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基本信息

項(xiàng)目名稱：
井下煤層瓦斯定點(diǎn)密封取樣裝置
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
煤層瓦斯含量是瓦斯治理和防治及煤層氣評(píng)價(jià)和開(kāi)發(fā)等相關(guān)領(lǐng)域最重要的基礎(chǔ)參數(shù)之一，也是國(guó)際上相關(guān)領(lǐng)域的專家研究的重點(diǎn)、難點(diǎn)和焦點(diǎn)，我國(guó)“十一五”等五年計(jì)劃曾把瓦斯含量測(cè)定的采集裝置列入國(guó)家重大專項(xiàng)，但至今沒(méi)有一家單位或一種設(shè)備可以準(zhǔn)確地測(cè)定瓦斯含量。 本裝置集煤礦安全、機(jī)械、控制于一體，攻克了難以定點(diǎn)采集煤樣和瓦斯的難題，并免除瓦斯含量損失量計(jì)算環(huán)節(jié)，可以做到更準(zhǔn)確地測(cè)定瓦斯含量。
詳細(xì)介紹：
煤層瓦斯含量是瓦斯治理和防治及煤層氣評(píng)價(jià)和開(kāi)發(fā)等相關(guān)領(lǐng)域的重要參數(shù)，同時(shí)也是國(guó)際上相關(guān)領(lǐng)域的專家研究的重點(diǎn)、難點(diǎn)和焦點(diǎn)。（國(guó)家“十一五”等五年計(jì)劃曾把瓦斯含量測(cè)定的采集裝置列入國(guó)家重大專項(xiàng)）?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)外很多專家把瓦斯含量測(cè)定的重點(diǎn)放在了損失量計(jì)算上，建立了不同的模型來(lái)模擬瓦斯吸附和解析過(guò)程，從而得出了一系列的計(jì)算公式來(lái)計(jì)算瓦斯含量在測(cè)定中的損失量；瓦斯的吸附、解析是一個(gè)化學(xué)、物理和復(fù)雜環(huán)境條件等共同作用的過(guò)程，然而這些模型都是在實(shí)驗(yàn)室中建立的，條件單一、模型簡(jiǎn)單等因素導(dǎo)致不可能完全符合實(shí)際情況。至今沒(méi)有一家單位或一種設(shè)備可以準(zhǔn)確地測(cè)定瓦斯含量。 根據(jù)中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 23250-2009）——《煤層瓦斯含量井下直接測(cè)定方法》和中華人民共和國(guó)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(cè)定方法》，井下解吸法測(cè)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(cè)定；③煤樣殘存瓦斯測(cè)定；④瓦斯損失量計(jì)算；⑤煤層瓦斯含量計(jì)算。 雖然有人說(shuō)，瓦斯含量沒(méi)有必要精確計(jì)算，只要知道一個(gè)大概就行了。但瓦斯含量是煤礦安全防治及煤層氣開(kāi)發(fā)評(píng)價(jià)最重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)之一，很多安全防護(hù)措施的制定以及煤層氣開(kāi)發(fā)、評(píng)價(jià)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(lái)偏差越來(lái)越大，最終導(dǎo)致財(cái)物上的浪費(fèi)、損失甚至人員的傷亡。 根據(jù)以上的分析和長(zhǎng)期的研究，開(kāi)發(fā)了一套井下瓦斯含量測(cè)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(diǎn)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(jī)結(jié)合使用。本設(shè)備由于研發(fā)時(shí)間比較短，還沒(méi)有真正投入工業(yè)試驗(yàn)，但是已經(jīng)顯示出它設(shè)計(jì)的科學(xué)性和現(xiàn)場(chǎng)優(yōu)良的可操作性。 裝置結(jié)構(gòu)：瓦斯含量測(cè)定實(shí)驗(yàn)室測(cè)試部分已經(jīng)十分的完備，本設(shè)備主要針對(duì)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試以前的采樣環(huán)節(jié)，實(shí)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(chǔ)煤艙、取樣密封艙、傳動(dòng)艙、動(dòng)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(dòng)裝置、動(dòng)力裝置、控制裝置和動(dòng)力源。 具體實(shí)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(dòng)，在取樣密封艙外壁上開(kāi)有一孔，密封此孔的活塞和滑套在煤層固定地點(diǎn)打開(kāi)，煤樣通過(guò)此孔，在螺旋推煤器的作用下進(jìn)入儲(chǔ)煤艙。按照設(shè)定好的時(shí)間，活塞和滑套又退回原來(lái)位置，封閉進(jìn)煤口。采集到的煤樣和瓦斯封閉在本裝置的儲(chǔ)煤艙內(nèi)；采用徑向帶O型密封圈的活塞與精密加工過(guò)的密封艙內(nèi)壁配合來(lái)保證煤樣和瓦斯在儲(chǔ)煤艙內(nèi)的原始狀態(tài)，滑套用來(lái)封閉和打開(kāi)進(jìn)煤口，同時(shí)保護(hù)O型密封圈；微型防爆減速電機(jī)，帶動(dòng)絲杠螺母副實(shí)現(xiàn)活塞、滑套的運(yùn)動(dòng)，布置在活塞內(nèi)的微型防爆減速電機(jī)直接帶動(dòng)推煤器轉(zhuǎn)動(dòng)；利用單片機(jī)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(dòng)力。并嚴(yán)格按照防爆標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。

作品圖片

  • 井下煤層瓦斯定點(diǎn)密封取樣裝置
  • 井下煤層瓦斯定點(diǎn)密封取樣裝置
  • 井下煤層瓦斯定點(diǎn)密封取樣裝置
  • 井下煤層瓦斯定點(diǎn)密封取樣裝置

作品專業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

目的：實(shí)現(xiàn)對(duì)煤層原始瓦斯的在位密封采集，最終做到準(zhǔn)確測(cè)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(diǎn)采集煤樣和瓦斯；2、在原始煤層中即時(shí)密封采集的煤樣和瓦斯。 創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵：1、本裝置安裝在鉆桿前段，定點(diǎn)打開(kāi)，定時(shí)關(guān)閉；保證定點(diǎn)采集煤樣和瓦斯。2、實(shí)現(xiàn)煤層中在位密封煤樣和瓦斯；避免了瓦斯含量測(cè)定中的損失量計(jì)算環(huán)節(jié)。3、本裝置與井下手持式鉆機(jī)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(jìn)性

目前瓦斯含量測(cè)定技術(shù)（以解吸法為主）不能準(zhǔn)確測(cè)定的原因：1）煤樣不能定點(diǎn)準(zhǔn)確采集；2）瓦斯損失量無(wú)法做到準(zhǔn)確計(jì)算（①公式不能正確反應(yīng)損失瓦斯解吸過(guò)程②損失瓦斯開(kāi)始時(shí)間很難界定）；3）測(cè)定地點(diǎn)工況復(fù)雜，4）測(cè)定空間有限。 針對(duì)以上原因，本裝置的優(yōu)點(diǎn)：1）本裝置安裝在鉆桿前段，鉆進(jìn)煤層，定點(diǎn)打開(kāi)取樣器口，定時(shí)關(guān)閉，保證定點(diǎn)采集煤樣和瓦斯。2）利用密封裝置實(shí)現(xiàn)煤層中在位密封煤樣和瓦斯，避免了損失量計(jì)算環(huán)節(jié)。3）本裝置的核心控制和運(yùn)動(dòng)部件都有外殼和防護(hù)裝置保護(hù)，與復(fù)雜工況隔離。4）本裝置外形似鉆桿，并隨鉆桿鉆進(jìn)煤層，然后實(shí)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(guò)手持式鉆機(jī)鉆進(jìn)煤層以實(shí)現(xiàn)采樣，在井下易于攜帶且取樣靈活。 參考文獻(xiàn)： [1]中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 23250-2009, 煤層瓦斯含量井下直接測(cè)定方法. [2]陳大力,陳 洋.對(duì)我國(guó)煤層瓦斯含量測(cè)定方法的評(píng)述[J].煤礦安全,2008年12月.

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

無(wú)

作品所處階段

中期試驗(yàn)階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

專利轉(zhuǎn)讓

作品可展示的形式

實(shí)物、產(chǎn)品，現(xiàn)場(chǎng)演示

使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)

技術(shù)特點(diǎn)：本裝置安裝在鉆桿的前端，隨鉆桿同旋轉(zhuǎn)和進(jìn)退，在煤層指定位置采集煤樣和瓦斯，并即時(shí)密封。 優(yōu)勢(shì)： 1）本裝置安裝在鉆桿前段，鉆進(jìn)煤層，定點(diǎn)打開(kāi)取樣器口，定時(shí)關(guān)閉；保證定點(diǎn)采集煤樣和瓦斯。2）利用O型密封圈實(shí)現(xiàn)煤層中在位密封煤樣和瓦斯；避免了損失量計(jì)算環(huán)節(jié)。3）本裝置的核心控制和運(yùn)動(dòng)部件都有外殼和防護(hù)裝置保護(hù)，與復(fù)雜工況隔離。4）本裝置外形似鉆桿，并隨鉆桿鉆進(jìn)煤層，然后實(shí)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(jiǎn)單、體積小，操作簡(jiǎn)單、可靠，測(cè)定準(zhǔn)確，必將得到大力推廣。 經(jīng)濟(jì)效益：此設(shè)備是當(dāng)前所有煤礦安全和煤層氣開(kāi)發(fā)領(lǐng)域（煤礦和有關(guān)科研院所）急需的產(chǎn)品，經(jīng)濟(jì)效益非?？捎^。

同類課題研究水平概述

瓦斯含量測(cè)定一直是國(guó)內(nèi)外有關(guān)瓦斯防治、煤層氣評(píng)價(jià)和開(kāi)發(fā)等相關(guān)領(lǐng)域研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)，曾經(jīng)無(wú)數(shù)位國(guó)內(nèi)外知名的專家、學(xué)者深入研究（國(guó)家“十一五”等五年計(jì)劃曾把瓦斯含量測(cè)定煤樣采集裝置列入國(guó)家重大專項(xiàng)），但至今沒(méi)有完全突破。實(shí)驗(yàn)室測(cè)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(jì)算和定點(diǎn)采樣。兩者的準(zhǔn)確性決定了瓦斯含量測(cè)定的準(zhǔn)確性。 國(guó)內(nèi)瓦斯含量測(cè)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(diǎn)已經(jīng)淘汰了。 根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，目前應(yīng)用最廣的解吸法有四個(gè)缺點(diǎn)：1）煤樣不能定點(diǎn)準(zhǔn)確采集；2）瓦斯損失量無(wú)法做到準(zhǔn)確計(jì)算（①公式不能正確反應(yīng)損失瓦斯解吸過(guò)程②損失瓦斯開(kāi)始時(shí)間很難界定）；3）測(cè)定地點(diǎn)工況復(fù)雜，4）測(cè)定空間有限。 目前，在大家的研究習(xí)慣和實(shí)際操作中，往往把取樣和損失瓦斯量計(jì)算分成兩個(gè)不同的部分對(duì)待（事實(shí)上這兩者是統(tǒng)一），又把瓦斯補(bǔ)償量的計(jì)算放在了重要的位置，建立不同的模型，推導(dǎo)不同的計(jì)算公式，力爭(zhēng)計(jì)算準(zhǔn)確。但是模型的建立和公式的推導(dǎo)中有三個(gè)致命的缺點(diǎn)使補(bǔ)償量的計(jì)算難以準(zhǔn)確：1、開(kāi)始時(shí)間（零時(shí)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(gè)就是與現(xiàn)實(shí)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(jì)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(shí)際應(yīng)用受阻。 因此現(xiàn)行的瓦斯含量測(cè)定方法測(cè)出的含量值不準(zhǔn)確，或高或低。 瓦斯含量測(cè)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(diǎn)，也是急需的設(shè)備，意義重大！
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