一種煤樣瓦斯負壓解吸實驗系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種煤樣瓦斯負壓解吸實驗系統，屬于煤礦瓦斯災害防治領域，尤其涉及一種用于準確探究瓦斯處于負壓解吸環境壓力下的解吸規律及確定合理煤層瓦斯抽采負壓值的實驗系統。
【背景技術】
[0002]煤層瓦斯含量及合理煤層瓦斯預抽負壓是瓦斯災害防治工程實踐中常用的兩個基礎參數。瓦斯含量常作為煤層氣資源量、煤礦瓦斯災害危險性及瓦斯抽采效果評價指標，煤層瓦斯預抽負壓制約瓦斯預抽周期，是提高瓦斯預抽效率的關鍵參數。因此，準確測定煤層瓦斯含量及合理確定煤層瓦斯預抽負壓是有效進行瓦斯災害防治的重要基礎。
[0003]煤層瓦斯含量測定多采用煤礦井下瓦斯含量直接測定法，取樣時多采用壓風孔口接樣法，但取樣時壓風及鉆桿的擾動對鉆孔壁及鉆孔沿程沉積的煤肩不斷沖刷，使所取得的煤樣的設計位置新鮮煤樣純度降低，引起瓦斯損失量推算時數值偏低，進而造成瓦斯含量測值誤差。
[0004]針對現有壓風孔口取樣時設計位置煤樣純度低的現狀，基于負壓排渣的取樣方式也被逐漸被學者提出，如專利CN203772574U、CN103776722A、CN102798548B，該方法的思路是基于負壓氣力輸送理論，由單一負壓動力源提供煤樣運動動力;鉆頭切削煤壁，煤肩脫落隨后經由鉆桿內部被吸送采集，整個過程用時短、煤樣純度高，理論上是一種較為理想的取樣方法。但是取樣過程中同樣涉及瓦斯損失量的推算，其推算依據則是煤樣在負壓環境下的瓦斯解吸規律，但是煤樣在負壓環境下的瓦斯解吸規律研究較為薄弱。因此為了推動基于負壓排渣的定點取樣的發展及工程應用，需要加強煤樣負壓解吸理論的研究。
[0005]《河南理工大學學報(自然科學版)》第30卷6期中“負壓環境下煤的瓦斯解吸規律試驗研究”；中國專利，專利號為CN203705293U，“變壓條件下煤樣瓦斯吸附解吸實驗裝置”；中國專利，公開號為CN103776722A，“負壓環境下取樣的煤層瓦斯含量測試方法”等對負壓環境下瓦斯解吸規律的研究進入了探索，但是所提出的方法及實驗系統存在著如下問題:①測控精度低，可控范圍窄，壓力控制不穩定;②負壓排渣取樣過程取樣速度較快，一般在2分鐘內完成，而以上方法解吸量計量以分鐘為計時單位，無法獲得以秒為計時單位的解吸量，進而影響瓦斯損失量推算精度。
[0006]目前煤層瓦斯預抽負壓多采用負壓值13kPa，但是煤層賦存條件、煤層透氣性、煤層瓦斯解吸特性等的差異會使得抽采負壓為13kPa時瓦斯預抽效果不一，影響礦井生產接替，為了縮短瓦斯預抽周期提高瓦斯抽采效率，該值應根據礦井實際作出調整。
[0007]中國專利，專利號為CN203705293U公開了一種“變壓條件下煤樣瓦斯吸附解吸實驗裝置”，采用真空栗實時抽吸煤樣瓦斯解吸氣體，某種程度上是井下瓦斯抽采形式的再現，但是準確確定抽采負壓值較為困難，究其原因在于壓力控制采用真空栗，負壓值難以穩定控制。因此，實有必要提出一套設計科學、計量準確、測控穩定的煤樣負壓解吸實驗系統，以準確、全面掌握煤樣中瓦斯在負壓解吸環境下的解吸規律，為研發負壓排渣定點取樣煤層瓦斯含量測定技術及確定合理的煤層瓦斯預抽壓力值提供理論依據。
【發明內容】
[0008]本實用新型的目的在于提供的一種煤樣負壓解吸實驗系統，不僅要求其設計科學、計量準確、功能完善、自動化程度高，而且能夠穩定控制壓力并且用于研究煤樣瓦斯在負壓環境下的瓦斯解吸規律的實驗系統，為負壓排渣定點取樣定點測定煤層瓦斯含量及合理確定煤層瓦斯預抽壓力提供理論依據。
[0009]本實用新型是通過以下技術方案來實現的:一種煤樣瓦斯負壓解吸實驗系統，其包括高壓氣源模塊、抽真空模塊、煤樣罐、負壓壓力控制模塊、參數采集與測控模塊;其特征在于，
[0010]所述的高壓氣源模塊包括依次串聯的高壓氣源高純度甲烷、氣體減壓閥；
[0011]所述抽真空模塊包括真空栗、真空表和三通閥門，所述真空栗和真空表4串聯后接入三通閥門；所述氣體減壓閥也接入三通閥門；
[0012]所述煤樣罐外設有電熱圈加熱層；
[0013]手動閥一的一端與所述三通閥門相連接，手動閥一的另一端與所述煤樣罐相連；
[0014]所述負壓壓力控制模塊包括壓力緩沖罐、溫度傳感器、數據采集與顯示平臺、壓力傳感器、電磁閥、維壓容器、活塞、絲桿、人機交互平臺及伺服電機;其中，所述壓力緩沖罐接入到所述維壓容器，所述溫度傳感器接入到壓力緩沖罐，另一接口接入到參數采集與顯示平臺;所述維壓容器上端部設有三個出口，所述電磁閥的一接口接入到維壓容器，所述電磁閥的另一接口排空;所述壓力傳感器接入所述維壓容器;所述活塞與所述絲桿連接置于所述維壓容器內，所述伺服電機帶動絲桿運動;所述壓力傳感器數據線接入參數采集與顯示平臺；
[0015]所述參數采集與測控模塊包括壓力傳感器一、溫度傳感器一、電磁閥一、電磁閥二、電磁閥三、電磁閥四、氣體質量流量計一、體質量流量計二和氣體質量流量計三，其中，所述壓力傳感器一和所述溫度傳感器一的一個接口通過快速接頭接入所述煤樣罐的出口上，所述壓力傳感器一和所述溫度傳感器一的另一接口接入到參數采集與顯示平臺，電磁閥一與三通一的一個接口相連，所述三通一的另一個出口通過手動閥二與所述煤樣罐的出口相連，四通一分別與三通一、電磁閥二、電磁閥三、電磁閥四相連，電磁閥二與氣體質量流量計一串聯連接，電磁閥三與氣體質量流量計二串聯連接，電磁閥四與氣體質量流量計三串聯，氣體質量流量計一、氣體質量流量計二、氣體質量流量計三分別接入四通二，四通二、手動閥、手動閥四分別接入三通二的三個接口；手動閥三的與所述緩沖罐相連，所述氣體質量流量計一、氣體質量流量計二與氣體質量流量計三、溫度傳感器二、電磁閥二、電磁閥三、電磁閥四的數據輸出端均接入參數采集與顯示平臺。
[0016]進一步，作為優選，所述壓力緩沖罐的容積不小于5L。
[0017]進一步，作為優選，所述壓力傳感器一和壓力傳感器二的測量范圍分別為-1OOkPa?610^、-1001^^?210^，測量精度均為±0.3%?3，分辨率均為0.1%?3，輸入電壓均為24VDC，輸出電流均為4?20mA，工作環境溫度均在-30°C?+50°C，介質溫度均為室溫?1000C，頻響均不小于1次/秒。
[0018]進一步，作為優選，所述氣體質量流量計一、氣體質量流量計二和氣體質量流量計三的測量范圍分別為O?100ml/min、0?500ml/min、0?10000ml/min，測量精度均為土 I %FS;耐壓值均不低于3MPa;且能滿足真空度達到10kPa時正常使用的要求。
[0019]進一步，作為優選，所述溫度傳感器一、溫度傳感器二的測量范圍均為常溫-1500C ;測量精度均為±0.1°C ;測量分辨率均為±0.1°C ;且能滿足真空度達到10kPa時正常使用的要求。
[0020]進一步，作為優選，所述電磁閥一、所述電磁閥二、電磁閥三、電磁閥四和電磁閥五的耐壓值均為I OMPa
[0021 ]本實用新型的有益效果在于:
[0022](I)負壓環境快速形成。負壓壓力控制模塊可快速實現實驗過程所需的解吸環境負壓值并通過伺服電機穩定控制，真正做到負壓解吸環境壓力的穩定控制，為對煤樣負壓環境瓦斯解吸規律實驗的順利展開提供保障；
[0023](2)計量精度高。解吸氣體量的測定采用多個氣體質量流量計組合使用實時采集解吸量數據，實現以秒為計時單位的解吸量計量，避免排水集氣法操作的人為誤差；
[0024](3)設計科學、理論正確、便于推廣。
【附圖說明】
[0025]圖1是本實用新型的一種煤樣瓦斯負壓解吸實驗系統的結構示意圖；
[0026]其中，1-高壓氣源高純度甲烷；2-氣體減壓閥；3-真空栗;4-真空表;5-三通閥門；6-手動閥一;7-壓力傳感器;8-溫度傳感器一;9-手動閥二 ； 10-煤樣罐；11-電爐絲加熱圈；12-三通一；13-電磁閥一；14-四通一 ；15-電磁閥二； 16-電磁閥三；17-電磁閥四；18-氣體質量流量計一 ；19-氣體質量流量計二 ； 20-氣體質量流量計三;21-四通二 ； 22-三通二 ； 23-手動閥三;24-手動閥四；25-緩沖罐;26-溫度傳感器二 ； 27-參數采集與顯示平臺；28-壓力傳感器二; 29-電磁閥五;30-維壓容器;31-活塞;32-絲桿;33-人機交互平臺；34-伺服電機。
【具體實施方式】
[0027]下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0028]如圖1所示，本實用新型提供了一種煤樣瓦斯負壓解吸實驗系統，其包括高壓氣源模塊、抽真空模塊、煤樣罐、負壓壓力控制模塊、參數采集與測控模塊;其特征在于，
[0029]所述的高壓氣源模塊包括依次串聯的高壓氣源高純度甲烷1、氣體減壓閥2;
[0030]所述抽真空模塊包括真空栗3、真空表4和三通閥門5，所述真空栗3和真空表4串聯后接入三通閥門5;所述氣體減壓閥2也接入三通閥門5;
[0031]所述煤樣罐10外設有電熱圈加熱層11;
[0032]手動閥一6的一端與所述三通閥門5相連接，手動閥一 6的另一端與所述煤樣罐10相連；
[0033]所述負壓壓力控制模塊包括壓力緩沖罐25、溫度傳感器26、數據采集與顯示平臺27、壓力傳感器28、電磁閥29、維壓容器30、活塞31、絲桿32、人機交互平臺