本發(fā)明涉及一種煤心內(nèi)部氣體地面測試裝置及其測試方法。

背景技術(shù)：

煤心內(nèi)部氣體是在煤層內(nèi)游離氣和吸附氣等氣體的總稱。近年來，由于能源需求日益增加且常規(guī)油氣資源可采儲量逐年遞減，因此今后的主要開采對象之一是煤層氣，同時開采煤層氣又可以保障煤礦生產(chǎn)的安全性，提高煤炭生產(chǎn)的經(jīng)濟效益。對于煤層氣來言，能夠分別準確測出地層條件小游離氣和吸附氣等氣體的含量，對于預(yù)測儲量和研究開發(fā)方式都具有決定性的意義。

目前煤心內(nèi)部氣體地面測試裝置及其測試方法基本都是對于煤心內(nèi)部氣體統(tǒng)一進行測量或常壓條件下進行測量，對于分別測量的裝置都相對笨重，靈活性不足，在現(xiàn)場都達不到便捷移動和地層壓力分別測量，然而對于實際取心測氣需求，長距離保壓運輸條件要求復(fù)雜、成本高，現(xiàn)場測量裝置笨重或不可分別測量，所得結(jié)果不能真實反應(yīng)地層條件的游離氣、吸附氣等氣體的具體含量，不滿足測氣需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、可以完成調(diào)整水泵高度的煤心內(nèi)部氣體地面測試裝置及其測試方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：煤心內(nèi)部氣體地面測試裝置，包括分析小車和分叉接頭，分析小車為箱體結(jié)構(gòu)，分析小車內(nèi)部為框架板結(jié)構(gòu)，分析小車的底部一側(cè)設(shè)有兩個車輪，分析小車底部的另一側(cè)設(shè)有兩塊支撐墊塊，分析小車的外側(cè)上部設(shè)有翻板和把手，翻板的下側(cè)邊沿鉸接在分析小車上，分析小車的頂部敞口，分析小車的頂部敞口處設(shè)有蓋板和開合板，蓋板通過螺栓連接在分析小車頂部，開合板的一側(cè)通過合頁鉸接在蓋板上，開合板的另一側(cè)通過卡扣與翻板上邊沿連接；分析小車內(nèi)設(shè)有真空泵、壓裂筒、便攜電腦、蓄電池、游離氣體分析儀和煤內(nèi)氣體分析儀，游離氣體分析儀和煤內(nèi)氣體分析儀均通過螺栓固定在分析小車的底部，真空泵和壓裂筒通過易拆卸連接組件固定在分析小車底部，蓄電池放置在煤內(nèi)氣體分析儀上，便攜電腦放置在游離氣體分析儀上，便攜電腦位于翻板的內(nèi)側(cè)，蓄電池通過電線與便攜電腦連接；

真空泵的出氣口連接有抽氣管，抽氣管的出氣口通過兩根抽氣支管分別與游離氣體分析儀和煤內(nèi)氣體分析儀連接，抽氣管上設(shè)有第一控制閥，連接游離氣體分析儀的抽氣支管上設(shè)有第二控制閥，連接煤內(nèi)氣體分析儀的抽氣支管上設(shè)有第三控制閥；

分析小車的一側(cè)并排設(shè)有出液管和進氣管，進氣管的出氣口通過兩根進氣支管分別與游離氣體分析儀和煤內(nèi)氣體分析儀連接，連接游離氣體分析儀的進氣支管上設(shè)有第四控制閥，連接煤內(nèi)氣體分析儀的進氣支管上設(shè)有第五控制閥，出液管的進液口連接在壓裂筒上，出液管上設(shè)有第六控制閥和第一壓力傳感器，壓裂筒上還連接有進液管，進液管連接有注液泵，進液管上設(shè)有第七控制閥，出液管的出液口和進氣管的進氣口與分叉接頭連接；

分叉接頭包括進氣半圓管和壓裂半圓管，壓裂半圓管長度大于進氣半圓管的長度，進氣半圓管的出氣口與壓裂半圓管的進液口齊平，出液管的出液口與壓裂半圓管的進液口連接，進氣管的進氣口與進氣半圓管的出氣口連接，進氣半圓管和壓裂半圓管外部套設(shè)有旋緊管，旋緊管的一側(cè)設(shè)有外螺紋，進氣半圓管的進氣口出設(shè)有第二壓力傳感器和氣體傳感器，進氣半圓管上設(shè)有第八控制閥，旋緊管外側(cè)設(shè)有壓力表，第二壓力傳感器通過數(shù)據(jù)線與壓力表連接；

便攜電腦通過數(shù)據(jù)線與第一控制閥、第二控制閥、第三控制閥、第四控制閥、第五控制閥、第六控制閥、第七控制閥、第八控制閥、游離氣體分析儀、煤內(nèi)氣體分析儀、第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、氣體傳感器和真空泵連接。

游離氣體分析儀和煤內(nèi)氣體分析儀的結(jié)構(gòu)相同；游離氣體分析儀包括密閉的箱體，箱體內(nèi)固定設(shè)有驅(qū)動電機和紅外分析儀，驅(qū)動電機的主軸上設(shè)有扇葉，箱體的底部還設(shè)有真空傳感器、甲烷傳感器、二氧化碳傳感器和氮氣傳感器，箱體上設(shè)有抽氣接頭和進氣接頭，抽氣接頭與抽氣支管連接，進氣接頭與進氣支管連接；紅外分析儀、驅(qū)動電機、真空傳感器、甲烷傳感器、二氧化碳傳感器和氮氣傳感器分別通過數(shù)據(jù)線與便攜電腦連接。

易拆卸連接組件包括底架以及兩組固定架，底架通過螺栓固定在分析小車底部，兩組固定架上下并排設(shè)置且二者通過H形連接架連接，位于下方的固定架固定在底架上，真空泵和壓裂筒分別裝配固定在兩組固定架內(nèi)；

固定在底架上的固定架包括上半圓桿和下半圓桿，上半圓桿至少設(shè)有兩根，下半圓桿至少設(shè)有兩根，下半圓桿并排固定在底架上，上半圓桿并排固定在H形連接架的底部，上半圓桿和下半圓桿上下對應(yīng)設(shè)置，上半圓桿的一端與下半圓桿的一端鉸接，上半圓桿的另一端與下半圓桿的另一端通過卡扣連接；

位于上方的固定架的下半圓桿并排固定在H形連接架的頂部。

煤心內(nèi)部氣體地面測試裝置的測氣方法，包括以下步驟：

（1）連接設(shè)備，將分叉接頭插設(shè)在取心筒內(nèi)，旋緊管螺紋連接在取心筒的上端口處，取心筒內(nèi)盛裝有在地下采集的煤心；

（2）通過操控便攜電腦關(guān)閉所有閥門，接著依次打開第一控制閥、第二控制閥和第三控制閥，然后啟動真空泵，真空泵將游離氣體分析儀和煤內(nèi)氣體分析儀內(nèi)部的空氣抽出，當(dāng)真空傳感器檢測到游離氣體分析儀和煤內(nèi)氣體分析儀內(nèi)部均為真空狀態(tài)并將信息傳輸給便攜電腦時，便攜電腦發(fā)出指令，關(guān)閉第一控制閥、第二控制閥、第三控制閥和真空泵；

（3）依次打開第七控制閥、第六控制閥和第四控制閥，啟動注液泵通過進液管向壓裂筒內(nèi)注入壓裂液，第一壓力傳感器實時監(jiān)測進液管內(nèi)的壓力，通過操控便攜電腦改變第六控制閥和第七控制閥的開啟量，從而調(diào)整出液管內(nèi)壓裂液的壓力；

（4）壓裂液進入壓裂筒后從出液管流出，接著經(jīng)壓裂半圓管注入取心筒內(nèi)，壓裂液驅(qū)替取心筒內(nèi)的游離氣體，游離氣體向上被引出至進氣半圓管內(nèi)，然后進氣半圓管內(nèi)的氣體傳感器監(jiān)測到氣體，氣體傳感器向便攜電腦傳輸信息，之后便攜電腦控制第八控制閥打開，游離氣體經(jīng)進氣支管進入游離氣體分析儀；

（5）當(dāng)氣體傳感器監(jiān)測不到氣體時，說明游離氣體全部驅(qū)替出，依次關(guān)閉第七控制閥、第六控制閥、第八控制閥和第四控制閥，并通過操控便攜電腦啟動游離氣體分析儀內(nèi)的驅(qū)動電機和紅外分析儀，驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動帶動扇葉轉(zhuǎn)動，甲烷傳感器、二氧化碳傳感器和氮氣傳感器對箱體內(nèi)的游離氣體進行分析，最終分析得出箱體內(nèi)游離氣體的甲烷濃度、二氧化碳濃度和氮氣濃度，紅外分析儀探測分析游離氣體內(nèi)不同氣體的波長，從而探測出游離氣體的種類，最終甲烷傳感器、二氧化碳傳感器、氮氣傳感器和紅外分析儀將探測得到結(jié)果傳輸給便攜電腦；

（6）游離氣體儀分析完畢后，打開第六控制閥、第七控制閥和第五控制閥，繼續(xù)向取心筒內(nèi)注入壓裂液，當(dāng)?shù)诙毫鞲衅鞅O(jiān)測到取心筒內(nèi)的壓力達到設(shè)定好的地層壓力時，關(guān)閉第六控制閥和第七控制閥并停止注入壓裂液，煤心內(nèi)部的氣體開始緩慢析出形成氣泡緩慢上移，氣體傳感器監(jiān)測到氣體并反饋至便攜電腦，便攜電腦發(fā)出指令打開第八控制閥，煤內(nèi)氣體經(jīng)進氣支管進入煤內(nèi)氣體分析儀內(nèi)；

（7）當(dāng)氣體傳感器監(jiān)測不到氣體時，說明煤內(nèi)氣體全部析出，依次關(guān)閉第八控制閥和第五控制閥，并通過操控便攜電腦啟動煤內(nèi)氣體分析儀內(nèi)的驅(qū)動電機和紅外分析儀，驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動帶動扇葉轉(zhuǎn)動，甲烷傳感器、二氧化碳傳感器和氮氣傳感器對箱體內(nèi)的煤內(nèi)氣體進行分析，最終分析得出箱體內(nèi)煤內(nèi)氣體的甲烷濃度、二氧化碳濃度和氮氣濃度，紅外分析儀探測分析煤內(nèi)氣體內(nèi)不同氣體的波長，從而探測出煤內(nèi)氣體的種類，最終甲烷傳感器、二氧化碳傳感器、氮氣傳感器和紅外分析儀將探測得到結(jié)果傳輸給便攜電腦。

采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下有益效果：

（1）本發(fā)明裝置可以放到卡車上進行長途運輸，短距離移動可以通過抬動把手進行移動車輪，從而移動本裝置，此外內(nèi)部還設(shè)有便攜電腦和蓄電池，在很偏僻地區(qū)可以進行一段時間的作業(yè)而不用拉電，外圍有供電時可以利用外圍電而節(jié)省蓄電池內(nèi)部的電；

（2）游離氣體分析儀和煤內(nèi)氣體分析儀對取心筒內(nèi)的氣體分別進行檢測，能夠分析出游離氣體的種類和含量、以及煤內(nèi)氣體的種類和含量；

（3）通過真空泵抽取游離氣體分析儀和煤內(nèi)氣體分析儀內(nèi)部為真空狀態(tài)，從而為實驗氣體分析提供真空狀態(tài)，保證了測試的準確性；

（4）正反轉(zhuǎn)電機帶動扇葉正反轉(zhuǎn)動，扇葉轉(zhuǎn)動會使箱體內(nèi)部的氣體進行緩慢流動，有利于分析儀器的探測分析；

（5）本方法詳細的說明該裝置的使用方法，能夠?qū)γ盒膬?nèi)部氣體進行精確分析；

綜上所述，本發(fā)明設(shè)計合理、能夠分別準確測出地層條件小游離氣和煤內(nèi)吸附氣等氣體的含量，對于預(yù)測儲量和研究開發(fā)方式都具有決定性的意義。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是圖2的后側(cè)視圖；

圖4是分叉接頭與取心筒的連接結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是真空泵與壓裂筒的連接結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是分叉接頭的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是游離氣體分析儀的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

如圖1-7所示，本發(fā)明的煤心內(nèi)部氣體地面測試裝置，包括分析小車1和分叉接頭52，分析小車1為箱體結(jié)構(gòu)，分析小車1內(nèi)部為框架板結(jié)構(gòu)，分析小車1的底部一側(cè)設(shè)有兩個車輪2，分析小車1底部的另一側(cè)設(shè)有兩塊支撐墊塊3，分析小車1的外側(cè)上部設(shè)有翻板4和把手53，翻板4的下側(cè)邊沿鉸接在分析小車1上，分析小車1的頂部敞口，分析小車1的頂部敞口處設(shè)有蓋板5和開合板6，蓋板5通過螺栓連接在分析小車1頂部，開合板6的一側(cè)通過合頁7鉸接在蓋板5上，開合板6的另一側(cè)通過卡扣與翻板4上邊沿連接；分析小車1內(nèi)設(shè)有真空泵8、壓裂筒9、便攜電腦10、蓄電池11、游離氣體分析儀12和煤內(nèi)氣體分析儀13，游離氣體分析儀12和煤內(nèi)氣體分析儀13均通過螺栓固定在分析小車1的底部，真空泵8和壓裂筒9通過易拆卸連接組件14固定在分析小車1底部，蓄電池11放置在煤內(nèi)氣體分析儀13上方，便攜電腦10放置在游離氣體分析儀12上，便攜電腦10位于翻板4的內(nèi)側(cè)，蓄電池11通過電線與便攜電腦10連接；

真空泵8的出氣口連接有抽氣管15，抽氣管15的出氣口通過兩根抽氣支管16分別與游離氣體分析儀12和煤內(nèi)氣體分析儀13連接，抽氣管15上設(shè)有第一控制閥17，連接游離氣體分析儀12的抽氣支管16上設(shè)有第二控制閥18，連接煤內(nèi)氣體分析儀13的抽氣支管16上設(shè)有第三控制閥19；

分析小車1的一側(cè)并排設(shè)有出液管20和進氣管21，進氣管21的出氣口通過兩根進氣支管22分別與游離氣體分析儀12和煤內(nèi)氣體分析儀13連接，連接游離氣體分析儀12的進氣支管22上設(shè)有第四控制閥23，連接煤內(nèi)氣體分析儀13的進氣支管22上設(shè)有第五控制閥24，出液管20的進液口連接在壓裂筒9上，出液管20上設(shè)有第六控制閥25和第一壓力傳感器，壓裂筒9上還連接有進液管26，進液管26連接有注液泵，進液管26上設(shè)有第七控制閥27，出液管20的出液口和進氣管21的進氣口與分叉接頭52連接；

分叉接頭52包括進氣半圓管29和壓裂半圓管30，壓裂半圓管30長度大于進氣半圓管29的長度，進氣半圓管29的出氣口與壓裂半圓管30的進液口齊平，出液管20的出液口與壓裂半圓管30的進液口連接，進氣管21的進氣口與進氣半圓管29的出氣口連接，進氣半圓管29和壓裂半圓管30外部套設(shè)有旋緊管31，旋緊管31的一側(cè)設(shè)有外螺紋，進氣半圓管29的進氣口出設(shè)有第二壓力傳感器32和氣體傳感器33，進氣半圓管29上設(shè)有第八控制閥34，旋緊管31外側(cè)設(shè)有壓力表35，第二壓力傳感器通過數(shù)據(jù)線與壓力表35連接；

便攜電腦10通過數(shù)據(jù)線與第一控制閥17、第二控制閥18、第三控制閥19、第四控制閥23、第五控制閥24、第六控制閥25、第七控制閥27、第八控制閥34、游離氣體分析儀12、煤內(nèi)氣體分析儀13、第一壓力傳感器、第二壓力傳感器32、氣體傳感器33和真空泵8連接。

游離氣體分析儀12和煤內(nèi)氣體分析儀13的結(jié)構(gòu)相同；游離氣體分析儀12包括密閉的箱體36，箱體36內(nèi)固定設(shè)有正反轉(zhuǎn)電機37和紅外分析儀38，正反轉(zhuǎn)電機37的主軸上設(shè)有扇葉39，箱體36的底部還設(shè)有甲烷傳感器40、二氧化碳傳感器42、氮氣傳感器41和真空傳感器，箱體36上設(shè)抽氣接頭44和進氣接頭45，抽氣接頭44與抽氣支管16連接，進氣接頭45與進氣支管22連接，紅外分析儀38、正反轉(zhuǎn)電機37、真空傳感器、甲烷傳感器40、二氧化碳傳感器42和氮氣傳感器41分別通過數(shù)據(jù)線與便攜電腦10連接。

易拆卸連接組件14包括底架46以及兩組固定架47，底架46通過螺栓固定在分析小車1底部，兩組固定架47上下并排設(shè)置且二者通過H形連接架48連接，位于下方的固定架47固定在底架46上，真空泵8和壓裂筒9分別裝配固定在兩組固定架47內(nèi)；

固定在底架46上的固定架47包括上半圓桿49和下半圓桿50，上半圓桿49至少設(shè)有兩根，下半圓桿50至少設(shè)有兩根，下半圓桿50并排固定在底架46的底部，上半圓桿49并排固定在H形連接架48上，上半圓桿49和下半圓桿50上下對應(yīng)設(shè)置，上半圓桿49的一端與下半圓桿50的一端鉸接，上半圓桿49的另一端與下半圓桿50的另一端通過卡扣連接；

位于上方的固定架47的下半圓桿50并排固定在H形連接架48的頂部。

煤心內(nèi)部氣體地面測試裝置的測氣方法，包括以下步驟：

（1）連接設(shè)備，將分叉接頭52插設(shè)在取心筒51內(nèi)，旋緊管31螺紋連接在取心筒51的上端口處，取心筒51內(nèi)盛裝有在地下采集的煤心；

（2）通過操控便攜電腦10關(guān)閉所有閥門，接著依次打開第一控制閥17、第二控制閥18和第三控制閥19，然后啟動真空泵8，真空泵8將游離氣體分析儀12和煤內(nèi)氣體分析儀13內(nèi)部的空氣抽出，當(dāng)真空傳感器檢測到游離氣體分析儀12和煤內(nèi)氣體分析儀13內(nèi)部均為真空狀態(tài)并將信息傳輸給便攜電腦10時，便攜電腦10發(fā)出指令，關(guān)閉第一控制閥17、第二控制閥18、第三控制閥19和真空泵8；

（3）依次打開第七控制閥27、第六控制閥25和第四控制閥23，啟動注液泵通過進液管26向壓裂筒9內(nèi)注入壓裂液，第一壓力傳感器實時監(jiān)測進液管26內(nèi)的壓力，通過操控便攜電腦10改變第六控制閥25和第七控制閥27的開啟量，從而調(diào)整出液管20內(nèi)壓裂液的壓力；

（4）壓裂液進入壓裂筒9后從出液管20流出，接著經(jīng)壓裂半圓管30注入取心筒51內(nèi)，壓裂液驅(qū)替取心筒51內(nèi)的游離氣體，游離氣體向上被引出至進氣半圓管29內(nèi)，然后進氣半圓管29內(nèi)的氣體傳感器33監(jiān)測到氣體，氣體傳感器33向便攜電腦10傳輸信息，之后便攜電腦10控制第八控制閥34打開，游離氣體經(jīng)進氣支管22進入游離氣體分析儀12；

（5）當(dāng)氣體傳感器33監(jiān)測不到氣體時，說明游離氣體全部驅(qū)替出，依次關(guān)閉第七控制閥27、第六控制閥25、第八控制閥34和第四控制閥23，并通過操控便攜電腦10啟動游離氣體分析儀12內(nèi)的正反轉(zhuǎn)電機37和紅外分析儀38，正反轉(zhuǎn)電機37轉(zhuǎn)動帶動扇葉39轉(zhuǎn)動，甲烷傳感器40、二氧化碳傳感器42和氮氣傳感器41對箱體36內(nèi)的游離氣體進行分析，最終分析得出箱體36內(nèi)游離氣體的甲烷濃度、二氧化碳濃度和氮氣濃度，紅外分析儀38探測分析游離氣體內(nèi)不同氣體的波長，從而探測出游離氣體的種類，最終甲烷傳感器40、二氧化碳傳感器42、氮氣傳感器41和紅外分析儀38將探測得到結(jié)果傳輸給便攜電腦10；

（6）游離氣體儀分析完畢后，打開第六控制閥25、第七控制閥27和第五控制閥24，繼續(xù)向取心筒51內(nèi)注入壓裂液，當(dāng)?shù)诙毫鞲衅?2監(jiān)測到取心筒51內(nèi)的壓力達到設(shè)定好的地層壓力時，關(guān)閉第六控制閥25和第七控制閥27并停止注入壓裂液，煤心內(nèi)部的氣體開始緩慢析出形成氣泡緩慢上移，氣體傳感器33監(jiān)測到氣體并反饋至便攜電腦10，便攜電腦10發(fā)出指令打開第八控制閥34，煤內(nèi)氣體經(jīng)進氣支管22進入煤內(nèi)氣體分析儀13內(nèi)；

（7）當(dāng)氣體傳感器33監(jiān)測不到氣體時，說明煤內(nèi)氣體全部析出，依次關(guān)閉第八控制閥34和第五控制閥24，并通過操控便攜電腦10啟動煤內(nèi)氣體分析儀13內(nèi)的正反轉(zhuǎn)電機37和紅外分析儀38，正反轉(zhuǎn)電機37轉(zhuǎn)動帶動扇葉39轉(zhuǎn)動，甲烷傳感器40、二氧化碳傳感器42和氮氣傳感器41對箱體36內(nèi)的煤內(nèi)氣體進行分析，最終分析得出箱體36內(nèi)煤內(nèi)氣體的甲烷濃度、二氧化碳濃度和氮氣濃度，紅外分析儀38探測分析煤內(nèi)氣體內(nèi)不同氣體的波長，從而探測出煤內(nèi)氣體的種類，最終甲烷傳感器40、二氧化碳傳感器42、氮氣傳感器41和紅外分析儀38將探測得到結(jié)果傳輸給便攜電腦10。

本實施例并非對本發(fā)明的形狀、材料、結(jié)構(gòu)等作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍。