[发明专利]一种基于烟雾粒子运移的瓦斯抽采钻孔单孔小流量测试装置

说明书

技术领域

本发明涉及大管径小流量测试领域，适用于煤矿井下瓦斯抽采钻孔单孔小流量测试。

背景技术

抽采是煤矿瓦斯灾害防治的治本措施，也是煤矿绿色开采主要内容之一，其中煤矿井 下钻孔是实现抽采瓦斯的主要内容。钻孔抽采瓦斯需要统计抽采量，通常的做法是测试抽 采管路内的瓦斯浓度和混合流量，对于抽采干管或者支管，这种方法均可行，但是对于抽 采钻孔单孔，这种方法存在一定的困难。其主要原因是煤体释放瓦斯是个衰减的过程，新 暴露的煤体释放瓦斯随时间服从负指数关系快速下降，当释放区域煤体受采动影响时，其 释放瓦斯会变得复杂，具体如何变化目前因对单孔瓦斯流量测试无准确计量装置而无从知 晓。另外，为分析单个钻孔的封孔工艺、封孔参数和抽采负压等参数对钻孔抽采瓦斯的影 响，也需要考察单孔抽采瓦斯情况，这些都需要对单个钻孔瓦斯流量进行准确计量。

但是由于单个钻孔抽采过程瓦斯流量不稳定，且流量较小，传统的孔板流量计、超声 波流量计和涡轮流量计等难以测试。而常用于小流量的皂沫流量计和浮子流量计通常适用 于小管径的情况，且不利于时断时续且变化频繁的瓦斯抽采钻孔的连续测试。大管径小流 量的瓦斯抽采单孔流量准确测试是困扰目前煤矿瓦斯治理的一个难题。

发明内容

为实现煤矿井下瓦斯抽采钻孔单孔小流量的准确计量，本发明提出一种基于烟雾粒子 运移的瓦斯抽采钻孔单孔小流量测试装置。

该装置结构如图1所示，由基座管道1，烟雾粒子发生器2和烟雾粒子释放管3组成 的烟粒子发生装置，以及光信号接收器4和红外光发生器5组成的两组测试装置构成。

烟雾粒子发生器产生的烟雾粒子经烟雾粒子释放管道进入基座管道，在管道内气体流 动带动下先后经过下游的两个红外光发生器与接收器组成的测试装置，测试烟雾粒子分别 通过两个测试装置的时间，结合两个测试装置的安装间距和基座管道内径参数，计算基座 管道内瓦斯气体的混合流量。

为消除烟粒子从烟雾释放管内流出时流速对测试结果的影响，烟雾释放管口迎向基座 管道内气流来流方向。

本发明利用烟粒子对红外光的散射作用检测烟粒子是否到达测试点，从而间接测试基 座管道内气流，原理简单，准确性高。

附图说明

图1为一种基于烟雾粒子运移的瓦斯抽采钻孔单孔小流量测试装置。

图中标号：1—基座管道，2—烟粒子发生器，3—烟粒子释放管，4—光信号接收器， 5—红外光发生器。

具体实施方式

如图1所示，一种基于烟雾粒子运移的瓦斯抽采钻孔单孔小流量测试装置包括基座管 道1，烟雾粒子发生器2和烟雾粒子释放管3组成的烟粒子发生装置，以及光信号接收器 4和红外光发生器5组成的两组测试装置。

一种基于烟雾粒子运移的瓦斯抽采钻孔单孔小流量测试装置安装后，当抽采管路中形 成负压，煤体内瓦斯及煤体周围漏风进入基座管道内后，形成气流，产生流量。测试该流 量时，通过控制设施启动烟粒子发生器2，恒量产生烟粒子，烟粒子通过烟雾粒子释放管 3进入基座管道1中。与此同时，启动测试装置即红外光发生器和光信号接收器，当烟粒 子在基座管道内气流作用下，经过释放管下游第一个测试装置时，受烟粒子的散射作用， 光信号接收器采集的红外光变弱，此时作为烟粒子到达的信号，记录时间t₁。当释放管下 游第二个测试装置检测到烟粒子时，记录时间t₂，根据两个测试装置的安装距离L(m)及 两个测试装置检测到烟粒子的时间差t₂-t₁(s)，可计算烟粒子的平均流速v＝L/(t₂-t₁)。 结合基座管道的断面积S(m²)可得钻孔抽采瓦斯混合流量Q＝60L·S/(t₂-t₁)m/min，并将 检测结果记录至第二个测试装置的光信号接收器的内存中。

利用烟雾粒子发生器、红外光发生器和光信号接收器内置的控制芯片间隔一定时间t 重复上述测试过程，从而实现测试的连续性。