[發明專利]一種分析煤體鉆孔過程中氣體成分變化的裝置及方法

在審

• 申請號: 202111009826.0
• 申請日: 2021-08-31
• 公開（公告）號: CN113720938A
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發明（設計）人: 于志金;張志鵬;楊淞;徐勇;晉策;李鵬兵
• 申請（專利權）人: 西安科技大學;西安天河礦業科技有限責任公司
• 主分類號: G01N30/02
• 分類號: G01N30/02;G01N30/14
• 代理公司: 西安創知專利事務所 61213
• 代理人: 馬鳳云

本發明公開了一種分析煤體鉆孔過程中氣體成分變化的裝置及方法，該裝置包括密閉箱體、煤樣試件、抽氣泵、氣體干燥箱和色譜分析儀，密閉箱體的一側中部開設有鉆桿穿孔，密閉箱體上設置有多個固定調節器，鉆桿內設置有抽氣導管；該方法包括步驟一、加工制作煤樣試件；二、固定煤樣試件；三、鉆桿單次鉆進；四、煤樣試件內部氣體的抽采及其成分分析；五、多次重復步驟三至步驟四；六、對比分析煤樣試件內部氣體在鉆孔過程中的成分變化。本發明結構設計合理，方法步驟簡便，可以較為真實的反映出煤體在鉆進過程中鉆孔內氣體成分的變化情況，進而為煤層開采的過程中氣體來源分析，提供了很好的指導，同時也為鉆孔內的氣體抽采提供了方便高效的思路。

技術領域

本發明屬于煤層鉆孔抽采技術領域，具體涉及一種分析煤體鉆孔過程中氣體成分變化的裝置及方法。

背景技術

隨著煤層開采難度和開采深度的不斷加大，為確保煤炭的綠色安全高效開采，煤層鉆孔工作成為了瓦斯抽采，礦井防滅火等礦井災害防治手段中的常用措施，然而煤鉆機在煤體打鉆孔的過程中煤體內部的氣體構成發生了極大變化，其中甲烷和一氧化碳等氣體在鉆孔內的濃度大大增加，嚴重影響了瓦斯富集區域以及煤自燃區域的準確判斷。

許多學者通過靜止、片面的分析方法認為“甲烷氣體是煤碳內部原始存在的，而一氧化碳氣體是由于煤炭自燃產生的”，但這與實際情況大相徑庭，在實際情況中，煤層內氣體的成分和來源十分的廣泛且復雜，不能通過簡單的分析誤認為上述結論是成立的。在實際情況中煤鉆機打鉆孔的過程中，鉆孔內實際的氣體濃度和理論計算的氣體濃度結果相差很大，是因為煤鉆機鉆頭、鉆桿與煤體之間的摩擦作用，產生了大量的熱量，引起鉆孔內周圍煤體溫度升高，導致鉆孔內一氧化碳或甲烷氣體濃度增加。

在目前的技術研究中，沒有真實的反映出煤鉆機打鉆孔的過程中鉆孔內氣體成分的變化情況，針對上述情況，需要提出一種分析煤體鉆孔過程中氣體成分變化的裝置及方法，可以彌補煤體在鉆進過程中氣體成分變化情況不清的缺陷，為煤炭的安全開采夯實基礎工作。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種分析煤體鉆孔過程中氣體成分變化的裝置，其結構設計合理，方法步驟簡便，能夠在煤體鉆孔過程中對煤體內的氣體進行抽采，進而便于通過對不同鉆孔深度處抽采的氣體進行氣體成分對比分析，進而便于對煤礦井下瓦斯富集區域以及煤自燃區域的位置進行準確判斷，可以較為真實的反映出煤體在鉆進過程中鉆孔內氣體成分的變化情況，進而為煤層開采的過程中氣體來源分析，提供了很好的指導，同時也為鉆孔內的氣體抽采提供了方便高效的思路。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種分析煤體鉆孔過程中氣體成分變化的裝置，其特征在于：包括立方體的密閉箱體和設置在密閉箱體內的煤樣試件，所述密閉箱體的底部設置有供煤樣試件放置的墊塊，所述密閉箱體的一側中部開設有一個供煤鉆機的鉆桿穿過的鉆桿穿孔，所述密閉箱體內設置有一個對鉆桿進行導向的圓形導向套筒，所述密閉箱體的頂部和其余側分別設置有一個用于固定煤樣試件的固定調節器，所述密閉箱體上開設有鉆桿穿孔的一側內部設置有兩個用于限位煤樣試件的限位塊，兩個所述限位塊對稱布設在所述鉆桿穿孔的兩側，所述鉆桿內沿其長度方向設置有一個抽氣導管，所述鉆桿的鉆頭上設置有與抽氣導管的進氣端相配合的抽氣吸頭，所述密閉箱體外設置有一個與抽氣導管的出氣端連接的抽氣泵，所述抽氣泵上連接有氣體干燥箱，所述氣體干燥箱上連接有色譜分析儀。

上述的一種分析煤體鉆孔過程中氣體成分變化的裝置，其特征在于：所述圓形導向套筒與所述鉆桿穿孔呈同軸布設，所述圓形導向套筒的內徑與所述鉆桿穿孔的孔徑相適配，所述圓形導向套筒的一端固定在密閉箱體的內壁上，所述圓形導向套筒的另一端與煤樣試件的一側緊貼；

所述限位塊的厚度等于圓形導向套筒的長度。

上述的一種分析煤體鉆孔過程中氣體成分變化的裝置，其特征在于：所述圓形導向套筒的兩端內部分別設置有一個與鉆桿相配合的密封圈。