技术领域
[0001] 本新型涉及一种基于钻孔采样实测的
煤层瓦斯压力测试技术及装备，属于煤矿安全技术领域。
背景技术
[0002] 煤与瓦斯突出与煤层瓦斯压力紧密相关，煤与瓦斯突出不仅会严重破坏井下的生产设施，对国家和企业造成巨大的经济损失，还会造成井下空气中的瓦斯浓度迅速升高并引起瓦斯爆炸事故，严重威胁着煤矿工人的人身安全。《防治煤与瓦斯突出规定》要求：新建矿井在可行性研究阶段，应当对矿井内采掘工程可能揭露的所有平均厚度在0.3m以上的煤层进行突出危险性评估；有突出矿井的煤矿企业、突出矿井应当根据突出矿井的实际状况和条件，制定区域综合防突措施和局部综合防突措施。瓦斯压力是煤层突出危险性评估、预测以及区域消突措施效果检验的指标。《防治煤与瓦斯突出规定》要求满足以下条件之一的煤层应作为突出煤层处理，即瓦斯含量≥8m3/t或者瓦斯压力≥0.74MPa。但在实际环境中，存在所测煤层瓦斯压力小，但瓦斯含量大的情况，由于井下钻孔煤层瓦斯压力测试受到测试地点，封孔
质量的影响，造成测试的误差大，成功率低。在进行预抽煤层瓦斯区域防突措施效果检验时，已布置的抽采钻孔易于与测压孔串孔，导致所测得的残存瓦斯压力值小于实际值，使井下作业人员无法准确判断煤
层压力，造成煤与瓦斯突出事故。
[0003] 因此，为准确测定煤层(残存)瓦斯压力，有必要建立一种基于钻孔采样实测的煤层瓦斯压力测试技术及装备，其采取井下取样测定煤样损失瓦斯量与实验室测定瓦斯压力相结合的方法，排除井下测量中封孔效果差，易串孔的影响，可以有效的测定煤层(残存)瓦斯压力，使工作人员准确判断煤层是否具有突出危险，对矿井的安全生产起到一定的指导意义。实用新型内容
[0004] 针对
现有技术上存在的不足，本新型提供一种基于钻孔采样实测的煤层瓦斯压力测试系统及方法。
[0005] 为了实现上述目的，本新型是通过如下的技术方案来实现：
[0006] 一种基于钻孔采样实测的煤层瓦斯压力测试系统，包括瓦斯损失量补偿装置、死体积标定装置、瓦斯压力测定装置、死体积填充装置、瓦斯损失量测定装置及控制系统，其中瓦斯压力测定装置通过导
流管分别与瓦斯损失量补偿装置、死体积标定装置、死体积填充装置、瓦斯损失量测定装置相互连通，控制系统分别与瓦斯损失量补偿装置、死体积标定装置、瓦斯压力测定装置、死体积填充装置、瓦斯损失量测定装置电气连接，其中瓦斯压力测定装置至少一个，且瓦斯压力测定装置与一个瓦斯损失量测定装置构成一个工作组，各工作组间相互并联，导流管与瓦斯损失量补偿装置、死体积标定装置、瓦斯压力测定装置、死体积填充装置、瓦斯损失量测定装置均通过至少一个控制
阀相互连通，且所述
控制阀与控制系统电气连接。
[0007] 进一步的，所述的瓦斯损失量补偿装置包括甲烷瓶、甲烷减压阀、压力
传感器、缓存罐、控制阀以及连通管路，其中所述甲烷瓶与甲烷减压阀连通，并通过甲烷减压阀与连通管路连通，所述缓存罐至少一个，各缓存罐均为密闭腔体结构，且每个缓存罐均设两个导流口，且每个导流口均通过一个控制阀与一条连通管路相互连通，所述连通管路中，其中至少一条与甲烷减压阀相互连通，另至少一条连通管路与控制阀相互连通，所述
压力传感器若干，分别位于各连通管路上。
[0008] 进一步的，所述的死体积标定装置包括氦气瓶、氦气减压阀、压力传感器、标定罐、控制阀以及连通管路，其中所述氦气瓶与氦气减压阀连通，并通过氦气减压阀与连通管路连通，所述标定罐至少一个，各标定罐均为密闭腔体结构，且每个标定罐均设两个导流口，且每个导流口均通过一个控制阀与一条连通管路相互连通，所述连通管路中，其中至少一条与氦气减压阀相互连通，另至少一条连通管路与控制阀相互连通，所述压力传感器若干，分别位于各连通管路上。
[0009] 进一步的，其特征在于：所述的甲烷瓶、氦气瓶均至少一个，且当甲烷瓶、氦气瓶均为两个及两个以上时，各甲烷瓶及各氦气瓶间分别通过汇流管相互连通。
[0010] 进一步的，所述的瓦斯压力测定装置包括压力表、压力传感器、
温度传感器、检测罐、恒温
水浴机构、两通接头、控制阀以及连通管路，压力表与两通接头相连，并通过两通接头与检测罐相互连通，所述检测罐为密闭腔体结构，其上端面设至少三个导流口，其中一个导流口通过连通管路与两通接头连通，剩余两个导流口通过连通管路分别与控制阀相互连通，并通过控制阀分别与瓦斯损失量补偿装置、死体积标定装置相互连通，所述恒温水浴机构包覆在检测罐外表面，所述两通接头另通过连通管路与控制阀相互连通，所述压力传感器若干，分别位于各连通管路及检测罐内，所述温度传感器至少一个，嵌于检测罐内并环绕检测罐轴线均布。
[0011] 进一步的，所述的死体积填充装置包括平流
泵、油杯、两通阀以及连通管路，其中所述两通阀通过连通管路与平流泵相互连通，所述平流泵通过连通管路与油杯相互连通，所述两通阀另通过连通管路与控制阀相互连通，并通过连通阀及导流管与瓦斯压力测定装置的两通接头相互连通。
[0012] 进一步的，所述的瓦斯损失量测定装置包括瓦斯
解吸仪、煤样罐、快速接头、控制阀以及连通管路，所述煤样罐上设至少一个控制阀并与控制阀相互连通，所述控制阀通过连通管路与快速接头相互连通，且所述快速接头与瓦斯解吸仪相互连通。
[0013] 进一步的，所述的控制系统为基于工业计算机、个人计算机中任意一种或两种共用为
基础的
电路系统，且所述控制系统另至少一个设网络通讯模
块。
[0014] 本新型通过向测定瓦斯压力的煤样罐中补偿瓦斯损失量和利用具有不可压缩性、不被煤体
吸附性的液体材料(例如：
硅油、有机油、无机油等)补偿装置死体积的方法测定煤层瓦斯压力，使测定过程中能够复原煤层储藏环境，排除装置死体积对瓦斯压力测定结果的影响，排除井下测量中封孔效果差，易串孔等因素的影响，可以准确的测定煤层瓦斯压力，使工作人员准确判断煤层瓦斯压力值，对防治煤与瓦斯突出起到一定的指导意义。
附图说明
[0015] 下面结合附图和具体实施方式来详细说明本新型。
[0016] 图1为本新型结构示意图；
[0017] 图2为本新型实验数据统计曲线图。
具体实施方式
[0018] 为使本新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本新型。
[0019] 如图1所述一种基于钻孔采样实测的煤层瓦斯压力测试系统，包括瓦斯损失量补偿装置1、死体积标定装置2、瓦斯压力测定装置3、死体积填充装置4、瓦斯损失量测定装置5及控制系统6，其中瓦斯压力测定装置3通过导流管7分别与瓦斯损失量补偿装置1、死体积标定装置2、死体积填充装置4、瓦斯损失量测定装置5相互连通，控制系统6分别与瓦斯损失量补偿装置1、死体积标定装置2、瓦斯压力测定装置3、死体积填充装置4、瓦斯损失量测定装置5电气连接，其中瓦斯压力测定装置3至少一个，且瓦斯压力测定装置3与一个瓦斯损失量测定装置1构成一个工作组，各工作组间相互并联，导流管7与瓦斯损失量补偿装置1、死体积标定装置2、瓦斯压力测定装置3、死体积填充装置4、瓦斯损失量测定装置5均通过至少一个控制阀8相互连通，且所述控制阀8与控制系统6电气连接。
[0020] 其中，所述的瓦斯损失量补偿装置1包括甲烷瓶11、甲烷减压阀12、压力传感器13、缓存罐14、控制阀8以及连通管路16，其中所述甲烷瓶11与甲烷减压阀12连通，并通过甲烷减压阀12与连通管路16连通，所述缓存罐14至少一个，各缓存罐14均为密闭腔体结构，且每个缓存罐14均设两个导流口，且每个导流口均通过一个控制阀8与一条连通管路16相互连通，所述连通管路 16中，其中至少一条与甲烷减压阀12相互连通，另至少一条连通管路16与控制阀8相互连通，所述压力传感器13若干，分别位于各连通管路16上。
[0021] 同时，所述的死体积标定装置2包括氦气瓶21、氦气减压阀22、压力传感器13、标定罐23、控制阀8以及连通管路16，其中所述氦气瓶21与氦气减压阀22连通，并通过氦气减压阀22与连通管路16连通，所述标定罐23至少一个，各标定罐23均为密闭腔体结构，且每个标定罐23均设两个导流口，且每个导流口均通过一个控制阀8与一条连通管路16相互连通，所述连通管路16 中，其中至少一条与氦气减压阀22相互连通，另至少一条连通管路16与控制阀8相互连通，所述压力传感器13若干，分别位于各连通管路16上。
[0022] 进一步优化的，其特征在于：所述的甲烷瓶11、氦气瓶12均至少一个，且当甲烷瓶11、氦气瓶12均为两个及两个以上时，各甲烷瓶11及各氦气瓶12间分别通过汇流管相互连通。
[0023] 此外，所述的瓦斯压力测定装置3包括压力表31、压力传感器13、温度传感器32、检测罐33、恒温水浴机构34、两通接头35、控制阀8以及连通管路 16，压力表31与两通接头35相连，并通过两通接头35与检测罐33相互连通，所述检测罐33为密闭腔体结构，其上端面设至少三个导流口，其中一个导流口通过连通管路16与两通接头35连通，剩余两个导流口通过连通管路16分别与控制阀8相互连通，并通过控制阀8分别与瓦斯损失量补偿装置1、死体积标定装置2相互连通，所述恒温水浴机构34包覆在检测罐33外表面，所述两通接头35另通过连通管路16与控制阀8相互连通，所述压力传感器13若干，分别位于各连通管路16及检测罐33内，所述温度传感器32至少一个，嵌于检测罐 32内并环绕检测罐33轴线均布。
[0024] 本
实施例中，所述的死体积填充装置4包括平流泵41、油杯42、两通阀35 以及连通管路16，其中所述两通阀35通过连通管路16与平流泵41相互连通，所述平流泵41通过连通管路16与油杯42相互连通，所述两通阀35另通过连通管路16与控制阀8相互连通，并通过连通阀8及导流管7与瓦斯压力测定装置3的两通接头35相互连通。
[0025] 进一步优化的，所述油杯中油料为硅油、有机油、无机油等可压缩性、不被煤体吸附性油料中的任意一种。
[0026] 本实施例中，所述的瓦斯损失量测定装置5包括瓦斯解吸仪51、煤样罐52、快速接头53、控制阀8以及连通管路16，所述煤样罐52上设至少一个控制阀8 并与控制阀8相互连通，所述控制阀8通过连通管路16与快速接头53相互连通，且所述快速接头53与瓦斯解吸仪51相互连通。
[0027] 本实施例中，所述的控制系统6为基于工业计算机、个人计算机中任意一种或两种共用为基础的电路系统，且所述控制系统另至少一个设网络通讯模块。
[0028] 一种基于钻孔采样实测的煤层瓦斯压力测试系统的测试方法，包括以下步骤：
[0029] S1，设备组装，首先对瓦斯损失量补偿装置、死体积标定装置、瓦斯压力测定装置、死体积填充装置、瓦斯损失量测定装置及控制系统进行组装连接，构成完整的实验系统；
[0030] S2，初始设置，实验开始前保证瓦斯损失量补偿装置、死体积标定装置、瓦斯压力测定装置、死体积填充装置、瓦斯损失量测定装置各个控制阀处于关闭状态，然后打开氦气气体
钢瓶控制阀，调节氦气减压阀使出气压力不大于压力传感器的量程，并在向标定罐内冲入氮气，并通过压力传感器在电脑上显示的示数稳定后，在控制系统中记录此时的压力示数P1，然后再次打开控制阀，将标定罐内氮气输送至瓦斯压力测定装置的检测罐内，并在
精度压力传感器显示标定罐和检测罐内压力稳定后，记录此时标定罐内压力值P2，然后根据计算函数：
[0031] P1V1/Z1＝P2V2/Z2；
[0032] 其中：
[0033] Z1为P1条件下氦气的压缩系数；
[0034] Z2为P2条件下氦气的压缩系数；
[0035] 可得出检测罐与标定罐之间管路中的游离氮气体积V0＝V2—V1；
[0036] 并在待标定结束后，打开控制阀释放出氦气气体，完成氮气释放后再次密封标定罐和检测罐；
[0037] S3，采样预制，将瓦斯压力测定装置和瓦斯损失量测定装置从实验下同上拆卸下来，然后对瓦斯压力测定装置及瓦斯损失量测定装置进行整体称重：
[0038] 其中整体称量瓦斯压力测定装置的控制阀、压力表、两通、检测罐以及部件之间连通的管路的质量M1；
[0039] 整体称量快速接头、控制阀、煤样罐以及部件之间连通的管路的质量M2；
[0040] 然后将瓦斯压力测定装置与瓦斯损失量测定装置一起带入井下。
[0041] S4，采样，按照中华人民共和国安全生产行业标准《煤层瓦斯含量井下直接测定方法(AQ1066-2008)》，在新暴露的采掘工作面煤壁上，用煤电钻垂直煤壁施工一个钻孔，钻进到预定
位置时开始取样，并记录采样开始时间t1，将采集的新鲜煤样分为两份并分别装入采样罐与煤样罐中，整体称量瓦斯压力测定装置重量并记为M3，整体称量瓦斯损失量测定装置重量并记录为M4，然后计算得出采样罐中所装入煤样的质量M5，(M5＝M3-M1)，煤样罐中所装入煤样的质量M6，(M6＝M4-M2)；同时记录煤样装罐后开始解吸时的时间t2，用瓦斯解吸仪测定不同累计时间间隔t下的煤样罐的煤样累计瓦斯解吸量V，其中测定时间1-2个小时；
[0042] S5，计算瓦斯损失量，选取 法，根据煤样开始暴露一段时间内V与 (t0＝t2-t1)呈直线关系确定，即：
[0043]
[0044] 式中：
[0045] V——t时间内的累积瓦斯解吸量，cm3；
[0046] V损1——暴露时间t0内的瓦斯损失量，cm3；
[0047] K——系数；
[0048] 煤样解吸测定前的暴露时间为(t0＝t2-t1)，不同累计时间间隔t下测得的V值所对应的解吸时间为t0+t；以 为横坐标，V为纵坐标绘图，由图判定呈线性关系的各测点，然后根据测点的坐标值，按最小二乘法求出瓦斯损失量，并计算得出单位质量的煤的瓦斯损失量V′损1
[0049] S6，计算煤样瓦斯损失量，将瓦斯压力测定系统再次接入至S1步骤构成的实验系统中，然后计算瓦斯压力测定系统中煤样瓦斯损失量 V损2(V损2＝M5×V′损1)，并根据PV＝NRT，计算瓦斯损失量的物质的量N损，即：
[0050]
[0051] 式中：
[0053] V损2——暴露时间t0内的瓦斯损失量，cm3；
[0054] T——井下温度
[0055] R——常数，取8.314；
[0056] 同时，在压力表示数稳定后记录此时的压力表示数P3，并根据PV＝NRT，计算煤样罐(11)中现存游离瓦斯的物质的量N现，即：
[0057]
[0058] 式中：
[0059] P3——压力表(9)示数，MPa；
[0060] V0——控制阀(8)与控制阀(12)之间管路(包括煤样罐(25))的游离体积，cm3；
[0061] V3——煤的死体积，cm3；
[0062] T——井下温度，K
[0063] R——常数，取8.314；
[0064] 然后，根据PV＝NRT，预测采样罐充入V损2后，压力表(9)的示数P4，即：
[0065]
[0066] 式中：
[0067] N现——煤样罐(11)中现存游离瓦斯的物质的量，mol；
[0068] N损——损失瓦斯量的物质的量，mol；
[0069] T——井下温度，K
[0070] R——常数，取8.314；
[0071] V0——控制阀(8)与控制阀(12)之间管路(包括煤样罐(25))的游离体积)，cm3；
[0072] V3——煤的死体积，cm3；
[0073] S7，甲烷调制，基于标定罐体积V4，根据P1V1/Z1＝P2V2/Z2(Z1为P1条件下甲烷的压缩系数，Z2为P2条件下甲烷的压缩系数)，计算标定罐中应充入的瓦斯压力然后打开甲烷气体钢瓶，调节甲烷减压阀并使冲入到缓存罐内压力达到瓦斯压力P5，然后关闭甲烷气体钢瓶，并使缓存罐与检测罐连通，同时待压力传感器检测到甲烷压力为P5时，关闭断开缓存罐和检测罐连接；
[0074] S8，注油作业，打开平流泵，通过平流泵向检测罐内注油，其中注入油量值为(V0-V3)，并在检测罐内注入油量值达到(V0-V3)值后停止注油并关闭检测罐；
[0075] S9，获取参数，完成S8作业后，并在压力表
指针稳定后，读取此时检测罐内的压力值P6，则P6即为煤层瓦斯压力值。
[0076] 本新型通过向测定瓦斯压力的煤样罐中补偿瓦斯损失量和利用具有不可压缩性、不被煤体吸附性的液体材料(例如：硅油、有机油、无机油等)补偿装置死体积的方法测定煤层瓦斯压力，使测定过程中能够复原煤层储藏环境，排除装置死体积对瓦斯压力测定结果的影响，排除井下测量中封孔效果差，易串孔等因素的影响，可以准确的测定煤层瓦斯压力，使工作人员准确判断煤层瓦斯压力值，对防治煤与瓦斯突出起到一定的指导意义。
[0077] 本行业的技术人员应该了解，本新型不受上述实施例的限制。上述实施例和
说明书中描述的只是说明本新型的原理。在不脱离本新型精神和范围的前提下，本新型还会有各种变化和改进。这些变化和改进都落入要求保护的本新型范围内。本新型要求保护范围由所附的
权利要求书及其等效物界定。
