CN210514293U - 一种煤层瓦斯含量自动测定装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种煤层瓦斯含量自动测定装置，包括解析装置柜和中央控制台等；解析装置柜包括柜体和解析装置，解析装置的水箱设置在柜体底部，其余部分设置在柜体内，2个量管的底部伸入至水箱内，每个激光位移传感器设置在对应的一个量管顶部，每个微型真空泵与对应的量管顶部抽气口连接；粉碎机电控箱用于控制超细研磨粉碎机工作，超细研磨粉碎机的出口与填充有水的杂质过滤瓶入口连接，杂质过滤瓶出口与其中一个量管的底部入口连接，另一个量管的底部入口与煤样罐连接。本实用新型通过激光测距检测量管内液体体积变化并通过中央控制台换算成瓦斯解析量，通过PLC实现自动测定及处理，及时准确的读取并记录数据，并准确的获取瓦斯含量数据。

Description

一种煤层瓦斯含量自动测定装置

技术领域

本实用新型属于煤层瓦斯含量测定技术领域，具体涉及一种煤层瓦斯含量自动测定装置。

背景技术

瓦斯是目前威胁煤矿安全生产主要隐患之一，而煤层瓦斯含量作为煤层的原始数据更是诸多瓦斯灾害评价以及瓦斯灾害防治技术和措施制定的基础数据，煤层瓦斯含量测定的准确率直接决定着矿井瓦斯灾害评价的准确性和瓦斯灾害防治的有效性。

目前我国采用的瓦斯含量测定装置，普遍存在结构不稳定、自动化程度低、数据读取误差大等缺点，与倡导的快速准确相差甚远。

为了提高瓦斯含量测定装置的自动化程度，逐减出现了多种瓦斯含量自动测定装置，瓦斯含量测定要想实现自动化主要解决的问题就是解析瓦斯量的自动计量代替人工读数和数据自动上传代替人工录入，针对该问题目前普遍采用的方法有三种：一是利用电子天平秤排水量，最终换算成排水体积；二是气体流量计测量解析气体；三是通电阻测液位，测量排水体积。但是以上三种方法还存稳定性和精准度方面不足，容易出现失准和对小流量的无法准确测量的问题。

因此，亟需建立一套煤层瓦斯含量自动测定装置，该装置具稳定性高、集成度高、自动化程度高、人为干扰因素小、准确性高、操作简单、便于维护、等特点，提高瓦斯含量测定精度和准度。

实用新型内容

本实用新型目的在于克服上述现有技术中的不足，提供了一种煤层瓦斯含量自动测定装置，其特别适用于现代化实验室的使用，该***可以对煤样进行自动化的测定，实现自动操作、自动上传记录并处理数据，测试全过程数字可视化，仿真模型显示流程进度。本实用新型具有人为干扰因素小、准确性高、操作简单、易于观察、便于维护等特点，其结构设计简单、设计合理，降低了测定成本，适用于各类工程现场及实验室，实用性强、使用效果好，便于推广使用。

本实用新型采用如下技术方案来实现的：

一种煤层瓦斯含量自动测定装置，包括解析装置柜、粉碎***和中央控制台；其中，

解析装置柜包括柜体和解析装置，解析装置包括2个激光位移传感器、2个量管、水箱和2个微型真空泵；

粉碎***包括超细研磨粉碎机、杂质过滤瓶和粉碎机电控箱；

解析装置的水箱设置在柜体底部，其余部分设置在柜体内，2个量管的底部分别伸入至水箱内，每个激光位移传感器设置在对应的一个量管顶部，每个微型真空泵与对应的量管顶部抽气口连接；

粉碎机电控箱用于控制超细研磨粉碎机工作，超细研磨粉碎机的出口与填充有水的杂质过滤瓶入口连接，杂质过滤瓶出口与其中一个量管的底部入口连接，另一个量管的底部入口与煤样罐连接；

2个激光位移传感器、2个微型真空泵及粉碎机电控箱均与中央控制台连接。

本实用新型进一步的改进在于，解析装置柜还包括设置在柜体内的温度传感器和大气压力传感器，其输出端分别与中央控制台连接。

本实用新型进一步的改进在于，解析装置还包括设置在每个量管内的浮片。

本实用新型进一步的改进在于，浮片采用耐腐蚀反光浮片。

本实用新型进一步的改进在于，粉碎机电控箱壁挂安装在超细研磨粉碎机上方。

本实用新型进一步的改进在于，量管采用玻璃量管。

本实用新型进一步的改进在于，量管上均设置有刻度。

本实用新型进一步的改进在于，中央控制台包括PLC控制***、中央处理器、仿真测试流程模型和触控液晶显示屏，其中，

PLC控制***，用于采集传感器数据并传输给CPU模块，通过程序计算，控制排气泵、粉碎机启停，将所需数据通过RS485通讯传输给中央处理器；

中央处理器，用于进行数据的整合计算及处理，且可输出信号至PLC，从而控制设备的启停；

仿真测试流程模型，用于显示实验流程和进度，实现实验过程的可视化，从显示屏中可以看到模拟量管在下降，激光测微仪在闪烁，粉碎机在转动；

触控液晶显示屏，用于人工触控操作录入其他数据及各数据及图像的观测；各个传感器采集信号均通过RS485通讯与PLC实现信号传输，中央处理器用于通过RS485通讯与PLC的数据传输，自动录入数据与设备的启停动作；中央处理器采用触控液晶显示屏，实现数据录入及图像、数据监控。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：

1、本实用新型创新性提出根据倒置量筒法通过激光测距配合量管进行瓦斯气体的体积计量，增加气体体积计量的方法的研究，为各种气体体积计量提供一种新的技术支撑。

2、本实用新型充分考虑到人工操多带来的多种误差因素，通过自动化计量，准确检测煤样释放瓦斯含量。

3、本实用新型将含量测定整套装置的控制和显示集成一个中央控制台的触摸屏上，提高了实验设备的集成度。

4、本实用新型结构稳定、安全性高，结构简单、设备固定在实验室中使用，保证了实验测定过程中的环境稳定。

综上所述，本实用新型通过激光测距检测量管内液体体积变化并通过中央控制台换算成瓦斯解析量，通过PLC实现自动测定及处理，及时准确的读取并记录数据，有效地降低误差，并准确的获取瓦斯含量数据，测试全过程数字可视化，仿真模型显示流程进度。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为激光位移传感器监测原理图；

图3为PLC控制原理图。

附图标记说明：

1—柜体；2—激光位移传感器；3—量管；4—耐腐蚀反光浮片；6—温度传感器；7—大气压力传感器；8—杂质过滤瓶；9—超细研磨粉碎机；10—粉碎机电控箱；11—中央控制台；12—水箱；2-1—第一激光位移传感器；2-2—第二激光位移传感器；3-1—第一量管；3-2—第二量管；4-1—第一浮片；4-2—第二浮片；5-1—第一微型真空泵；5-2—第二微型真空泵。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本实用新型做进一步的详细描述。

如图1至图3所示，本实用新型提供的一种煤层瓦斯含量自动测定装置，包括解析装置柜、粉碎***和中央控制台11。其中，解析装置柜包括柜体1、温度传感器6、大气压力传感器7及其相应的支架。解析装置包括：2个激光位移传感器2、2个量管3、水箱12、2个浮片4和2个微型真空泵。粉碎***包括：超细研磨粉碎机9、杂质过滤瓶8和粉碎机电控箱10；中央控制台11包括PLC控制***、中央处理器、仿真测试流程模型和触控液晶显示屏。激光位移传感器2与对应的量管3连接并固定为一体密闭式设备，保证其气密性且激光位移传感器2安装于量管3顶部；量管3内安装比量管直径小1mm的耐腐蚀反光浮片4；粉碎机电控箱10壁挂安装在超细研磨粉碎机9上方；中央控制台11与柜体1就近安装。

如图1所示，2个量管3分别为第一量管3-1和第二量管3-2，2个浮片4分别为第一浮片4-1和第二浮片4-2，2个微型真空泵分别为第一微型真空泵5-1和第二微型真空泵5-2，第一量管3-1进气口与煤样罐连接，第一量管3-1抽气口与第一微型真空泵5-1连接；第二量管3-2进气口与杂质过滤瓶8连接，杂质过滤瓶8与超细研磨粉碎机9连接，第二量管3-2抽气口与第二微型真空泵5-2连接；以上连接均采用耐腐蚀橡胶管。

如图1所示，本实用新型的激光位移传感器2、微型真空泵5、温度传感器6、大气压力传感器7和粉碎机电控箱10均采用RS485与中央控制台11连接。

如图1所示，煤样常压解吸瓦斯含量由第一激光位移传感器2-1、第一量管3-1、第一微型真空泵5-1、温度传感器6、大气压力传感器7、中央控制台11和煤样罐部分配套完成测试。

如图1所示，煤样粉碎解吸瓦斯含量由第二激光位移传感器2-2、第二量管3-2、杂质过滤瓶8、超细研磨粉碎机9、第二微型真空泵5-2、温度传感器6、大气压力传感器7和中央控制台11部分配套完成测试。

本实施例中，所述的煤样常压解吸瓦斯含量和粉碎解吸瓦斯含量均由中央控制台通过PLC控制操作，实现实验过程自动化，且采集各个传感器信号至中央控制台，通过中央控制台计算获得最终数据。测试数据实时显示在中央控制台11的触控显示屏上，测试全过程数字可视化，仿真模型显示流程进度。中央控制台11内包含PLC控制器、中央处理器、自动数据处理软件、仿真测试流程模型、触控液晶显示屏。各传感器均采用RS485与PLC连接实现数据通讯及控制，通过软件进行数据的处理获得结果。自动数据处理软件，在常压解吸实验界面：点击“实验准备”，通过中央控制台11启动微型真空泵5-1让量管3-1内液体自动升至0ml刻度，停泵；点击“实验开始”，打开煤样罐，瓦斯解析量测试过程开始，激光位移传感器2-1实时监测，数据实时显示在至中央控制台的触控液晶显示屏11上；通过各个传感器上传数据，自动数据处理软件自动计算出分部瓦斯含量，记录数据。自动数据处理软件，在粉碎解吸实验界面：点击“实验准备”，通过中央控制台11启动微型真空泵5-2让量管3-2内液体自动升至0ml刻度，停泵；点击“实验开始”，中央控制台11输出信号至粉碎机电控箱10启动超细研磨粉碎机9，软件中设定粉碎时间，粉碎时间到后自动停机；过程中激光位移传感器2-2测试数据，粉碎时间实时显示在中央控制台触控液晶显示屏(11)；通过各个传感器上传数据，自动数据处理软件自动计算出分部瓦斯含量，记录数据。

中央控制台的触控显示屏上分三个区域：实验流程仿真模拟展示区域、实验操作控制区、实验数据显示区域。实验流程仿真模拟展示区域涉及将实验过程的各个环节流程模拟展示出来，以便于实验人员对实验进度的掌握；实验操作控制区为实验的操作触控界面涉及“实验准备”、“实验开始”、“粉碎时间设定”、“粉碎解析准备”、“粉碎解析开始”、数据输出等触控按键；实验数据显示区域涉及实验过程中解析量、温度、气压、粉碎时间等数据的实时显示。

本实施例中，以激光测液位代替量管人工读数，量管顶部的激光位移传感器2的激光照射到液面上的发光浮片4，精准测量液位变化。

本实施例中，超细研磨粉碎机9粉碎时间在中央控制台设置好，粉碎机启动在中央控制台的触控液晶显示屏11上操作，倒计时和解析瓦斯含量显示在控液晶显示屏11上，设置时间到后控制台通过粉碎机电控箱10自动停止粉碎机，粉碎机连接的杂质过滤瓶8内置长短两根玻璃气管均穿出并露出瓶塞；内置液体为纯净水，且位低于短管，高于长管，用于过滤除瓦斯外的气体杂质。

本实施例中，温度传感器5、压力传感器6实时上传测试期间环境的温度和压力数据，并计算测试期间的平均值作为测试的环境参数。

本实施例中，中央控制台11包括PLC控制***、中央处理器、仿真测试流程模型和触控液晶显示屏，其中，PLC控制***，用于采集传感器数据并传输给CPU模块，通过程序(本实用新型涉及的程序均为现有程序)计算，控制排气泵、粉碎机启停，将所需数据通过RS485通讯传输给中央处理器；中央处理器，用于进行数据的整合计算及处理，且可输出信号至PLC，从而控制设备的启停；仿真测试流程模型，用于显示实验流程和进度，实现实验过程的可视化，从显示屏中可以看到模拟量管在下降，激光测微仪在闪烁，粉碎机在转动；触控液晶显示屏，用于人工触控操作录入其他数据及各数据及图像的观测；各个传感器采集信号均通过RS485通讯与PLC实现信号传输，中央处理器通过RS485通讯与PLC的数据传输，自动录入数据与设备的启停动作；中央处理器采用触控液晶显示屏，进行数据录入及图像、数据监控。

本实用新型的工作原理为该测定装置将煤层瓦斯含量分为：

瓦斯损失量W1、常压瓦斯解吸量W2、粉碎瓦斯解吸量W3和常压残存量Wc。

工作时，通过向煤层施工取芯钻孔，用井下取芯***将煤芯从煤层深部取出，及时封入煤样筒中；井下进行煤样瓦斯解吸速度测定以及损失时间的记录，利用公式atⁱ进行瓦斯损失量W1的计算；把装有煤样的煤样筒带到实验室进行常压解吸，测量从煤样筒中释放出的瓦斯量W21，与井下测量的瓦斯解吸量W22计算煤芯瓦斯解吸量W2；称量煤样总重后称取二次煤样进行常压粉碎解吸，并以此计算粉碎瓦斯解吸量W3；则可解吸瓦斯含量Wm为：Wm＝W1+W2+W3。采用朗格缪尔公式计算常压残存量Wc，则可得出煤层瓦斯含量W＝Wm+Wc。详见中国专利申请，公开号CN101551377A。

本实用新型进行煤样瓦斯含量测定的具体操作过程为：

①把装有煤样的煤样筒带到实验室进行常压解吸，开启中央控制台②煤样罐连接量管2-1③在中央控制台常压解吸实验界面：点击“实验准备”，此时第一量管3-1内液体将自动升至0ml刻度；中央控制台录入常压解吸时间，点击“实验开始”，缓慢打开煤样罐阀门，时间结束后，中央控制台自动获取实验数据④在中央控制台录入井下解吸数据、煤样罐内煤样重量、煤样水分(若采用水排渣方式取样需录入)⑤在中央控制台粉碎解吸实验界面：录入粉碎煤样重量、粉碎解吸时间，点击“粉碎解析准备”，此时第二量管3-2内液体将自动升至0ml刻度，将称量好的煤样放入料钵内，点击“粉碎解析开始”，超细研磨粉碎机9自动启动，时间结束后，超细研磨粉碎机9自动停止，中央控制台自动获取实验数据。⑥粉碎结束后，将超细研磨粉碎机9内煤样倒出并用棉花将其内部擦拭干净，重复上述步骤⑤，两份粉碎煤样的解吸瓦斯量体积W31或W32，若两份同质量的煤样瓦斯解吸量W31和W32相差小于30％，则中央控制台自动取其平均值作为粉碎解吸瓦斯含量W3记录并后续计算；若二者相差大于30％，则中央控制台自动提示需做第三份粉碎煤样粉碎解吸测定。⑦全部煤样粉碎结束后，将超细研磨粉碎机9内煤样倒出并用棉花将其内部擦拭干净。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (8)

1.一种煤层瓦斯含量自动测定装置，其特征在于，包括解析装置柜、粉碎***和中央控制台(11)；其中，

解析装置柜包括柜体(1)和解析装置，解析装置包括2个激光位移传感器(2)、2个量管(3)、水箱(12)和2个微型真空泵；

粉碎***包括超细研磨粉碎机(9)、杂质过滤瓶(8)和粉碎机电控箱(10)；

解析装置的水箱(12)设置在柜体(1)底部，其余部分设置在柜体(1)内，2个量管(3)的底部分别伸入至水箱(12)内，每个激光位移传感器(2)设置在对应的一个量管(3)顶部，每个微型真空泵与对应的量管(3)顶部抽气口连接；

粉碎机电控箱(10)用于控制超细研磨粉碎机(9)工作，超细研磨粉碎机(9)的出口与填充有水的杂质过滤瓶(8)入口连接，杂质过滤瓶(8)出口与其中一个量管(3)的底部入口连接，另一个量管(3)的底部入口与煤样罐连接；

2个激光位移传感器(2)、2个微型真空泵及粉碎机电控箱(10)均与中央控制台(11)连接。

2.根据权利要求1所述的一种煤层瓦斯含量自动测定装置，其特征在于，解析装置柜还包括设置在柜体(1)内的温度传感器(6)和大气压力传感器(7)，其输出端分别与中央控制台(11)连接。

3.根据权利要求1所述的一种煤层瓦斯含量自动测定装置，其特征在于，解析装置还包括设置在每个量管(3)内的浮片(4)。

4.根据权利要求3所述的一种煤层瓦斯含量自动测定装置，其特征在于，浮片(4)采用耐腐蚀反光浮片。

5.根据权利要求1所述的一种煤层瓦斯含量自动测定装置，其特征在于，粉碎机电控箱(10)壁挂安装在超细研磨粉碎机(9)上方。

6.根据权利要求1所述的一种煤层瓦斯含量自动测定装置，其特征在于，量管(3)采用玻璃量管。

7.根据权利要求1或6所述的一种煤层瓦斯含量自动测定装置，其特征在于，量管(3)上均设置有刻度。

8.根据权利要求1所述的一种煤层瓦斯含量自动测定装置，其特征在于，中央控制台(11)包括PLC控制***、中央处理器、仿真测试流程模型和触控液晶显示屏，其中，

PLC控制***，用于采集传感器数据并传输给CPU模块，通过程序计算，控制排气泵、粉碎机启停，将所需数据通过RS485通讯传输给中央处理器；

中央处理器，用于进行数据的整合计算及处理，且可输出信号至PLC，从而控制设备的启停；

仿真测试流程模型，用于显示实验流程和进度，实现实验过程的可视化，从显示屏中可以看到模拟量管在下降，激光测微仪在闪烁，粉碎机在转动；

触控液晶显示屏，用于人工触控操作录入数据及各数据及图像的观测；各个传感器采集信号均通过RS485通讯与PLC实现信号传输，中央处理器用于通过RS485通讯与PLC的数据传输，自动录入数据与设备的启停动作；中央处理器采用触控液晶显示屏，实现数据录入及图像、数据监控。

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