基本信息
- 项目名称：
- 煤层残存瓦斯含量快速准确测定综合装置研制
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本次创新通过改进球磨机结构提高了粉碎煤样的效率，简化了操作过程，缩短了实验时间。通过改进瓦斯含量测定仪的结构，增加辅助性结构，保证了实验装置的密封性和控制的高效性以及实验结果的准确可靠性。
- 详细介绍：
- 使用说明： 一、粉碎煤样过程 1)称250g煤样加入煤样罐中，设定转速，打开电机开关，并计时； 2)60分钟后取出煤样罐，抽取气体。 二、测定瓦斯含量过程 初始设置：所有电磁阀和玻璃旋塞均处于关闭状态，打开电源，并检查煤样罐的气密性，若无漏气，则将穿刺针头插入煤样罐。 1）吸气系统抽真空：打开循环水泵，导通玻璃阀28、29、31。开启真空泵，再打开电磁阀27（电磁阀8）开始抽真空。抽真空结束后先关闭电磁阀27和干燥剂后面的玻璃阀32，然后再停真空泵。最后关闭玻璃阀1。 装置结构图（详见上传图片） 1—超级恒温器；2—密封罐；3—穿刺针头；4—滤尘管；5—集水瓶；6—冷却管；7—水银U形管；8—隔水瓶；9—吸水管；10—排水瓶；11—吸气瓶；12—真空瓶；13—量管；14—取气支管；15—水准瓶；16—干燥塔；17—分隔球；18—真空泵；19螺旋夹； 20～27—电磁阀1～8；28～33—单向活塞 2）量筒充液：将水准瓶放到架子上，并保证每个量管都能有水流通过，依次打开电磁阀22、21、20（实物依次为电磁阀3、2、1）。观察量管内液面上升快慢，若不一致，可通过下方的阀门来调节（特殊情况下可以采用夹子），使它们的上升速度最大限度的保持一致。充液完毕后依次关闭电磁阀20、21、22。 3）真空瓶抽真空：先开启真空泵18，打开干燥剂后面的玻璃阀32，再打开电磁阀26（电磁阀7）。等真空瓶快满时关闭电磁阀26，再关闭干燥机后面的玻璃阀32，停止真空泵18。 4）脱气：打开穿刺针头3旁边的玻璃阀33。 5）吸气瓶吸气：打开电磁阀24（电磁阀5），使吸气瓶11左侧系统中的瓦斯气在吸气瓶真空度的影响下进入吸气瓶，待稳定后关闭电磁阀24。 6）量筒储气：打开电磁阀25（电磁阀6），让空气进入真空瓶，待吸气瓶液面稳定以后一次打开电磁阀21、22、23（电磁阀2、3、4，也可以只打开电磁阀4），让气体在量筒中水的重力和压力作用下进入量筒。当吸气瓶液面达到最顶端时及时关闭电磁阀23，再关闭其他电磁阀。 7）重复上述3—6的步骤，直至10分钟内的瓦斯解吸量小于10ml。 8）量管量气：先给特用水准管注入一定量的液体（三个量管同时使用时不小于80 mm），用夹子夹住水准瓶液体出口处。在夹子夹住水准管出口的情况下拧动固定螺栓，调整水准管高度大致与量管液面高度一致，再去掉夹子，开始调整水准管，使水准管液面与量管液面完全水平，读取数据，并做记录（在此过程中如果水准管内液体太少或太多，可用水准瓶来调节）。 9）如果三个量管都已基本充满解吸气体，则让水准瓶的水位与量管的水位齐平，记下读数，关闭电磁阀23，打开电磁阀20、21、22，抬起水准瓶，排掉解吸气体（同时，用注射器采样，分析其成分），重新解吸。 三、注意事项 1）电磁阀5不能轻易打开，需要打开时，应注意随时关闭，以防水进入真空系统。 2）水银柱旁边的玻璃也不能轻易打开，以防水银柱突然上升冲击玻璃管。 3）电磁阀1和6右边的旋钮可用来调节流量。 4）玻璃旋塞四周应涂满真空酯，加强密封效果。 5）解吸过程中，解吸量应呈下降趋势，如果，其大小基本保持不变，则有可能是煤样罐漏气，解吸的气体为空气，煤样应报废。 6）为加快解吸速度，水准瓶应放在低处。 7）实验时，水准瓶和三个量管之间的截止阀和夹子都应开启。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 设计目的： 目前，在我国常用的煤层残存瓦斯含量测定仪设备陈旧，技术落后，存在着仪器密封性不好、各玻璃器皿之间的胶管连接容易破裂、粉碎煤样使用的球磨机粉碎效率低，工作时噪声大，煤样罐装卸不方便，操作复杂、需要大量时间来完成等缺点，为此我们进行了改进。 基本思路： 1）改进原系统所使用的玻璃旋塞，改用电磁阀统一集中控制，改变原来装置的结构。 2）改变球磨机的装夹结构，链接方式，使得粉碎效率提高，操作简化。 创新点： 1）瓦斯含量测定装置将绝大部分旋塞改成电磁阀，并集中用电路控制台进行控制；增加了新的冷却循环系统、水位测量装置、样罐固定架、循环水与大气温度测定的温度表、量管流量控制阀气流控制阀等辅助性装置。 2）煤样粉碎装置电机采用无级调速，可以设定不同转速，提高粉碎不同煤块时的效率。 3）改进煤样罐的装夹结构，实现煤样罐的快速装夹，使操作简化。 4）去掉皮带传动，电机直接带动煤样罐旋转，提高了工作效率。 技术关键： 测定仪器的密封性，球磨机的设计结构，操作流程的简单高效性 技术参数： 真空泵：抽气速率4L/min，极限真空：7×10-2Pa 抽气量：最大量程2460ｍｌ，电机参考转速：155±10r/min，粉碎煤样时间：60min
科学性、先进性
- 1）测定瓦斯含量装置将绝大部分旋塞改成电磁阀，保证了装置的密封性和控制的高效性。增加了新的冷却循环系统、水位测量装置、煤样罐固定架、循环水与大气温度测 定的温度表气流控制阀等辅助性装置，使实验结果更为真实可靠。 2）煤样粉碎装置电机采用无级调速，可以设定不同转速，提高粉碎不同煤块时的效率。 我们通过重复实验找到了粉碎煤样的最佳转速（155±10r/min）；球磨机采用可调式减震支架，提高了设备工作时的稳定性；煤样罐与球磨机之间采用柔性连接方式,减小了球磨机工作时的噪声；改进煤样罐的装夹结构，实现煤样罐的快速装夹，使操作简化；去掉皮带传动，电机直接带动煤样罐旋转，提高了工作效率。
获奖情况及鉴定结果
- 该作品在2009年华北科技学院大学生科技创新竞赛中获得二等奖
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 图片 现场演示 实物、产品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明 首先通过球磨机粉碎从煤矿中采集的煤样，再通过煤层瓦斯含量测定仪按照规定的操作流程测定煤样的瓦斯含量，最后进行数据分析进行进行相关决策。 本套装置成本低，密封性能好，使用方便，节省时间。可以帮助技术人员快速准确地测出煤层瓦斯含量，更好地指导煤矿安全生产。我国煤矿资源丰富，矿井较多，安全问题一直是煤矿生产环节的重中之重，为了正确地进行新井或生产矿井新水平的通风设计与抽瓦斯的工程设计，必须预先知道煤产地煤岩瓦斯含量及其分布规律，才能对矿井瓦斯涌出量做出正确的预测，对煤产地瓦斯资源作出评价。所以有着很好的市场前景和经济效益。
同类课题研究水平概述
- 目前，在我国常用的煤层残存瓦斯含量测定仪为煤炭科学研究总院抚顺分院研制，该仪器的密封性能已不能满足实验要求，如各玻璃器皿之间的连接胶管破裂，甚至腐烂。 重庆煤炭研究院在六月份应接投标项目也已制定出一整套瓦斯含量测定装置，但价格昂贵。
