通过bossliu[已受理]基于死空间压力换算的煤层瓦斯参数检测装置及施工方法
本科生参与人：吕彪，安浩学
完成时间：2019.7.15
技术领域
本发明涉及煤炭瓦斯检测领域，具体涉及一种基于死空间压力换算的煤层瓦斯参数检测装置及施工方法。
背景技术
煤层瓦斯压力是指煤层孔隙内气体分子自由热运动所产生的作用力，即瓦斯作用于孔隙壁的压力。煤层瓦斯压力是评价煤层突出危险性与决定煤层瓦斯含量的一个重要指标，在煤层突出危险性指标重要性排序中位居前列，不论是煤中的游离瓦斯量，还是吸附瓦斯量，皆与瓦斯压力密切相关。同时煤层瓦斯压力还是决定瓦斯流动动力人及瓦斯动力现象潜能大小的基本参数，在研究与评价瓦斯储量、瓦斯涌出、瓦斯流动、瓦斯抽采与瓦斯突出问题中具有指导意义。
煤层瓦斯含量是单位质量煤中的瓦斯体积。在我国由于煤层瓦斯含量测定方法的不同，瓦斯含量的内涵也不同，间接法测试瓦斯含量时，瓦斯含量为吸附瓦斯含量和游离瓦斯含量之和，当直接法测试时，煤层瓦斯含量则包含煤样解吸瓦斯含量、损失瓦斯含量和残存量三部分。
“以孔代巷”区域瓦斯治理技术以定向长钻孔为基础，定向长钻孔往往长达数百米甚至上千米，这也使得煤层瓦斯压力、含量传统测试方法在定向长钻孔中应用存在以下缺陷:
(1)我国煤层的渗透性普遍极低，而定向长钻孔往往长达数百米甚至上千米，通过自然渗透使钻孔揭露处达到平衡的瓦斯压力需要很长时间，且对封孔要求极高，直接测试方法耗时费力且可靠性差
(2)使用直接法测试瓦斯含量，在定向长钻孔中取样耗时较长，瓦斯在取样过程中大量逸散，使用现有方法反推的损失量存在很大误差，会造成整体瓦斯含量测试偏低。
发明内容
本发明为了解决煤层瓦斯参数检测难的问题，本发明提供一种基于死空间压力换算的煤层瓦斯参数检测装置及施工方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：一种基于死空间压力换算的煤层瓦斯参数检测装置，包括，模拟煤样实际环境的模拟室和控制模拟环境的模拟调节器；所述模拟室与模拟调节器相通连接；所述模拟室内设有：煤和瓦斯的压力密封取样器；所述取样器固定端的排气管通过第一导管与第一三通管一端连接，且排气管上设有排气阀；所述取样器设置在质量检测器的称量托盘上；所述第一三通管剩余两端分别连接压力表和第二导管连接，所述第二导管与第二三通管一端连接，第二三通管剩余的两端分别与穿过模拟室的交换气管和真空气管连接；所述第二导管、交换气管和真空气管上分别设有第一气阀、第二气阀和第三气阀；所述取样器内部设有存芯室；所述存芯室一端与设在固定端的排气管相通；存芯室另一端内壁通过环形阵列设置第三铰接链与伸缩杆一端铰接，所述伸缩杆另一端与设置在密封板后端侧面的第二铰接链铰接；固定在密封板前端侧面的第一铰接链与取样器的内壁铰接；在取样器内壁设有供密封板自由端摆动的凹槽。其中，所述伸缩杆是电动伸缩杆。其中，所述质量检测器为高精度天平。
一种基于死空间压力换算的煤层瓦斯参数检测装置的施工方法，包括如下步骤：a、在适宜的试验地点，采用千米定向钻机实施超长定向钻孔，到达预定位置后继续钻进进入煤层，通过钻进参数的变化确保钻头仅揭露煤层表层；检测并记录步骤a中煤层表层的温度T。
b、在退出千米定向钻机的钻杆和钻头后，把取样器装在钻杆的工作端；并把取样器重新送到步骤a中煤层表层位置。
c、在取样器中的密封板和排气阀完全密闭的情况下，继续对煤层钻深L米后；再通过伸缩杆完全打开密封板，让煤样进入存芯室后，再完全关闭密封板。
d、对步骤c中完成取样的取样器，退出后检查取样器的气密性；若存在漏气的情况，则把取样器内部清理后，重新按照步骤b执行，直至取样器不存在漏气。
e、通过模拟调节器控制模拟室内温度与步骤b中检测的参数一致。
f、在模拟室中把密封性良好的取样器单独放置在质量检测器上，待稳定后，测得质量为Mini；把取样器接入检测装置后，仅打开排气阀，待压力表的读数稳定，测得压力为Pini。
g、在步骤f的基础上，再打开第一气阀和第三气阀，并启动抽真空装置，对煤样抽真空并保压不低于48小时后，关闭阀门排气阀；把取样装置脱离检测装置，再次称量质量Mdra，进而算的瓦斯总质量Mtol=Mini-Mdra。
h、再把取样装置连接到检测装置，仅关闭第三阀门，通过交换气管往取样器内注入煤样不可吸附的已知气体直到质量检测器的质量为Mini；
再关闭第一气阀、第二气阀，待压力表稳定后，记录压力Phe；通过查表对压力、温度为T时已知气体的密度rho-he，进而算的取样装置中的死空间为Vcon。
i、让取样装置脱离检测装置，打开排气阀，再次称取样装置的质量为Mcon，进而得到瓦斯含量Wch4=Mtol/Mcoal。
j、对煤样总量单独测质量为Mcoal，对煤样中小煤块加工成规则形状，利用密度体积法，得到煤样的总体积Vcoal；检测规则煤块的孔隙率fi-coal，得到总孔隙率Vpor；再结合步骤f中压力Pini、步骤h中死空间Vcon，得到煤层瓦斯压力Pseam。
其中，步骤h中所述已知气体为氦气。
步骤j中，总体积Vcoal步骤包括：测量体积Vsam，质量为Msam，进而得到煤样密度rho-coal；从而得到煤样的总体积Vcoal。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：实现了煤层瓦斯压力与煤层瓦斯含量的精确测量与计算，有利于矿井的安全措施的实施。有利于估算瓦斯含量，从而确定瓦斯的产量。有利于减少人工的成本以及时间的投入。
通过bossliu[已提交]实用新型专利-煤矿井下瓦斯含量测量装置
煤矿井下瓦斯含量测量装置是一项实用新型专利，涉及煤矿井下安全生产技术领域，具体涉及一种煤矿井下瓦斯含量测量装置。
煤矿井下瓦斯气体含量是矿井通风设计、制定瓦斯防治措施必不可少的参数。目前,煤层瓦斯含量测定方法主要包括间接法和直接法，瓦斯含量测定方法不同，瓦斯含量的内涵也不尽相同。间接法测试瓦斯含量时，瓦斯含量为吸附瓦斯含量和谐离瓦斯含量之和；而直接法测试时，煤层瓦斯含量则包含煤样解吸瓦斯含量、损失瓦斯含量和残存量三部分；两种测量方法对于煤矿井下瓦斯测量的精确度均有较大的影响。针对这一问题，公告号为CN203786110U的中国实用新型专利，公开了一种用于煤层瓦斯含量的测量装置，该测量装置包括量筒、矿样罐以及排气管，通过计量量筒内液体读数之差，得出煤样中瓦斯气体体积，从而获得瓦斯解析量。但是，该测量装置中量筒与矿样罐分离型设置，排气管为橡胶软管，存在易老化及密封性不足等缺点；并且从煤层中刚取出的煤样内瓦斯压力远大于大气压力，煤样内的瓦斯会快速解吸，若连接管路太多，则会导致在将煤样放入煤样罐后，会有相当一段时间内无法做到设备密封，瓦斯逸散，从而导致煤样中所含的瓦斯含量的测量值出现较大偏差。
因此，鉴于以上问题，有必要提出一种结构简单，携带方便且测量结果更加准确的瓦斯含量测量装置，以满足煤矿井下生产工作的需求。我们就是基于这么一个现状，发明了一种煤矿井下瓦斯含量测量的装置，并且申请了实用新型专利。
本实用新型专利是在刘清泉老师的辅导下，由本科安全17-2班吕彪和本科安全17-2班马霄航共同完成的。
这个实用新型专利的点子是受到大一的时候我们做的一个大创项目的启发，从而一步一步慢慢实现的。在写专利之前，老师先是给了我一个大概的框架，包括装置的构成以及装置实现我们想要的功能的原理，然后就让我开始初步尝试写这么一个实用新型专利。
我在听完了老师给我的讲解回到宿舍之后，先是把内容整理了一下，把主要的原理和步骤先列了出来，方便我在写专利的时候可以清晰、正确、不遗漏地表达出我们所设计的装备的功能以及装备的外观和使用方法。对于装置类的专利来说我觉得这一个步骤是很重要的，因为一旦你的表达不够清晰，那么别人就有可能不能正确地使用这个装备，这从某种意义上来说是失败的。
在大致的内容梳理完之后，我便着手于搜索与我们这个实用新型专利相类似的、有关的实用新型专利，一方面是来确认我们这个装置是没有出现过的，是有创新点的，另一方面就是与其他专利比较的同时能更明确我们装置的有点，同时还能学习模仿他们专利的书写格式和包含的内容是哪些方面，从而可以为自己写专利搭起一个框架。
在专利初稿完成之后就找到了老师，老师在给我修改了一些内容后在讨论过程中又发现了一些细节问题需要处理。于是我找到了马霄航和我一起讨论，对细节进行了修改，使得专利进一步得到了完善。
老师看过之后，便给了我专利机构的联系方式，我找到了专利的代理人，在与代理人经过了两次网上交流与一次电话交流之后，将专利的所以细节都敲定，完成了最终的成稿，并对这一项专利进行了申请。至此，我的第一次实用新型专利的撰写过程就结束了，在专利申请递交上去的时候确实是送了一口气，因为这是我第一次尝试，在不知道结果是如何的情况下，一步步地走到了完成专利申请书这一步，对我而言是十分不容易的。
由于是第一次接触专利方面的书写，很多东西都是在摸索中进行的。比方说专利的格式是什么样的，专利的具体内容应该包含那些方面，专利中对于涉及到的设备的图是有什么样的绘制要求等等问题，我都是在摸索中慢慢寻找到的答案。
摸索的过程在我看来就是写专利这件事能给我带来最大的收获。摸索的方式也有很多，可以是在网上查看相关知识，也可以是下载一些专利来学习他们的格式和表达方法，向老师寻求帮助也是十分重要的一种方法。当然，向老师咨询的前提是自己已经有了充分的思考，且这个问题在自己能搜索得到的资料的范围内仍然无法得到解决。这个时候就应当向老师寻求帮助。如果一开始遇到了问题，未经过自己的思考就向老师求助我认为这是不可取的，因没有自己对问题的思考，老师即便给了你正确答案你也不能正确地理解，这样就失去了探寻答案的意义。在我看来，解决一个问题的重点并不在于得出最后的结果，真正能让人学习到知识的是解决问题的过程，问题的答案是在研究问题的过程中自然而然地出现的。如果一开始就是奔着问题的答案去的，那即使得到了答案，自己本身仍是没有成长的，这样一个学习成长的机会就被浪费了。
通过这次专利的书写，我不仅对专利的书写有了一个大概的认识，同时对瓦斯吸附等内容也有了初步的认识与思考，这无疑对今后的学习是大有裨益的。专利书写的过程给了我一次成长的机会，在这个过程中老师的帮助无疑是巨大的，没有老师的讲解很多问题都无法得到解决，同时自己的思考也是十分重要的，没有自己的思考老师说的可能就只能是一知半解。感谢老师给了我这样一个机会来锻炼自己，同时我也很庆幸自己能坚持下来，完成这一对自己的挑战。
由于是第一次接触专利方面的书写，很多东西都是在摸索中进行的。比方说专利的格式是什么样的，专利的具体内容应该包含那些方面，专利中对于涉及到的设备的图是有什么样的绘制要求等等问题，我都是在摸索中慢慢寻找到的答案。
摸索的过程在我看来就是写专利这件事能给我带来最大的收获。摸索的方式也有很多，可以是在网上查看相关知识，也可以是下载一些专利来学习他们的格式和表达方法，向老师寻求帮助也是十分重要的一种方法。当然，向老师咨询的前提是自己已经有了充分的思考，且这个问题在自己能搜索得到的资料的范围内仍然无法得到解决。这个时候就应当向老师寻求帮助。如果一开始遇到了问题，未经过自己的思考就向老师求助我认为这是不可取的，因没有自己对问题的思考，老师即便给了你正确答案你也不能正确地理解，这样就失去了探寻答案的意义。在我看来，解决一个问题的重点并不在于得出最后的结果，真正能让人学习到知识的是解决问题的过程，问题的答案是在研究问题的过程中自然而然地出现的。如果一开始就是奔着问题的答案去的，那即使得到了答案，自己本身仍是没有成长的，这样一个学习成长的机会就被浪费了。
通过这次专利的书写，我不仅对专利的书写有了一个大概的认识，同时对瓦斯吸附等内容也有了初步的认识与思考，这无疑对今后的学习是大有裨益的。专利书写的过程给了我一次成长的机会，在这个过程中老师的帮助无疑是巨大的，没有老师的讲解很多问题都无法得到解决，同时自己的思考也是十分重要的，没有自己的思考老师说的可能就只能是一知半解。感谢老师给了我这样一个机会来锻炼自己，同时我也很庆幸自己能坚持下来，完成这一对自己的挑战。
