一种动态钻屑变压解吸实验系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种动态钻屑变压解吸实验系统，包括高压气源模块、抽真空模块、动态钻屑模拟模块、变解吸压力控制模块、参数采集与测控模块，本实用新型专利技术通过动态钻屑模块对容器内钻屑进行扰动，以模拟煤矿井下压风取样测定煤层瓦斯含量时钻屑不同的运动状态；通过对变解吸压力控制模块来调整煤样瓦斯解吸环境压力，可实现解吸环境压力为正压、为压力随时间变化的函数，可研究钻屑不同运动状态和不同解吸环境压力下动态解吸特性，模拟煤矿井下压风取样进行煤层瓦斯含量测定时煤样解吸的真实状态，系统测控灵敏，在减少人为操作误差前提下，可实现以秒为单位计量解吸量，为完善压风排渣取样过程中瓦斯损失量计算模型，为提高瓦斯量测定精度提供理论依据。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种动态钻屑变压解吸实验系统，属于煤矿瓦斯灾害防治领域，尤其涉及一种用于准确探究孔口压风取样测定煤层瓦斯含量时的动态钻屑瓦斯处于变解吸环境压力下的解吸规律实验系统。
技术介绍
瓦斯解吸特性的研究是进行瓦斯灾害防治研究的重要内容，通过开展钻屑中瓦斯解吸特性研究，掌握不同条件下的瓦斯解吸规律，可为有效进行瓦斯灾害防治提供理论依据。瓦斯灾害防治工程实践过程中，瓦斯含量是关键技术指标之一，其测定多采用煤矿井下瓦斯含量直接测定法，取样时多采用压风孔口接样法。取样过程中伴随瓦斯变正压解吸且钻屑呈动态运动状态，但是现有的瓦斯含量测定过程中的瓦斯损失量的测算均以静态的钻屑解吸特性代替动态的钻屑解吸特性；同时用常压下的解吸特性表征或者是反推变压下的瓦斯解吸特性，客观上存在较大偏差。实验室开展有关钻屑中瓦斯解吸实验研究在解吸环境压力及钻屑的状态上多设定为常压静态为主。随着研究的深入，解吸环境压力为大于常压的某一值及机械振动对钻屑的扰动影响下解吸规律的研究已有报道。中国专利，专利号为CN102419295B，专利技术名称为“受载煤岩恒压瓦斯吸附解吸实验系统和方法”提供了一种可以提供解吸环境压力为恒定值的方案，但是该实验系统存在以下不足：①通过重力恒气压装置的运动实现对解吸环境压力从0～2个大气压压力的恒定控制，随着瓦斯解吸量的增加，测控系统的稳定性较差；②解吸环境压力只能设定为某一恒定值，无法实现在整个瓦斯解吸实验过程中，解吸环境压力按照某一规律变化的动态控制进而研究动态钻屑变压解吸规律。中国专利，专利号为CN202101920U，专利技术名称为“研究机械振动对煤样吸附解吸性能影响的试验装置”提供了一种用于研究外加机械扰动对钻屑解吸规律影响的实验装置，但是该机械扰动通过对装满钻屑的煤样罐施加低频振动实现，颗粒之间的空隙逐步被密实，颗粒运动的空间逐步缩小，不符合排渣时钻屑与气形成的气固两相的剧烈紊流状态。因此，为了更加真实、全面的展开对煤矿井下压风孔口取样测定煤层瓦斯含量时动态钻屑瓦斯解吸特性的研究，实有必要提出一套设计科学、计量准确、功能完善的动态钻屑变压解吸实验系统，以准确掌握动态钻屑瓦斯解吸规律，为修正现有瓦斯损失量计算模型提供依据。
技术实现思路
本技术提供的一种动态钻屑变压解吸实验系统，通过动态钻屑模块进行对容器内的钻屑进行搅动，以模拟压风取样时钻屑的不同运动状态；并通过解吸环境压力模块来调整设定解吸环境压力，其中压力可为恒正、可为压力随时间变化的函数。本技术是通过以下技术方案来实现的：一种动态钻屑变压解吸实验系统，其包括高压气源模块、抽真空模块、动态钻屑模拟模块、变解吸压力控制模块、参数采集与测控模块；其特征在于，所述的高压气源模块包括依次串联的高压气源、气体减压阀及精密压力表；所述抽真空模块包括真空泵；所述真空泵、气体减压阀和阀门一采用三通一相连接；所述动态钻屑模拟模块包括电磁调速电机、吸附容器和搅拌桨，其中，所述电磁调速电机的输出端与搅拌桨相连，所述吸附容器外围设有电热圈加热层，所述吸附容器的上端设置有上端盖，所述吸附容器的下端设置有下端盖，所述吸附容器上端盖上设置有四个出口，所述电磁调速电机穿过所述吸附容器上端盖的其中一个出口伸入所述吸附容器内，以便使所述电磁调速电机的输出端连接所述搅拌桨，所述搅拌桨的尺寸小于吸附容器腔室的尺寸5mm，所述吸附容器与所述阀门一连接；所述变解吸压力控制模块包括PLC控制器、数据采集与显示平台、压力传感器、电磁阀、维压容器、活塞、丝杆及伺服电机；所述维压容器上端部设有三个出口，所述压力传感器的一接口接入到所述维压容器三个出口的一个出口上，所述压力传感器的另一接口与PLC控制器的一个接口相连，所述PLC控制器的另一接口与所述数据采集与显示平台相连，所述电磁阀的一接口接入到维压容器，所述电磁阀的另一接口排空；所述活塞与所述丝杆连接置于所述维压容器内，所述伺服电机带动丝杆运动；所述参数采集与测控模块包括压力传感器一、压力传感器二、温度传感器、电磁阀一、电磁阀二、电磁阀三、电磁阀四、电磁阀五、气体质量流量计一、气体质量流量计二和气体质量流量计三，所述压力传感器一和所述温度传感器并联后的一个接口通过快速接头接入所述吸附容器的一个出口上，所述压力传感器一和所述温度传感器并联后的另一接口接入到参数采集与显示平台，电磁阀一及三通三的一个接口分别接入三通二的两个出口上，所述三通二的另一个出口与所述吸附容器通过阀门二相连，三通三的另两端分别与电磁阀三、三通四的一端连接，三通四的另两端与电磁阀二及电磁阀四相连，电磁阀散与气体质量流量计一连接，电磁阀二与气体质量流量计二连接，电磁阀四与气体质量流量计三连接，气体质量流量计二与气体质量流量计三分别接入三通五的两个出口，三通六的三个出口分别接入气体质量流量计一、三通五及维压容器；所述气体质量流量计一、气体质量流量计二、气体质量流量计三的数据输出端均接入参数采集与显示平台，所述电磁阀一、电磁阀二、电磁阀三、电磁阀四、电磁阀五的控制线均与PLC控制器连接。进一步，作为优选，所述吸附容器的容积不小于1.5L，长度不大于300mm；耐压不低于10MPa；所述吸附容器外部设置有电热圈加热层，温控范围为室温-100℃，温控精度为±0.5℃。进一步，作为优选，所述电磁调速电机的调速范围为0r/min-1250r/min。进一步，作为优选，所述压力传感器一和压力传感器二的测量范围分别为-100kPa～6MPa、-100kPa～2MPa；测量精度均为±0.3％FS；分辨率均为0.1％FS；输入电压均为24VDC；输出均电流为4～20mA；工作环境温度均在-30℃～+50℃；介质温度均为室温～100℃；频响均不小于10次/秒。进一步，作为优选，所述PLC控制器的存储量不低于64kB的RAM存储；控制规模为包括CC-LINKI/O的16～384点；具备内置独立3轴100kHz的晶体管输出型定位功能；PLC的基本单元左侧均连接适配器；内置的编程口达到不低于115.2kbps的高速通信，且同时使用3个通信口；通过CC-Link网络的扩展实现最高包括远程I/O在内的84点的控制；且能进行软件的监控、测试、时钟的设定。进一步，作为优选，所述气体质量流量计一、气体质量流量计二及气体质量流量计三的量程范围分别依次为100ml/min、500ml/min、100本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种动态钻屑变压解吸实验系统，其包括高压气源模块、抽真空模块、动态钻屑模拟模块、变解吸压力控制模块、参数采集与测控模块；其特征在于，所述的高压气源模块包括依次串联的高压气源、气体减压阀及精密压力表；所述抽真空模块包括真空泵；所述真空泵、气体减压阀和阀门一采用三通一相连接；所述动态钻屑模拟模块包括电磁调速电机、吸附容器和搅拌桨，其中，所述电磁调速电机的输出端与搅拌桨相连，所述吸附容器外围设有电热圈加热层，所述吸附容器的上端设置有上端盖，所述吸附容器的下端设置有下端盖，所述吸附容器上端盖上设置有四个出口，所述电磁调速电机穿过所述吸附容器上端盖的其中一个出口伸入所述吸附容器内，以便使所述电磁调速电机的输出端连接所述搅拌桨，所述搅拌桨的尺寸小于吸附容器腔室的尺寸5mm，所述吸附容器与所述阀门一连接；所述变解吸压力控制模块包括PLC控制器、数据采集与显示平台、压力传感器、电磁阀、维压容器、活塞、丝杆及伺服电机；所述维压容器上端部设有三个出口，所述压力传感器的一接口接入到所述维压容器三个出口的一个出口上，所述压力传感器的另一接口与PLC控制器的一个接口相连，所述PLC控制器的另一接口与所述数据采集与显示平台相连，所述电磁阀的一接口接入到维压容器，所述电磁阀的另一接口排空；所述活塞与所述丝杆连接置于所述维压容器内，所述伺服电机带动丝杆运动；所述参数采集与测控模块包括压力传感器一、压力传感器二、温度传感器、电磁阀一、电磁阀二、电磁阀三、电磁阀四、电磁阀五、气体质量流量计一、气体质量流量计二和气体质量流量计三，所述压力传感器一和所述温度传感器并联后的一个接口通过快速接头接入所述吸附容器的一个出口上，所述压力传感器一和所述温度传感器并联后的另一接口接入到参数采集与显示平台，电磁阀一及三通三的一个接口分别接入三通二的两个出口上，所述三通二的另一个出口与所述吸附容器通过阀门二相连，三通三的另两端分别与电磁阀三、三通四的一端连接，三通四的另两端与电磁阀二及电磁阀四相连，电磁阀散与气体质量流量计一连接，电磁阀二与气体质量流量计二连接，电磁阀四与气体质量流量计三连接，气体质量流量计二与气体质量流量计三分别接入三通五的两个出口，三通六的三个出口分别接入气体质量流量计一、三通五及维压容器；所述气体质量流量计一、气体质量流量计二、气体质量流量计三的数据输出端均接入参数采集与显示平台，所述电磁阀一、电磁阀二、电磁阀三、电磁阀四、电磁阀五的控制线均与PLC控制器连接。...

【技术特征摘要】
1.一种动态钻屑变压解吸实验系统，其包括高压气源模块、抽真空模块、
动态钻屑模拟模块、变解吸压力控制模块、参数采集与测控模块；其特征在
于，所述的高压气源模块包括依次串联的高压气源、气体减压阀及精密压力
表；
所述抽真空模块包括真空泵；所述真空泵、气体减压阀和阀门一采用三通
一相连接；
所述动态钻屑模拟模块包括电磁调速电机、吸附容器和搅拌桨，其中，所
述电磁调速电机的输出端与搅拌桨相连，所述吸附容器外围设有电热圈加热
层，所述吸附容器的上端设置有上端盖，所述吸附容器的下端设置有下端盖，
所述吸附容器上端盖上设置有四个出口，所述电磁调速电机穿过所述吸附容
器上端盖的其中一个出口伸入所述吸附容器内，以便使所述电磁调速电机的
输出端连接所述搅拌桨，所述搅拌桨的尺寸小于吸附容器腔室的尺寸5mm，所
述吸附容器与所述阀门一连接；
所述变解吸压力控制模块包括PLC控制器、数据采集与显示平台、压力传
感器、电磁阀、维压容器、活塞、丝杆及伺服电机；所述维压容器上端部设
有三个出口，所述压力传感器的一接口接入到所述维压容器三个出口的一个
出口上，所述压力传感器的另一接口与PLC控制器的一个接口相连，所述PLC
控制器的另一接口与所述数据采集与显示平台相连，所述电磁阀的一接口接
入到维压容器，所述电磁阀的另一接口排空；所述活塞与所述丝杆连接置于
所述维压容器内，所述伺服电机带动丝杆运动；
所述参数采集与测控模块包括压力传感器一、压力传感器二、温度传感器、
电磁阀一、电磁阀二、电磁阀三、电磁阀四、电磁阀五、气体质量流量计一、
气体质量流量计二和气体质量流量计三，所述压力传感器一和所述温度传感
器并联后的一个接口通过快速接头接入所述吸附容器的一个出口上，所述压
力传感器一和所述温度传感器并联后的另一接口接入到参数采集与显示平

\t台，电磁阀一及三通三的一个接口分别接入三通二的两个出口上，所述三通
二的另一个出口与所述吸附容器通过阀门二相连，三通三的另两端分别与电
磁阀三、三通四的一端连接，三通四的另两端与电磁阀二及电磁阀四相连，
电磁阀散与气体质量流量计一连接，电磁阀二与气体质量流量计二连接，电
磁阀四与气体质量流量计三连接，气体质量流...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宏图，常虎强，位乐，王冕，陈琳，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：新型
国别省市：河南;41