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基本信息
- 項目名稱：
- 井下煤層瓦斯定點密封取樣裝置
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 煤層瓦斯含量是瓦斯治理和防治及煤層氣評價和開發(fā)等相關(guān)領(lǐng)域最重要的基礎(chǔ)參數(shù)之一，也是國際上相關(guān)領(lǐng)域的專家研究的重點、難點和焦點，我國“十一五”等五年計劃曾把瓦斯含量測定的采集裝置列入國家重大專項，但至今沒有一家單位或一種設(shè)備可以準(zhǔn)確地測定瓦斯含量。 本裝置集煤礦安全、機械、控制于一體，攻克了難以定點采集煤樣和瓦斯的難題，并免除瓦斯含量損失量計算環(huán)節(jié)，可以做到更準(zhǔn)確地測定瓦斯含量。
- 詳細介紹：
- 煤層瓦斯含量是瓦斯治理和防治及煤層氣評價和開發(fā)等相關(guān)領(lǐng)域的重要參數(shù)，同時也是國際上相關(guān)領(lǐng)域的專家研究的重點、難點和焦點。（國家“十一五”等五年計劃曾把瓦斯含量測定的采集裝置列入國家重大專項）?，F(xiàn)在國內(nèi)外很多專家把瓦斯含量測定的重點放在了損失量計算上，建立了不同的模型來模擬瓦斯吸附和解析過程，從而得出了一系列的計算公式來計算瓦斯含量在測定中的損失量；瓦斯的吸附、解析是一個化學(xué)、物理和復(fù)雜環(huán)境條件等共同作用的過程，然而這些模型都是在實驗室中建立的，條件單一、模型簡單等因素導(dǎo)致不可能完全符合實際情況。至今沒有一家單位或一種設(shè)備可以準(zhǔn)確地測定瓦斯含量。 根據(jù)中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 23250-2009）——《煤層瓦斯含量井下直接測定方法》和中華人民共和國安全生產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（AQ 1066-2008）——《煤層瓦斯含量井下直接測定方法》，井下解吸法測定煤層原始瓦斯含量的具體步驟如下：①采樣（用煤芯管或孔口鉆屑取樣）；②井下瓦斯解吸量測定；③煤樣殘存瓦斯測定；④瓦斯損失量計算；⑤煤層瓦斯含量計算。 雖然有人說，瓦斯含量沒有必要精確計算，只要知道一個大概就行了。但瓦斯含量是煤礦安全防治及煤層氣開發(fā)評價最重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)之一，很多安全防護措施的制定以及煤層氣開發(fā)、評價等基本都是建立在（或是有關(guān)）瓦斯含量數(shù)值的基礎(chǔ)之上，如果瓦斯含量的數(shù)值發(fā)生了偏差，那以后的分析和研究就可能繼續(xù)偏差，以致到后來偏差越來越大，最終導(dǎo)致財物上的浪費、損失甚至人員的傷亡。 根據(jù)以上的分析和長期的研究，開發(fā)了一套井下瓦斯含量測定裝置，取名為：“井下瓦斯在位密封取樣裝置”。目前能夠?qū)崿F(xiàn)在煤層中定點取樣且在位密封的另一家單位是煤炭科學(xué)研究總院西安分院，但其研制的裝置較為笨重，不能與手持式鉆機結(jié)合使用。本設(shè)備由于研發(fā)時間比較短，還沒有真正投入工業(yè)試驗，但是已經(jīng)顯示出它設(shè)計的科學(xué)性和現(xiàn)場優(yōu)良的可操作性。 裝置結(jié)構(gòu)：瓦斯含量測定實驗室測試部分已經(jīng)十分的完備，本設(shè)備主要針對實驗室測試以前的采樣環(huán)節(jié)，實現(xiàn)煤樣瓦斯在位密封采集。 煤層瓦斯在位取樣裝置外觀類似于礦用麻花鉆桿，中空，從外部可分為：鉆頭件、儲煤艙、取樣密封艙、傳動艙、動力及控制艙，從內(nèi)部零配件上可分為：瓦斯解析裝置、推煤裝置、密封裝置、傳動裝置、動力裝置、控制裝置和動力源。 具體實施方法：該采集裝置安裝在礦用麻花鉆桿最前端，隨鉆桿在煤層中轉(zhuǎn)動，在取樣密封艙外壁上開有一孔，密封此孔的活塞和滑套在煤層固定地點打開，煤樣通過此孔，在螺旋推煤器的作用下進入儲煤艙。按照設(shè)定好的時間，活塞和滑套又退回原來位置，封閉進煤口。采集到的煤樣和瓦斯封閉在本裝置的儲煤艙內(nèi)；采用徑向帶O型密封圈的活塞與精密加工過的密封艙內(nèi)壁配合來保證煤樣和瓦斯在儲煤艙內(nèi)的原始狀態(tài)，滑套用來封閉和打開進煤口，同時保護O型密封圈；微型防爆減速電機，帶動絲杠螺母副實現(xiàn)活塞、滑套的運動，布置在活塞內(nèi)的微型防爆減速電機直接帶動推煤器轉(zhuǎn)動；利用單片機和集成電路按照設(shè)定的程序?qū)崿F(xiàn)預(yù)定的控制功能；利用可充電電池提供動力。并嚴(yán)格按照防爆標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 目的：實現(xiàn)對煤層原始瓦斯的在位密封采集，最終做到準(zhǔn)確測定煤層原始瓦斯含量。 基本思路：1、鉆入原始煤層瓦斯帶，定點采集煤樣和瓦斯；2、在原始煤層中即時密封采集的煤樣和瓦斯。 創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵：1、本裝置安裝在鉆桿前段，定點打開，定時關(guān)閉；保證定點采集煤樣和瓦斯。2、實現(xiàn)煤層中在位密封煤樣和瓦斯；避免了瓦斯含量測定中的損失量計算環(huán)節(jié)。3、本裝置與井下手持式鉆機配套使用，方便快捷。 主要技術(shù)指標(biāo)：取樣完成后取樣器完全密封煤樣和瓦斯。
科學(xué)性、先進性
- 目前瓦斯含量測定技術(shù)（以解吸法為主）不能準(zhǔn)確測定的原因：1）煤樣不能定點準(zhǔn)確采集；2）瓦斯損失量無法做到準(zhǔn)確計算（①公式不能正確反應(yīng)損失瓦斯解吸過程②損失瓦斯開始時間很難界定）；3）測定地點工況復(fù)雜，4）測定空間有限。 針對以上原因，本裝置的優(yōu)點：1）本裝置安裝在鉆桿前段，鉆進煤層，定點打開取樣器口，定時關(guān)閉，保證定點采集煤樣和瓦斯。2）利用密封裝置實現(xiàn)煤層中在位密封煤樣和瓦斯，避免了損失量計算環(huán)節(jié)。3）本裝置的核心控制和運動部件都有外殼和防護裝置保護，與復(fù)雜工況隔離。4）本裝置外形似鉆桿，并隨鉆桿鉆進煤層，然后實現(xiàn)采集、密封煤樣和瓦斯，不受有限空間限制。5）本裝置小巧輕便，通過手持式鉆機鉆進煤層以實現(xiàn)采樣，在井下易于攜帶且取樣靈活。 參考文獻： [1]中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 23250-2009, 煤層瓦斯含量井下直接測定方法. [2]陳大力,陳 洋.對我國煤層瓦斯含量測定方法的評述[J].煤礦安全,2008年12月.
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 中期試驗階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 專利轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 實物、產(chǎn)品，現(xiàn)場演示
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 技術(shù)特點：本裝置安裝在鉆桿的前端，隨鉆桿同旋轉(zhuǎn)和進退，在煤層指定位置采集煤樣和瓦斯，并即時密封。 優(yōu)勢： 1）本裝置安裝在鉆桿前段，鉆進煤層，定點打開取樣器口，定時關(guān)閉；保證定點采集煤樣和瓦斯。2）利用O型密封圈實現(xiàn)煤層中在位密封煤樣和瓦斯；避免了損失量計算環(huán)節(jié)。3）本裝置的核心控制和運動部件都有外殼和防護裝置保護，與復(fù)雜工況隔離。4）本裝置外形似鉆桿，并隨鉆桿鉆進煤層，然后實現(xiàn)采集、密封煤樣和瓦斯，不受有限空間限制。 推廣前景：本設(shè)備由于結(jié)構(gòu)簡單、體積小，操作簡單、可靠，測定準(zhǔn)確，必將得到大力推廣。 經(jīng)濟效益：此設(shè)備是當(dāng)前所有煤礦安全和煤層氣開發(fā)領(lǐng)域（煤礦和有關(guān)科研院所）急需的產(chǎn)品，經(jīng)濟效益非?？捎^。
同類課題研究水平概述
- 瓦斯含量測定一直是國內(nèi)外有關(guān)瓦斯防治、煤層氣評價和開發(fā)等相關(guān)領(lǐng)域研究的重點和難點，曾經(jīng)無數(shù)位國內(nèi)外知名的專家、學(xué)者深入研究（國家“十一五”等五年計劃曾把瓦斯含量測定煤樣采集裝置列入國家重大專項），但至今沒有完全突破。實驗室測定部分已經(jīng)十分完善了，其中最難也是最重要的就是損失量計算和定點采樣。兩者的準(zhǔn)確性決定了瓦斯含量測定的準(zhǔn)確性。 國內(nèi)瓦斯含量測定采集裝置從50年代至今經(jīng)歷了密閉式、集氣式、解吸法等。目前密閉式、集氣式由于本身的缺點已經(jīng)淘汰了。 根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，目前應(yīng)用最廣的解吸法有四個缺點：1）煤樣不能定點準(zhǔn)確采集；2）瓦斯損失量無法做到準(zhǔn)確計算（①公式不能正確反應(yīng)損失瓦斯解吸過程②損失瓦斯開始時間很難界定）；3）測定地點工況復(fù)雜，4）測定空間有限。 目前，在大家的研究習(xí)慣和實際操作中，往往把取樣和損失瓦斯量計算分成兩個不同的部分對待（事實上這兩者是統(tǒng)一），又把瓦斯補償量的計算放在了重要的位置，建立不同的模型，推導(dǎo)不同的計算公式，力爭計算準(zhǔn)確。但是模型的建立和公式的推導(dǎo)中有三個致命的缺點使補償量的計算難以準(zhǔn)確：1、開始時間（零時刻）的界定不明確；2、不同變質(zhì)程度和不同破壞類型的煤樣損失氣體占原有氣體的百分比不同；3、推導(dǎo)公式建立的模型和建立模型與公式的基礎(chǔ)理論的成立都存在不同的假設(shè)，這些假設(shè)的存在有可能某個就是與現(xiàn)實環(huán)境是十分矛盾的或是十分重要的而不能假設(shè)的條件。最好的辦法就是避免瓦斯損失量計算，源于這種思路大多研究的設(shè)備結(jié)構(gòu)都比較復(fù)雜而實際應(yīng)用受阻。 因此現(xiàn)行的瓦斯含量測定方法測出的含量值不準(zhǔn)確，或高或低。 瓦斯含量測定裝置是當(dāng)前煤及煤層氣領(lǐng)域相關(guān)企業(yè)及科研院所研究的重點，也是急需的設(shè)備，意義重大！
