一种煤样吸附常数自动测定系统及其测定方法技术方案

本发明专利技术涉及一种煤样吸附常数自动测定系统及其测定方法，属于煤的解吸设备领域。系统包括测定单元，测定单元包括吸附罐、控温装置、真空装置、瓦斯充气装置，吸附罐设置在控温装置内，吸附罐分别与真空装置及瓦斯充气装置连通，还包括控制单元，控制单元与测定单元信号连接；测定单元还包括敞口水槽及密封水箱，密封水箱及敞口水槽之间设置有第一管路及第二管路；方法包括低压吸附测定，高压吸附测定及吸附常数计算。本发明专利技术可靠性高，能够自动化作业，有效缩短试验时间，提高测定效率。试验过程记录完整，测量结果可靠。各工艺步自动监测控制，无人化操作，避免了人为误差引入，测量结果更可靠。

【技术实现步骤摘要】
一种煤样吸附常数自动测定系统及其测定方法
本专利技术属于煤的解吸设备领域，涉及一种煤样吸附常数自动测定系统及其测定方法。
技术介绍
煤的吸附常数是计算矿井瓦斯含量的关键技术参数。其测量的精度和准确性直接关系到煤层瓦斯抽采设计、矿井通风设计、以及生产矿井的正常通风瓦斯管理。目前国内的瓦斯吸附常数测定一般采用高压等温容量法，该方法测定吸附常数包含制样装罐、脱气、低压吸附、充气、高压解吸、吸附常数a、b值计算6个工艺步骤。现有高压等温容量法吸附测定装置多存在自动化程度不高、试验耗时长需要试验人员长期值守、人工操作繁杂对操作人员专业性要求高，煤样吸附是否平衡需测试人员通过经验判定、试验过程存在人工读数易引入经验误差和读数误差的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种煤样吸附常数自动测定系统及其测定方法，能够自动对煤样进行解吸并计算其吸附常数，稳定可靠，降低工作人员的劳动强度。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种煤样吸附常数自动测定系统，包括测定单元，所述测定单元包括吸附罐、控温装置、真空装置、瓦斯充气装置，所述吸附罐设置在所述控温装置内，所述吸附罐分别与所述真空装置及所述瓦斯充气装置连通，还包括控制单元，所述控制单元与所述测定单元信号连接；所述测定单元还包括敞口水槽及密封水箱，所述密封水箱及所述敞口水槽之间设置有第一管路及第二管路，所述第一管路为双通管路，所述密封水槽通过所述第一管路与所述敞口水槽连通为连通器，所述第二管路为单通管路，所述密封水槽通过所述第二管路单向连通于所述敞口水槽，所述第一管路及所述第二管路上分别设置有截止阀；所述密封水箱内设置有液位开关，所述吸附罐内设置有压力传感器，所述敞口水槽上设置有重量检测器，所述密封水箱分别与所述吸附罐、所述瓦斯充气装置连通，所述密封水箱上还设置有注水口及排气口。可选地，还包括进水泵，所述进水泵与所述密封水箱的注水口连接，所述密封水箱与所述进水泵、所述吸附罐所述充气装置之间分别设置有截止阀，所述密封水箱的排气口上还设置有大气阀，所述密封水箱通过所述大气阀与大气连通。可选地，所述吸附罐及所述密封水箱之间通过吸附管路连通，所述大气阀设置在所述吸附管路上。可选地，所述控温装置为恒温水浴槽，所述吸附罐设置在所述恒温水浴槽内。可选地，所述控制单元为PLC控制系统。一种煤样吸附常数的自动测定方法，提供上述的煤样吸附常数自动测定系统，包括以下步骤：低压吸附测定，高压吸附测定及吸附常数计算；“低压吸附测定”包括以下分步骤：抽真空，将煤样装入吸附罐后对吸附罐进行脱气，直至吸附罐内真空；密闭水箱清洗，向密封水箱内注水，直至密封水箱注满，排出密封水箱内所有空气；水箱充气，向注满水的密封水箱内充入瓦斯，打开第一管路，密封水箱内的水通过第一管路进入敞口水槽，直至密封水箱内的气压大于敞口水箱内的气压；打开大气联通阀，密闭水箱释放部分瓦斯，敞口水箱内水通过第一管路回流至密封水箱，控制单元监测到敞口水箱内的水重量稳定后关闭大气联通阀，并记录敞口水箱内水的重量为W0；低压吸附，连通密封水箱与吸附罐，脱气后的煤样吸附密闭水箱内的瓦斯，敞口水箱内的水通过第一管路逐渐回流密封水箱，控制单元监测到敞口水箱内的水重量再次稳定，封闭吸附罐，并通过重量检测器记录敞口水箱内水的重量；重复上述“水箱充气”、“低压吸附”n次，直至吸附罐内的气压与大气气压相等，大气压为P0，每次敞口水箱内水稳定后的重量分别为W1至Wn；“高压吸附测定”包括以下分步骤：高压充气，向吸附罐内充入瓦斯，直至吸附罐内气压达到标定压力；高压吸附，吸附罐恒温状态静置，使吸附罐内煤样充分吸附瓦斯，直至吸附罐内压力值在30分钟内变化量≤0.005Mpa，则高压吸附平衡，此时吸附罐内的压力为初始压力Pm；分步解吸，“高压吸附”平衡后，向密封水箱内注入水，直至密封水箱注满，关闭第一管路，打开第二管路，敞口水箱的初始重量为M0；将标定压力Pm均分为m个压力测点，控制单元控制吸附罐与密封水箱之间连通与关闭，使吸附罐依次在每个压力测点下进行解吸至平衡，记录每次解吸平衡后吸附罐内实测压力分别为Pm-1至P1，记录每次解吸平衡后敞口水箱增加的重量依次为Mm至M2，吸附罐内压力降至P1后，吸附罐与密封水箱之间保持连通，使吸附罐中瓦斯充分排入密闭水箱，使吸附罐内气压与大气压力P0平衡，此时水箱增加的重量M1。可选地，初始压力为6MPa，压力测点为6个。可选地，低压吸附的瓦斯气体体积为：其中，i为“低压吸附”进行的次数，ρ水为水的密度。可选地，“高压吸附测定”步骤的“分步解吸”步骤中，压力测点下瓦斯吸附气体体积增量△Vi，压力测点下吸附的瓦斯气体体积为Vj，Vj＝△Vj+Vj-1，△Vj＝Mj/ρ水；j为分步解吸的次数，1≤j≤m；通过煤样瓦斯吸附体积V0至Vm计算得到吸附量Q0至Qm；根据朗缪尔方程式Q＝abP/(1+bP)，对P/Q及P进行曲线拟合，得到吸附等温曲线，得到斜率1/a和截距1/ab，从而得出吸附常数a、b值，其中Q＝(Q0……Qm)，P＝(P0……Pm)。可选地，还包括以下步骤：准确性判断，计算吸附等温曲线的相关系数r值，如r≥0.99，则实验合格，如r＜0.99，则实验有误，需重新进行实验。本专利技术的有益效果在于：采用高PLC控制系统，可靠性高，能够24小时自动化作业，有效缩短试验时间，提高测定效率。传感器灵敏度及精度高，数据采集精度更高、控制更精准、试验过程记录更完整、测量结果更可靠。各工艺步自动监测控制、满足条件自动切换、恒温水域水温自动调节自动保持、吸附平衡自动判定，试验全程自动化程度高，实现一键启动、无人或少人值守。无人化操作，避免了人为误差引入，测量结果更可靠。本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作优选的详细描述，其中：图1为一种煤样吸附常数自动测定系统的结构示意图。附图标记：瓦斯气瓶1、三通阀2、大气阀3、真空泵机组4、吸附罐5、压力传感器6、温度传感器7、液位传感器8、恒温水浴槽9、进水泵10、第一管路11、第二管路12、敞口水槽13、台秤14、密封水箱15。具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。其中，附图仅用于示例性说本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种煤样吸附常数自动测定系统，包括测定单元，所述测定单元包括吸附罐、控温装置、真空装置、瓦斯充气装置，所述吸附罐设置在所述控温装置内，所述吸附罐分别与所述真空装置及所述瓦斯充气装置连通，其特征在于：还包括控制单元，所述控制单元与所述测定单元信号连接；/n所述测定单元还包括敞口水槽及密封水箱，所述密封水箱及所述敞口水槽之间设置有第一管路及第二管路，所述第一管路为双通管路，所述密封水槽通过所述第一管路与所述敞口水槽连通为连通器，所述第二管路为单通管路，所述密封水槽通过所述第二管路单向连通于所述敞口水槽，所述第一管路及所述第二管路上分别设置有截止阀；/n所述密封水箱内设置有液位开关，所述吸附罐内设置有压力传感器，所述敞口水槽上设置有重量检测器，所述密封水箱分别与所述吸附罐、所述瓦斯充气装置连通，所述密封水箱上还设置有注水口及排气口。/n

【技术特征摘要】
1.一种煤样吸附常数自动测定系统，包括测定单元，所述测定单元包括吸附罐、控温装置、真空装置、瓦斯充气装置，所述吸附罐设置在所述控温装置内，所述吸附罐分别与所述真空装置及所述瓦斯充气装置连通，其特征在于：还包括控制单元，所述控制单元与所述测定单元信号连接；
所述测定单元还包括敞口水槽及密封水箱，所述密封水箱及所述敞口水槽之间设置有第一管路及第二管路，所述第一管路为双通管路，所述密封水槽通过所述第一管路与所述敞口水槽连通为连通器，所述第二管路为单通管路，所述密封水槽通过所述第二管路单向连通于所述敞口水槽，所述第一管路及所述第二管路上分别设置有截止阀；
所述密封水箱内设置有液位开关，所述吸附罐内设置有压力传感器，所述敞口水槽上设置有重量检测器，所述密封水箱分别与所述吸附罐、所述瓦斯充气装置连通，所述密封水箱上还设置有注水口及排气口。


2.根据权利要求1所述的一种煤样吸附常数自动测定系统，其特征在于：还包括进水泵，所述进水泵与所述密封水箱的注水口连接，所述密封水箱与所述进水泵、所述吸附罐所述充气装置之间分别设置有截止阀，所述密封水箱的排气口上还设置有大气阀，所述密封水箱通过所述大气阀与大气连通。


3.根据权利要求2所述的一种煤样吸附常数自动测定系统，其特征在于：所述吸附罐及所述密封水箱之间通过吸附管路连通，所述大气阀设置在所述吸附管路上。


4.根据权利要求1所述的一种煤样吸附常数自动测定系统，其特征在于：所述控温装置为恒温水浴槽，所述吸附罐设置在所述恒温水浴槽内。


5.根据权利要求1所述的一种煤样吸附常数自动测定系统，其特征在于：所述控制单元为PLC控制系统。


6.一种煤样吸附常数的自动测定方法，提供如权利要求1-5任一项所述的煤样吸附常数自动测定系统，其特征在于，包括以下步骤：
低压吸附测定，高压吸附测定及吸附常数计算；
“低压吸附测定”包括以下分步骤：
抽真空，将煤样装入吸附罐后对吸附罐进行脱气，直至吸附罐内真空；
密闭水箱清洗，向密封水箱内注水，直至密封水箱注满，排出密封水箱内所有空气；
水箱充气，向注满水的密封水箱内充入瓦斯，打开第一管路，密封水箱内的水通过第一管路进入敞口水槽，直至密封水箱内的气压大于敞口水箱内的气压；
打开大气联通阀，密闭水箱释放部分瓦斯，敞口水箱内水通过第一管路回流至密封水箱，控制单元监测到敞口水箱内的水重量稳定后关闭大气联通阀，并记录敞口水箱内水的重量为W0；
低压吸附...

【专利技术属性】
技术研发人员：文光才，杨娟，隆清明，邱飞，陈德敏，李柏均，任文贤，刘娟，周燕，常宇，饶家龙，江旭，张森林，曾银松，
申请(专利权)人：中煤科工集团重庆研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆;50