新型全自動瓦斯解吸儀的研制與應用

周航　陳伯樂　杜嘉婧

摘要：新型全自動瓦斯解吸儀包括電磁兩位三通閥門、真空泵、量筒、水槽、控制電路盒、觸摸顯示屏、傳感器、水準儀。該儀器采用排水法計量結果更加精確，量筒可人工隨時檢測自動測量的結果準確性，通過計算機分析能夠反映出瓦斯或頁巖氣吸附及解吸的實時動態過程，實現了煤層（或頁巖）氣體吸附及解吸數據的自動采集和記錄。

關鍵詞：全自動瓦斯解吸儀；傳感器；數據采集；氣體吸附；排水法 文獻標識碼：A

中圖分類號：TD712 文章編號：1009-2374（2017）04-0006-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.04.004

1 概述

傳統的解吸法是通過人工（約48～72小時）不間斷人工讀數并記錄，然后將數據輸入計算機處理。這種獲得煤層瓦斯的含量的方法不僅繁瑣，需要人員還多，而且可能造成時間和讀數誤差，故往往多次測量的結果差別較大，同時浪費了試驗員的大量時間和精力，因此，需要一種全自動測定煤層氣及頁巖氣吸附和解吸氣體含量和速度的實驗方法解決上述的問題。我們提供一種基于由計算機實時自動記錄和控制、結構合理簡單、方法簡便、測量準確、數據可視化、成圖直觀化、使用效果好的煤層氣及頁巖氣吸附與解吸氣體速度及速度全程自動測定方法和裝置；提供一套既能高效、準確進行含氣量測試，又符合實驗原理的全自動數據采集系統，克服現有設備工作效率低、人為實驗誤差大等缺點。

2 新型全自動瓦斯解吸儀設計

2.1 本瓦斯解吸儀的主要設計參數

（1）儀器長52cm，寬31.5cm，高60cm；（2）量筒的內徑5cm，長度30cm，容積588.7cm3，最小刻度2cm3；（3）氣樣瓶的體積為250cm3；（4）水槽的長25cm，寬8cm，高10cm，容積2L；（5）真空泵的規格為5L/min，尺寸92*38*62mm；（6）傳感器選取激光傳感器，精度為1mm。

此裝置包括外殼體、顯示屏、導線孔、開關位置等。殼體為長方體520*315*600mm，上部有提手（方便外帶）和水準儀，底盤內部設固定水槽，水槽中通導水管，一管接進水閥，一管接出水閥；底座設四個三角墊，適用于野外各種不平整地面。前表面右側附有200*140mm顯示屏，顯示屏下方有兩個指示燈和一個顯示屏開關，指示燈用來顯示儀器工作狀態是否正常，下為一緊急制動按鈕，防止儀器運作出現故障無法停止。前表面左側附玻璃面板，可見內部零筒狀況；箱體側面有USB接口（接電腦以便傳輸數據），充電接口（可充電式，方便外帶使用），緊急開關（當程序出現故障，可手動操作）。箱體右側接集氣袋收集廢氣，左下側為解吸的瓦斯氣入口。

圖1 瓦斯解吸儀外部結構

2.2 技術關鍵

編程軟件、三通閥門和傳感器的使用，單片機的使用將本是人為控制的測定過程進行程序編譯，實現自動化控制結構中的各種組成，并得出擬合成功的各時刻的速度曲線。本裝置由包括吸附及解吸模擬子系統、氣路子系統、解吸氣體速度動態監測子系統、控制及數據采集板、數據采集及分析子系統5個子系統或部件有機組成。

2.3 本瓦斯解吸儀的特點

（1）傳統的解吸法是通過（約48～72小時）不間斷人工讀數并記錄，然后將數據輸入計算機處理。這種獲得煤層瓦斯的含量的方法不僅繁瑣、需要人員還多，浪費了試驗員的大量時間和精力。本儀器中真空泵通過電磁兩位三通閥門與量筒相連，通過抽排氣體從而使量筒液面高度發生變化，激光傳感器和溫度傳感器連接在一起可以自動檢測水面高度，通過控制電路盒與觸摸顯示屏相連，在觸摸顯示屏上自動記錄和控制、數據可視化、成圖直觀化；（2）對外觀進行了美化改觀，可適用于任何不平地面（腳墊、水準儀），并對內部構件和連接系統改善（下部進氣，內漂浮板），使程序設計更簡單，精度更高；（3）儀器中的水槽為抽拉式水槽，左右伸縮換水。儀器的基座頂部為圓形水準儀、水準管，檢測量筒液面是否平穩；（4）解決了市面上使用壓力法、容積法、重力法操作復雜且設備精度要求高、裝置昂貴的問題；（5）利用溫度及壓力傳感器，可監測解吸狀態，并實時傳入數據溫度壓力數據，使數據更可靠。警示燈與觸摸顯示屏相連，顯示儀器是否正常；（6）采用排水法計量結果更加精確，集氣量筒可人工隨時檢測自動測量的結果準確性，也可集中處理解吸氣體，達到保護環境和防止可燃氣體造成的安全隱患。

3 新型全自動瓦斯解吸儀實驗應用

已在實驗室進行過基礎的功能性實驗，對于儀器的密封性、抽排水的能力、傳感器的靈敏度以及程序對兩位三通閥門的控制都進行了檢測。此外，為了驗證本新型全自動瓦斯解吸儀的實驗效果，在晉城、焦作和洛陽的煤礦里選擇煤樣進行數據分析，如圖2所示：

圖2 實驗數據對比

4 結語

（1）本文所研制的全自動瓦斯解吸儀實驗精度高，實現了煤層（或頁巖）氣體吸附及解吸數據的全自動采集和記錄，提高了測定的準確性，并通過計算機分析能夠快速準確地反映出瓦斯或頁巖氣吸附及解吸的實時動態過程；（2）采用排水法計量結果更加精確，集氣量筒可人工隨時檢測自動測量的結果準確性，也可集中處理解吸氣體，達到保護環境和防止可燃氣體造成的安全隱患。利用溫度及壓力傳感器，可監測解吸狀態，并實時傳入數據溫度壓力數據，使數據更可靠。解決了市面上使用壓力法、容積法、重力法操作復雜，且設備精度要求高，裝置昂貴的問題。

參考文獻

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作者簡介：周航（1995-），男，河南泌陽人，河南理工大學資源環境學院地質工程（卓越）專業本科在讀學生。

（責任編輯：黃銀芳）