腔(14)，電子流量傳感器Ⅰ(7)、電子流量傳感器Ⅱ(8)、電子流量傳感器Ⅲ(9)通過網(wǎng)線匯集連接本安工控機(jī)(5)，本安工控機(jī)(5)通過網(wǎng)線連接電磁閥Ⅳ(10)，電磁閥Ⅳ(10)的進(jìn)氣口通過防爆氣管連接井下動力氣源(6)，電磁閥Ⅳ(10)的出氣口通過防爆氣管連接氣動馬達(dá)進(jìn)氣口(22)，氣動馬達(dá)出氣口(21)排出氣源；本安工控機(jī)(5)通過檢測電子流量傳感器Ⅰ(7)、電子流量傳感器Ⅱ(8)、電子流量傳感器Ⅲ(9)的瓦斯流量來控制電磁閥Ⅰ(11)、電磁閥Ⅱ(12)、電磁閥Ⅲ(13)、電磁閥Ⅳ(10)的開啟與關(guān)閉；

本安工控機(jī)(5)分別連接無線發(fā)射器(2)、溫度傳感器(3)和氣體壓力傳感器(4)；無線發(fā)射器(2)傳輸數(shù)據(jù)至井下基站(1)，溫度傳感器(3)和氣體壓力傳感器(4)實時感知作業(yè)環(huán)境的溫度和大氣壓力；

電池箱(26)通過礦用防爆電纜(28)連接至本安腔(17)上的航空插頭(27)，航空插頭(27)連接本安工控機(jī)(5)；

電磁閥Ⅰ(11)、電磁閥Ⅱ(12)、電磁閥Ⅲ(13)、電磁閥Ⅳ(10)和本安工控機(jī)(5)之間的通訊使用網(wǎng)線，并且電磁閥Ⅰ(11)、電磁閥Ⅱ(12)、電磁閥Ⅲ(13)、電磁閥Ⅳ(10)通過網(wǎng)線從隔爆腔(14)經(jīng)過穿箱端子連接至本安腔(17)的本安工控機(jī)(5)，井下基站(1)接收來自一站式測量裝置的數(shù)據(jù)，并通過井下高速通訊網(wǎng)絡(luò)傳送到地面中央控制室；電子流量傳感器Ⅰ(7)、電子流量傳感器Ⅱ(8)、電子流量傳感器Ⅲ(9)采用不同的測量精度及量程，電子流量傳感器Ⅰ(7)的量程為0～2000ml/min，測量精度為10ml/min；電子流量傳感器Ⅱ(8)的量程為0～1000ml/min，測量精度為5ml/min；電子流量傳感器Ⅲ(9)的量程0～100ml/min，測量精度為0.1ml/min。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤礦井下一站式瓦斯含量測定裝置，其特征在于，氣體壓力傳感器(4)的測量范圍為0.1～1MPa，精度為0.1kPa；溫度傳感器(3)的測量范圍為0～100℃，精度為0.01℃。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤礦井下一站式瓦斯含量測定裝置，其特征在于，氣動破碎機(jī)(16)可裝煤粉至少為1000g，耐壓高于5MPa，氣動馬達(dá)的轉(zhuǎn)速高于10000r/min，破碎后的煤樣粒度小于0.074mm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤礦井下一站式瓦斯含量測定裝置，其特征在于，破碎系統(tǒng)(23)為單層刀片，材質(zhì)為9CrSi，鑲高速鋼。

5.一種基于權(quán)利要求1-4任一 所述煤礦井下一站式瓦斯含量測定裝置的測定方法，其特征在于，包括以下步驟：

①將電池箱(26)通過礦用防爆電纜(28)連接至本安腔(17)上的航空插頭(27)，給整個裝置穩(wěn)定持續(xù)供給電源；

②在井下待測樣點的煤壁上進(jìn)行打鉆，取出煤樣，稱重，快速將煤樣密封至煤樣罐(15)，進(jìn)行井下瓦斯量的測定，當(dāng)感知到瓦斯氣體流量為1000～2000ml/min之間時，本安工控機(jī)(5)通過網(wǎng)線控制電磁閥Ⅱ(12)、電磁閥Ⅲ(13)關(guān)閉，同時開啟電磁閥Ⅰ(11)，采用電子流量傳感器Ⅰ(7)的測量數(shù)據(jù)；當(dāng)感知到瓦斯氣體流量為100～1000ml/min之間時，本安工控機(jī)(5)通過網(wǎng)線控制電磁閥Ⅰ(11)、電磁閥Ⅲ(13)關(guān)閉，同時開啟電磁閥Ⅱ(12)，采用電子流量傳感器Ⅱ(8)的測量數(shù)據(jù)；當(dāng)感知到瓦斯氣體流量為0～100ml/min之間時，本安工控機(jī)(5)通過網(wǎng)線控制電磁閥Ⅰ(11)、電磁閥Ⅱ(12)關(guān)閉，同時開啟電磁閥Ⅲ(13)，采用電子流量傳感器Ⅲ(9)的測量數(shù)據(jù)；其中測量值為100ml/min時采用電子流量傳感器Ⅱ(8)的測量數(shù)據(jù)，測量值為1000ml/min時采用電子流量傳感器Ⅰ(7)的測量數(shù)據(jù)，并實時將數(shù)據(jù)傳送到本安工控機(jī)(5)，測定后的瓦斯氣體共同匯集至電子流量傳感器出氣口(24)排出隔爆腔(14)；

③在井下測定瓦斯含量的過程中，本安工控機(jī)(5)實時記錄解吸的瓦斯體積，連續(xù)記錄1h或者解吸量小于2ml/min時，本安工控機(jī)(5)按照預(yù)先設(shè)定的程序控制電磁閥Ⅳ(10) 開啟，使井下動力氣源(6)通過氣動馬達(dá)進(jìn)氣口(22)帶動氣動破碎機(jī)(16)在井下粉碎煤樣，隨后井下動力氣源(6)通過氣動馬達(dá)出氣口(21)排出，并按照上述步驟②繼續(xù)記錄解吸的瓦斯含量，即完成了殘余瓦斯含量的測定；

④氣動破碎機(jī)(16)破碎煤樣后，繼續(xù)按照步驟①、②、③測定粉碎解吸量，30min后系統(tǒng)將自動停止記錄，同時自動保存瓦斯解吸量的測定時間和對應(yīng)的瓦斯解吸量，得出最終的測量數(shù)據(jù)；

⑤本安工控機(jī)(5)連接溫度傳感器(3)和氣體壓力傳感器(4)，通過測量溫度傳感器(3)和氣體壓力傳感器(4)的數(shù)據(jù)，校正各階段瓦斯量至標(biāo)準(zhǔn)狀況下體積；

⑥本安工控機(jī)(5)將校正后的結(jié)果通過無線發(fā)射器(2)傳送至井下基站(1)，井下基站(1)通過井下高速通訊網(wǎng)絡(luò)傳送到地面中央控制室完成測量。