自动多级钻孔流量衰减系数测定仪及使用方法与流程

本发明属于煤矿开采及煤矿安全，特别提供了自动多级钻孔流量衰减系数测定仪及使用方法。

背景技术：

1、煤层钻孔瓦斯流量衰减系数是煤层抽采可行性的重要参数，决定煤层瓦斯抽采方式及抽采时间，目前对于钻孔瓦斯流量衰减系数的测定一般采用人工手动长期观测的方式。

2、由于煤层瓦斯赋存极不均匀，导致钻孔瓦斯流量数值范围非常宽泛，高瓦斯高透气性煤层钻孔瓦斯流量特别大、低瓦斯低透气性煤层钻孔瓦斯流量特别小，因此很难使用一款通用的流量计用于测量全流程的钻孔瓦斯流量，如果用大流量计测定小流量，无法保证精度，如果用小流量计测定大流量则超出了测定范围，且易导致仪器损坏，因此通常的办法是对于不同流量的钻孔使用不同量程的流量计，一般流量较大的钻孔采用孔板流量计，流量较小则切换使用煤气表，测定的过程需要携带各种量程的流量计，十分不便。另外煤岩层中常有水赋存，导致流量测定过程中钻孔涌水，造成流量计失准甚至损坏。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供了自动多级钻孔流量衰减系数测定仪及使用方法，以实现自动连续测定煤层钻孔瓦斯衰减系数。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：自动多级钻孔流量衰减系数测定仪，设置于巷道内，包括多级流量计、电子压力表、除水剂盒、气水分离器和封孔管，所述气水分离器与除水剂盒、封孔管连接，所述多级流量计与除水剂盒连通，所述电子压力表装配于封孔管上。

3、所述多级流量计包括流量进气管、流量计壳体、流量出气管、plc控制器、高流量支路、中流量支路和低流量支路，所述流量进气管的外端与除水剂盒连接，所述高流量支路、中流量支路和低流量支路的两端分别与流量进气管和流量出气管连接，且plc控制器、高流量支路、中流量支路和低流量支路均装配于流量计壳体内，所述高流量支路上装配有高流量阀门和高流量计，所述中流量支路上装配有中流量阀门和中流量计，所述低流量支路上装配有低流量阀门和低流量计，所述plc控制器通过数据线分别与高流量阀门、中流量阀门、低流量阀门、高流量计、中流量计、低流量计、电子压力表连接。

4、进一步地，所述电子压力表上装配有压力阀门，所述封孔管的一端装配有三通的第一端，且压力阀门装配于三通的第二端。

5、进一步地，所述气水分离器的上表面装配有进气管和出气管，所述进气管上装配有进气阀，且进气管的外端装配于三通的第三端，所述除水剂盒装配于出气管的外端，所述气水分离器的外表面下端装配于放水管，且放水管上装配有放水阀，所述气水分离器的下表面装配有支架。

6、进一步地，所述多级流量计还包括显示器，且显示器装配于流量计壳体的表面，所述显示器通过数据线与plc控制器连接，所述显示器显示钻孔编号、瓦斯压力、实时流量、累计流量、流量衰减系数和钻孔流量衰减曲线。

7、自动多级钻孔流量衰减系数测定仪的使用方法，利用上述的自动多级钻孔流量衰减系数测定仪，具体包括以下步骤：

8、步骤一，钻孔施工，在煤巷及岩巷中，向煤层施工钻孔，使用封孔水泥密封固定封孔管，钻孔前方保留有气室；

9、步骤二，设备连接，将三通的第一端连接封孔管，第二端通过压力阀门连接电子压力表，第三端通过进气阀连接进气管，出气管连接除水剂盒，除水剂盒与多级流量计的流量进气管连接，plc控制器通过数据线连接高流量阀门、中流量阀门、低流量阀门、高流量计、中流量计、低流量计、电子压力表并进行控制；

10、在plc控制器中设定高流量计合理测值范围、中流量计合理测值范围、低流量计合理测值范围，之后对设备进行调试；

11、步骤三，流量测定，设备安装调试完成后，打开压力阀门，关闭进气阀，此时钻孔瓦斯气体无法流出，在钻孔内不断积聚，电子压力表实时测定钻孔瓦斯压力，并传至plc控制器，当钻孔瓦斯压力表数值在3天内变化小于0.01mpa时，认为瓦斯压力稳定，记录最大瓦斯压力值；

12、瓦斯压力测定完成后，打开进气阀，瓦斯气体进入气水分离器内，实现初步水气分离，水留在气水分离器内，瓦斯气体进入除水剂盒进一步过滤水气，干净的瓦斯气体通过流量进气管，进入多级流量计，各阀门及各流量计根据plc控制器的设定运行，对瓦斯流量进行测定；

13、步骤四，数据计算，通过设备测量不同时间的钻孔自然瓦斯涌出量并记录数据，将数据绘制在时间为横轴、流量为纵轴的直角坐标系中，对多组数据进行回归分析可以绘制出钻孔流量衰减曲线并得到时间与钻孔自然瓦斯涌出量的回归方程：（1）；

14、式中：

15、－时间为时的钻孔自然瓦斯涌出量，m3/min；

16、－钻孔初始瓦斯涌出量，m3/min；

17、－自然常数；

18、－钻孔自然瓦斯涌出量衰减系数，d-1；

19、－排放瓦斯时间，d；

20、根据公式（1），得到钻孔初始瓦斯涌出量和钻孔瓦斯流量衰减系数。

21、进一步地，在步骤二中，按照气体流动方向，在高流量支路上依次安装高流量阀门和高流量计，在中流量支路上依次安装中流量阀门和中流量计，在低流量支路上依次安装低流量阀门和低流量计。

22、进一步地，所述高流量计合理测值范围是0.5m3/min-100m3/min，所述中流量计合理测值范围是0.5l/min-1000l/min，所述低流量计合理测值范围是1ml/min-1000ml/min。

23、进一步地，在步骤二中，所述多级流量计上安装有线或无线传输设备将数据实时上传至地面监控系统。

24、进一步地，在步骤二中，所述流量出气管与瓦斯抽采管路连接，测定负压情况下的钻孔瓦斯流量。

25、进一步地，在步骤三中，所述plc控制器的设定如下：

26、（1）初始状态设置为高流量阀门为打开状态，中流量阀门和低流量阀门为关闭状态，此时瓦斯气体只能通过高流量支路，高流量计开始工作，实时测量瓦斯气体的流量，并将数值上传至plc控制器，当气体流量在高流量计合理流量数值区间时，各阀门保持状态不变，持续测定；

27、（2）当气体流量小于高流量计合理流量数值区间的下临界值时，打开中流量阀门，关闭高流量阀门，低流量阀门保持关闭状态，此时瓦斯气体只能通过中流量支路，中流量计开始工作，实时测量瓦斯气体的流量，并将数值上传至plc控制器，当气体流量在中流量计合理流量数值区间时，各阀门保持状态不变，持续测定；

28、（3）当气体流量小于中流量计合理流量数值区间的下临界值时，打开低流量阀门，关闭中流量阀门，高流量阀门保持关闭状态，此时瓦斯气体只能通过低流量支路，低流量计开始工作，实时测量瓦斯气体的流量，并将数值上传至plc控制器，当气体流量在低流量计合理流量数值区间时，各阀门保持状态不变，持续测定；

29、（4）当气体流量小于低流量计合理流量数值区间的下临界值时，停止测定，测定终止；

30、（5）如果测定的气体流量一直在某一合理区间内，多级流量计将一直工作，直至人为控制终止。

31、使用本发明的有益效果是：

32、本发明设计的自动多级钻孔流量衰减系数测定仪，内部并联布置高、中、低三个瓦斯流量测定路线，使用内置的plc控制器，根据是否触发瓦斯流量数值范围临界值的方式，自动选择合适的流量测定级别，从而大幅提高了钻孔流量测量范围。

33、本发明设计了从高流量计到低流量计的逐级提高精度的分级控制方式，避免了巨大瓦斯流量对低流量计的冲击作用，且能够对不同时间的不同大小的瓦斯流量进行精准的测量。

34、本发明还设计了气水分离器和除水剂盒，能够有效去除钻孔瓦斯气体中的水分与杂质，为测定仪创造了相对洁净的气体环境，进一步提高了仪器的准确性和使用寿命。

35、本发明提高了钻孔瓦斯流量衰减系数的测定效率，降低了人工连续观测的工作强度。