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原文传递一种基于钻孔采样实测的煤层瓦斯压力测试系统及方法

专利名称：	一种基于钻孔采样实测的煤层瓦斯压力测试系统及方法
摘要：	本发明涉及一种基于钻孔采样实测的煤层瓦斯压力测试系统，包括瓦斯损失量补偿装置、死体积标定装置、瓦斯压力测定装置、死体积填充装置、瓦斯损失量测定装置及控制系统，其中瓦斯压力测定装置通过导流管分别与瓦斯损失量补偿装置、死体积标定装置、死体积填充装置、瓦斯损失量测定装置相互连通；其测试方法包括设备组装，初步试验，设备预制，采样，计算瓦斯损失量，计算煤样瓦斯损失量，甲烷预制，注油及读取最终值等九个步骤。本发明可使测定过程中能够复原煤层储藏环境，排除装置死体积对瓦斯压力测定结果的影响，排除井下测量中封孔效果差，易串孔等因素的影响，可以准确的测定煤层瓦斯压力。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	河南;41
申请人：	河南理工大学
发明人：	王兆丰;李艳飞;魏世义;陈金生;俞宏庆;董家昕;郑立军;岳基伟;李学臣;郑梦浩
专利状态：	有效
申请日期：	2019-05-30T00:00:00+0800
发布日期：	2019-08-09T00:00:00+0800
申请号：	CN201910461321.4
公开号：	CN110108850A
代理机构：	郑州浩德知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	王国旭
分类号：	G01N33/22(2006.01);G;G01;G01N;G01N33
申请人地址：	454000 河南省焦作市高新区世纪大道2001号
主权项：	1.一种基于钻孔采样实测的煤层瓦斯压力测试系统，其特征在于：所述的基于钻孔采样实测的煤层瓦斯压力测试系统包括瓦斯损失量补偿装置、死体积标定装置、瓦斯压力测定装置、死体积填充装置、瓦斯损失量测定装置及控制系统，其中所述瓦斯压力测定装置通过导流管分别与瓦斯损失量补偿装置、死体积标定装置、死体积填充装置、瓦斯损失量测定装置相互连通，所述控制系统分别与瓦斯损失量补偿装置、死体积标定装置、瓦斯压力测定装置、死体积填充装置、瓦斯损失量测定装置电气连接，其中所述瓦斯压力测定装置至少一个，且瓦斯压力测定装置与一个瓦斯损失量测定装置构成一个工作组，各工作组间相互并联，所述导流管与瓦斯损失量补偿装置、死体积标定装置、瓦斯压力测定装置、死体积填充装置、瓦斯损失量测定装置均通过至少一个控制阀相互连通，且所述控制阀与控制系统电气连接。 2.根据权利要求1所述的一种基于钻孔采样实测的煤层瓦斯压力测试系统，其特征在于：所述的瓦斯损失量补偿装置包括甲烷瓶、甲烷减压阀、压力传感器、缓冲罐、控制阀以及连通管路，其中所述甲烷瓶与甲烷减压阀连通，并通过甲烷减压阀与连通管路连通，所述缓存罐至少一个，各缓存罐均为密闭腔体结构，且每个缓存罐均设两个导流口，且每个导流口均通过一个控制阀与一条连通管路相互连通，所述连通管路中，其中至少一条与甲烷减压阀相互连通，另至少一条连通管路与控制阀相互连通，所述压力传感器若干，分别位于各连通管路上。 3.根据权利要求1所述的一种基于钻孔采样实测的煤层瓦斯压力测试系统，其特征在于：所述的死体积标定装置包括氦气瓶、氦气减压阀、压力传感器、标定罐、控制阀以及连通管路，其中所述氦气瓶与氦气减压阀连通，并通过氦气减压阀与连通管路连通，所述标定罐至少一个，各标定罐均为密闭腔体结构，且每个标定罐均设两个导流口，且每个导流口均通过一个控制阀与一条连通管路相互连通，所述连通管路中，其中至少一条与氦气减压阀相互连通，另至少一条连通管路与控制阀相互连通，所述压力传感器若干，分别位于各连通管路上。 4.根据权利要求2或3所述的一种基于钻孔采样实测的煤层瓦斯压力测试系统，其特征在于：所述的甲烷瓶、氦气瓶均至少一个，且当甲烷瓶、氦气瓶均为两个及两个以上时，各甲烷瓶及各氦气瓶间分别通过汇流管相互连通。 5.根据权利要求1所述的一种基于钻孔采样实测的煤层瓦斯压力测试系统，其特征在于：所述的瓦斯压力测定装置包括压力表、压力传感器、温度传感器、检测罐、恒温水浴机构、两通接头、控制阀以及连通管路，压力表与两通接头相连，并通过两通接头与检测罐相互连通，所述检测罐为密闭腔体结构，其上端面设至少三个导流口，其中一个导流口通过连通管路与两通接头连通，剩余两个导流口通过连通管路分别与控制阀相互连通，并通过控制阀分别与瓦斯损失量补偿装置、死体积标定装置相互连通，所述恒温水浴机构包覆在检测罐外表面，所述两通接头另通过连通管路与控制阀相互连通，所述压力传感器若干，分别位于各连通管路及检测罐内，所述温度传感器至少一个，嵌于检测罐内并环绕检测罐轴线均布。 6.根据权利要求1所述的一种基于钻孔采样实测的煤层瓦斯压力测试系统，其特征在于：所述的死体积填充装置包括平流泵、油杯、两通阀以及连通管路，其中所述两通阀通过连通管路与平流泵相互连通，所述平流泵通过连通管路与油杯相互连通，所述两通阀另通过连通管路与控制阀相互连通，并通过连通阀及导流管与瓦斯压力测定装置的两通接头相互连通。 7.根据权利要求1所述的一种基于钻孔采样实测的煤层瓦斯压力测试系统，其特征在于：所述的瓦斯损失量测定装置包括瓦斯解吸仪、煤样罐、快速接头、控制阀以及连通管路，所述煤样罐上设至少一个控制阀并与控制阀相互连通，所述控制阀通过连通管路与快速接头相互连通，且所述快速接头与瓦斯解吸仪相互连通。 8.根据权利要求1所述的一种基于钻孔采样实测的煤层瓦斯压力测试系统，其特征在于：所述的控制系统为基于工业计算机、个人计算机中任意一种或两种共用为基础的电路系统，且所述控制系统另至少一个设网络通讯模块。 9.一种基于钻孔采样实测的煤层瓦斯压力测试系统的测试方法，其特征在于，所述基于钻孔采样实测的煤层瓦斯压力测试系统的测试方法包括以下步骤： S1，设备组装，首先对瓦斯损失量补偿装置、死体积标定装置、瓦斯压力测定装置、死体积填充装置、瓦斯损失量测定装置及控制系统进行组装连接，构成完整的实验系统； S2，初步试验，实验开始前保证瓦斯损失量补偿装置、死体积标定装置、瓦斯压力测定装置、死体积填充装置、瓦斯损失量测定装置各个控制阀处于关闭状态，然后打开氦气气体钢瓶控制阀，调节氦气减压阀使出气压力不大于压力传感器的量程，并在向标定罐内冲入氮气，并通过压力传感器在电脑上显示的示数稳定后，在控制系统中记录此时的压力示数P1，然后再次打开控制阀，将标定罐内氮气输送至瓦斯压力测定装置的检测罐内，并在精度压力传感器显示标定罐和检测罐内压力稳定后，记录此时标定罐内压力值P2，然后根据计算函数： P1V1/Z1＝P2V2/Z2；其中： Z1为P1条件下氦气的压缩系数； Z2为P2条件下氦气的压缩系数；可得出检测罐与标定罐之间管路中的游离氮气体积V0＝V2-V1；并在待标定结束后，打开控制阀释放出氦气气体，完成氮气释放后再次密封标定罐和检测罐； S3，设备预制，将瓦斯压力测定装置和瓦斯损失量测定装置从实验下同上拆卸下来，然后对瓦斯压力测定装置及瓦斯损失量测定装置进行整体称重：其中整体称量瓦斯压力测定装置的控制阀、压力表、两通、检测罐以及部件之间连通的管路的质量M1；整体称量快速接头、控制阀、煤样罐以及部件之间连通的管路的质量M2；然后将瓦斯压力测定装置与瓦斯损失量测定装置一起带入井下； S4，采样，按照中华人民共和国安全生产行业标准《煤层瓦斯含量井下直接测定方法(AQ1066-2008)》，在新暴露的采掘工作面煤壁上，用煤电钻垂直煤壁施工一个钻孔，钻进到预定位置时开始取样，并记录采样开始时间t1，将采集的新鲜煤样分为两份并分别装入采样罐与煤样罐中，整体称量瓦斯压力测定装置重量并记为M3，整体称量瓦斯损失量测定装置重量并记录为M4，然后计算得出采样罐中所装入煤样的质量M5，(M5＝M3-M1)，煤样罐中所装入煤样的质量M6，(M6＝M4-M2)；同时记录煤样装罐后开始解吸时的时间t2，用瓦斯解吸仪测定不同累计时间间隔t下的煤样罐的煤样累计瓦斯解吸量V，其中测定时间1-2个小时； S5，计算瓦斯损失量，选取法，根据煤样开始暴露一段时间内V与呈直线关系确定，即：式中： V——t时间内的累积瓦斯解吸量，cm3； V损1——暴露时间t0内的瓦斯损失量，cm3； K——系数；煤样解吸测定前的暴露时间为(t0＝t2-t1)，不同累计时间间隔t下测得的V值所对应的解吸时间为t0+t；以为横坐标，V为纵坐标绘图，由图判定呈线性关系的各测点，然后根据测点的坐标值，按最小二乘法求出瓦斯损失量，并计算得出单位质量的煤的瓦斯损失量 S6，计算煤样瓦斯损失量，将瓦斯压力测定系统再次接入至S1步骤构成的实验系统中，然后计算瓦斯压力测定系统中煤样瓦斯损失量V损2(V损2＝M5×V′损1)，并根据PV＝NRT，计算瓦斯损失量的物质的量N损，即：式中： P井——井下大气压力，MPa； V损2——暴露时间t0内的瓦斯损失量，cm3； T——井下温度； R——常数，取8.314；同时，在压力表示数稳定后记录此时的压力表示数P3，并根据PV＝NRT，计算煤样罐(11)中现存游离瓦斯的物质的量N现，即：式中： P3——压力表(9)示数，MPa； V0——控制阀(8)与控制阀(12)之间管路(包括煤样罐(25))的游离体积，cm3； V3——煤的死体积，cm3； T——井下温度； R——常数，取8.314；然后，根据PV＝NRT，预测采样罐充入V损2后，压力表(9)的示数P4，即：式中： N现——煤样罐(11)中现存游离瓦斯的物质的量，mol； N损——损失瓦斯量的物质的量，mol； T——井下温度； R——常数，取8.314； V0——控制阀(8)与控制阀(12)之间管路(包括煤样罐(25))的游离体积)，cm3； V3——煤的死体积，cm3； S7，甲烷预制，基于标定罐体积V4，根据P1V1/Z1＝P2V2/Z2(Z1为P1条件下甲烷的压缩系数，Z2为P2条件下甲烷的压缩系数)，计算标定罐中应充入的瓦斯压力然后打开甲烷气体钢瓶，调节甲烷减压阀并使冲入到缓冲罐内压力达到瓦斯压力P5，然后关闭甲烷气体钢瓶，并使缓冲罐与检测罐连通，同时待压力传感器检测到甲烷压力为P5时，关闭断开缓冲罐和检测罐连接； S8，注油，打开平流泵，通过平流泵向检测罐内注油，其中注入油量值为(V0-V3)，并在检测罐内注入油量值达到(V0-V3)值后停止注油并关闭检测罐； S9，读取最终值；完成S8作业后，并在压力表指针稳定后，读取此时检测罐内的压力值P6，则P6即为煤层瓦斯压力值。
所属类别：	发明专利