新型全自动瓦斯解吸仪的研制与应用

周航　陈伯乐　杜嘉婧

摘要：新型全自动瓦斯解吸仪包括电磁两位三通阀门、真空泵、量筒、水槽、控制电路盒、触摸显示屏、传感器、水准仪。该仪器采用排水法计量结果更加精确，量筒可人工随时检测自动测量的结果准确性，通过计算机分析能够反映出瓦斯或页岩气吸附及解吸的实时动态过程，实现了煤层（或页岩）气体吸附及解吸数据的自动采集和记录。

关键词：全自动瓦斯解吸仪；传感器；数据采集；气体吸附；排水法 文献标识码：A

中图分类号：TD712 文章编号：1009-2374（2017）04-0006-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.04.004

1 概述

传统的解吸法是通过人工（约48～72小时）不间断人工读数并记录，然后将数据输入计算機处理。这种获得煤层瓦斯的含量的方法不仅繁琐，需要人员还多，而且可能造成时间和读数误差，故往往多次测量的结果差别较大，同时浪费了试验员的大量时间和精力，因此，需要一种全自动测定煤层气及页岩气吸附和解吸气体含量和速度的实验方法解决上述的问题。我们提供一种基于由计算机实时自动记录和控制、结构合理简单、方法简便、测量准确、数据可视化、成图直观化、使用效果好的煤层气及页岩气吸附与解吸气体速度及速度全程自动测定方法和装置；提供一套既能高效、准确进行含气量测试，又符合实验原理的全自动数据采集系统，克服现有设备工作效率低、人为实验误差大等缺点。

2 新型全自动瓦斯解吸仪设计

2.1 本瓦斯解吸仪的主要设计参数

（1）仪器长52cm，宽31.5cm，高60cm；（2）量筒的内径5cm，长度30cm，容积588.7cm3，最小刻度2cm3；（3）气样瓶的体积为250cm3；（4）水槽的长25cm，宽8cm，高10cm，容积2L；（5）真空泵的规格为5L/min，尺寸92*38*62mm；（6）传感器选取激光传感器，精度为1mm。

此装置包括外壳体、显示屏、导线孔、开关位置等。壳体为长方体520*315*600mm，上部有提手（方便外带）和水准仪，底盘内部设固定水槽，水槽中通导水管，一管接进水阀，一管接出水阀；底座设四个三角垫，适用于野外各种不平整地面。前表面右侧附有200*140mm显示屏，显示屏下方有两个指示灯和一个显示屏开关，指示灯用来显示仪器工作状态是否正常，下为一紧急制动按钮，防止仪器运作出现故障无法停止。前表面左侧附玻璃面板，可见内部零筒状况；箱体侧面有USB接口（接电脑以便传输数据），充电接口（可充电式，方便外带使用），紧急开关（当程序出现故障，可手动操作）。箱体右侧接集气袋收集废气，左下侧为解吸的瓦斯气入口。

图1 瓦斯解吸仪外部结构

2.2 技术关键

编程软件、三通阀门和传感器的使用，单片机的使用将本是人为控制的测定过程进行程序编译，实现自动化控制结构中的各种组成，并得出拟合成功的各时刻的速度曲线。本装置由包括吸附及解吸模拟子系统、气路子系统、解吸气体速度动态监测子系统、控制及数据采集板、数据采集及分析子系统5个子系统或部件有机组成。

2.3 本瓦斯解吸仪的特点

（1）传统的解吸法是通过（约48～72小时）不间断人工读数并记录，然后将数据输入计算机处理。这种获得煤层瓦斯的含量的方法不仅繁琐、需要人员还多，浪费了试验员的大量时间和精力。本仪器中真空泵通过电磁两位三通阀门与量筒相连，通过抽排气体从而使量筒液面高度发生变化，激光传感器和温度传感器连接在一起可以自动检测水面高度，通过控制电路盒与触摸显示屏相连，在触摸显示屏上自动记录和控制、数据可视化、成图直观化；（2）对外观进行了美化改观，可适用于任何不平地面（脚垫、水准仪），并对内部构件和连接系统改善（下部进气，内漂浮板），使程序设计更简单，精度更高；（3）仪器中的水槽为抽拉式水槽，左右伸缩换水。仪器的基座顶部为圆形水准仪、水准管，检测量筒液面是否平稳；（4）解决了市面上使用压力法、容积法、重力法操作复杂且设备精度要求高、装置昂贵的问题；（5）利用温度及压力传感器，可监测解吸状态，并实时传入数据温度压力数据，使数据更可靠。警示灯与触摸显示屏相连，显示仪器是否正常；（6）采用排水法计量结果更加精确，集气量筒可人工随时检测自动测量的结果准确性，也可集中处理解吸气体，达到保护环境和防止可燃气体造成的安全隐患。

3 新型全自动瓦斯解吸仪实验应用

已在实验室进行过基础的功能性实验，对于仪器的密封性、抽排水的能力、传感器的灵敏度以及程序对两位三通阀门的控制都进行了检测。此外，为了验证本新型全自动瓦斯解吸仪的实验效果，在晋城、焦作和洛阳的煤矿里选择煤样进行数据分析，如图2所示：

图2 实验数据对比

4 结语

（1）本文所研制的全自动瓦斯解吸仪实验精度高，实现了煤层（或页岩）气体吸附及解吸数据的全自动采集和记录，提高了测定的准确性，并通过计算机分析能够快速准确地反映出瓦斯或页岩气吸附及解吸的实时动态过程；（2）采用排水法计量结果更加精确，集气量筒可人工随时检测自动测量的结果准确性，也可集中处理解吸气体，达到保护环境和防止可燃气体造成的安全隐患。利用温度及压力传感器，可监测解吸状态，并实时传入数据温度压力数据，使数据更可靠。解决了市面上使用压力法、容积法、重力法操作复杂，且设备精度要求高，装置昂贵的问题。

参考文献

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作者简介：周航（1995-），男，河南泌阳人，河南理工大学资源环境学院地质工程（卓越）专业本科在读学生。

（责任编辑：黄银芳）