УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА И ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОБ СЫПУЧЕГО ГРУЗА Российский патент 1994 года по МПК G01N1/20 

Изобретение относится к устройствам для отбора и исследования образцов из месторождений полезных ископаемых, преимущественно, при ведении горных работ при разработке газоносных месторождений, прежде всего угольных, подверженных газодинамическим явлениям, и геологоразведочных работах на этих месторождениях.

Известен герметичный сосуд для отбора и исследования образцов угля, внутри которого размещен датчик давления и находится контейнер, выполненный для облегчения диффузии газов из пористых металлов, внутрь которого загружается исследуемая проба угля, причем пористые стенки контейнера обеспечивают выход газа из контейнера внутрь герметичного сосуда, а имеющийся предохранительный клапан, срабатывающий при повышении давления в сосуде на 0,5 атм, обеспечивает сброс давления газа в этом сосуде до атмосферного.

Описанный герметичный сосуд используется в качестве емкости для отбора и исследования проб в портативном приборе для горных выработок, имеющем шесть таких ампул и позволяющем исследовать в горных выработках пять образцов одновременно, но не имеющем никаких средств для замера температуры, и в стационарном лабораторном приборе, имеющем 12 таких герметичных сосудов и датчики для замера температуры и давления в помещении. Однако ни в одном из этих приборов не предусмотрен замер температуры непосредственно внутри этих герметичных сосудов, что не позволяет оценивать динамику изменения температуры отобранных проб и определять количество газа, десорбированного этими пробами до момента их герметизации. Большая продолжительность проведения экспериментов (несколько недель) резко увеличивает их стоимость и не позволяет эффективно использовать имеющееся оборудование и осуществлять повседневный контроль за газоносностью и газодинамическими характеристиками призабойной зоны пласта, так как полученная информация к моменту ее получения уже утрачивает свою ценность, поскольку, к моменту получения данных о газоносности призайбойной зоны забой выработки уже находится на значительном удалении от того места, где были отобраны образцы для исследования.

Известно и другое устройство для отбора и исследования проб сыпучего груза, содержащее герметично закрытый корпус со средствами для подсоединения измерительной аппаратуры и установленную в нем емкость для размещения пробы.

Для определения показателя скорости газоотдачи Δ Р образцов угля этой фракции производят сначала вакуумирование герметичного сосуда с образцом в течение 2 мин, а затем заполняют этот сосуд измерительным газом (оксидом азота) из баллона при давлении 2 бар. После этого подача газа прекращается и измерительный сосуд подключают к манометру. В течение следующего периода измерений, длящегося 1 мин, измерительный газ поглощается углем. Вследствие этого, происходит снижение газового давления, причем тем быстрее, чем "трещиноватее", т.е. более газопроницаем, уголь. Через одну минуту измерительный сосуд отключают от манометра, и последнее его показание фиксируется. Зарегистрированное давление газа в барах является измеряемым показателем десорбции Δ Р "экспресс".

Описанное устройство препятствует правильной интерпретации получаемых с его помощью результатов.

Необходимость проведения исследования скорости поглощения газа отсеянной фракцией угля при повышенном давлении вызвана тем, что отсев из угольной мелочи определенной фракции требует затрат времени, в результате чего удлиняется период времени до момента герметизации исследуемого образца. Это приводит к тому, что в этом случае отсеянная для исследования фракция угля, особенно отобранная в нарушенной зоне пласта, успевает до герметизации десорбировать основное количество газа, поэтому использовать полученную фракцию угля для оценки степени выбросоопасности угля по динамике газовыделения из него уже не имеет смысла. Получаемые же при проведении экспериментов по поглощению отсеянной фракции угля измерительного газа (оксида азота) при повышенном давлении результаты имеют меньшую практическую ценность, так как являются только качественными и характеризуют только газопроницаемость исследуемых проб, что дает возможность оценить потенциальную выбросоопасность их структуры, но не позволяет получить какую-либо информацию о газоносности угля в призабойной зоне пласта и другие количественные характеристики, необходимые для описания и прогноза интенсивности газовыделения в горные выработки и решения других задач практики горного дела.

Отсев необходимой для исследования фракции угля непосредственно в горной выработке неудобен, особенно в стесненных условиях подготовительных и очистных выработок, имеющих малую высоту при разработке угольных пластов малой мощности и сопровождается увеличением запыленности горных выработок.

Для работы этого прибора необходимы сжатый воздух и вода под напором для вакуумирования измерительной камеры, причем достигаемое разрежение тем больше, чем больше напор в водопроводе. Кроме того, к месту проведения исследований необходимо доставлять баллон с измерительным газом (оксид азота) и сам прибор массой около 17 кг.

Таким образом, описанное устройство позволяет получить только ограниченное количество информации, пригодной для использования при оценке степени выбросоопасности призабойной зоны разрабатываемого угольного пласта и ее газоносности. Поэтому это устройство не позволяет обеспечить более комплексное исследование образцов угля, не получило достаточно широкого распространения в практике горного дела.

Технический результат состоит в повышении информативности результата физико-химического исследования образцов, отобранных при разработке и разведке газоносных месторождений полезных ископаемых, уменьшении трудоемкости и продолжительности подготовки для исследования нужной фракции этих образцов, что является в настоящее время очень актуальным.

Для достижения технического результата устройство снабжено датчиком температуры, размещенным в нижней части корпуса, и удерживающими средствами, расположенными на внутренней поверхности корпуса, а емкость для размещения пробы выполнена в виде набора сит, наружные боковые поверхности которых снабжены проушинами для средств крепления, причем, нижнее сито установлено на удерживающих средствах, выполнено конусным и снабжено откидным дном с рукоятью и с приспособлением для фиксации ее в двух положениях, при этом внутренняя поверхность корпуса теплоизолирована.

На фиг. 1 изображен общий вид устройства в разрезе; на фиг.2 - нижнее сито в собранном виде внутри корпуса; на фиг.3 - нижнее сито при использовании в качестве дозатора для загрузки отобранной угольной мелочью нижней части корпуса устройства; на фиг.4 - нижнее сито с откинутым дном при использовании для загрузки отобранной угольной мелочи.

Устройство содержит герметичный корпус 1, закрывающийся крышкой 2 со средствами герметизации. В крышке 2 выполнен канал 3, проходящий через патрубок 4, для подсоединения устройства к измерительной аппаратуре. Патрубок 4 снабжен краном 5 с разъемным соединением 6, позволяющим присоединить устройство к любой измерительной аппаратуре. В корпусе 1 установлена емкость для размещения пробы, выполненная в виде набора сит 7 и 8. В нижней части корпуса 1 размещен датчик температуры 9, имеющий вывод 10 для подсоединения к измерительной аппаратуре. На внутренней поверхности корпуса 1 расположены удерживающие средства 11, например, в виде выступа для крепления емкости для размещения пробы. Наружные боковые поверхности сит 7 и 8 снабжены проушинами 12 для средств крепления 13, обеспечивающих удобство размещения сит в корпусе 1 и их удаления из корпуса 1. Нижнее сито 7 установлено на удерживающих средствах 11 и выполнено конусным и снабжено откидным дном 14, прикрепленным с помощью шарнира 15. Откидное дно 14 фиксируется в заданном положении запорным приспособлением 16, имеющим ручку 17 для перемещения фиксатора 18, который при фиксации откидного дна 14 входит в имеющуюся в нем прорезь 19. Сито 7 имеет откидную рукоять 20, закрепленную на оси 21 и имеющую два фиксированных положения, которые обеспечиваются с помощью запорного приспособления 22 и двух прорезей 23 и 24, в которые заходит фиксатор 25 запорного приспособления 22, перемещаемый с помощью ручки 26 фиксатора. На верхнюю часть сита 7 опирается сито 8. Верхнее сито для уменьшения пылеобразования закрыто сверху крышкой 27 для подсоединения к измерительной аппаратуре, причем внутренняя поверхность корпуса 1 для уменьшения теплообмена отобранной пробы 28 окружающей средой покрыта теплоизоляцией 29. Угольная мелочь 30 необходимого для лабораторных исследований фракционного состава отсеивается на нижнем сите 7.

Для подготовки устройства к работе снимают крышку 2, удаляют из корпуса 1 с помощью средств крепления 13 сит 7 и 8. Извлеченное из корпуса 1 сито 7 приводит в положение, позволяющее использовать его для заполнения отобранной пробой 28 нижней части корпуса, где размещен датчик температуры 9. При этом нижнее коническое сито 7 используется в качестве дозатора, для чего при закрытом сетчатом откидном дне 14, зафиксированном запорным приспособлением 16, закрепляют откидную рукоять 20 в положении, показанном на фиг. 3, с помощью запорного приспособления 22, выдвигая ручкой 26 фиксатор 25 запорного приспособления 22, засыпают сито до заданной отметки пробой угля, размещают сито 7 над внутpенней полостью корпуса 1, и открывают запорное приспособление 16, отводя ручку 17 фиксатора 18 запорного приспособления 16, в результате чего, дно 14 откидывается, как показано на фиг.4, и проба загружается в нижнюю часть корпуса. После этого возвращают дно 16 в первоначальное положение и фиксируют запорным приспособлением 16, закрепляют откидную рукоять 20 в положении, показанном на фиг.2, с помощью запорного приспособления 22 аналогичным образом. Сито 8 устанавливают на сито 7, заполняют верхнее сито 8 пробой 28 угля, закрывают крышкой 27 и соединяют сита 7 и 8 с помощью средств крепления 13, пропущенных через проушины 12. Опускают сита 7 и 8 внутрь корпуса 1 до контакта нижнего сита 7 со средствами крепления 11. Закрывают герметично крышку 2, соединяют вывод 10 термодатчика 9 с измерительной аппаратурой, закрывают кран 5 и присоединяют разъемное соединение 6 к измерительной аппаратуре, после чего кран 5 снова открывают. Это позволяет исследовать начальную скорость газовыделения из образцов (динамику газовыделения) непосредственно, в горных выработках - известными средствами.

После завершения исследования динамики газовыделения из отобранного образца непосредственно в призабойной зоне горной выработки, кран 5 закрывают и в месте установки разъемного соединения 6 отсоединяют устройство от оборудования, использовавшегося для определения динамики газовыделения из образца. После этого устройство устанавливают в вертикальном положении в любой таре, предназначенной для транспортировки образцов для последующего исследования в лаборатории. В процессе доставки устройства с находящейся внутри его отобранной пробой угля под влиянием неизбежных при этом встряхиваний происходит рассев отобранной пробы угля по фракциям через находящиеся внутри корпуса 1 сита 7 и 8 (практически количество сит может быть увеличено в случае необходимости получения нескольких различных фракций). Поэтому к моменту доставки пробы в лабораторию она, как правило, оказывается уже рассеянной на необходимые для исследования фракции. Отсеянную фракцию из конусного сита 7 высыпают в емкости (ампулы) для лабораторных исследований, откидывая дно сита 14.

Устройство позволяет:
1) обеспечивать оперативное измерение динамики газовыделений из отобранной для исследования пробы и динамики изменения ее температуры, что позволяет более точно описывать динамику газовыделения из отобранного образца и определять количественные характеристики динамики газовыделения, в том числе оценивать выбросоопасность призабойной зоны разрабатываемого угольного пласта и газоносность угля в ней на различном расстоянии от забоя;
2) устранить необходимость отсева нужной для исследования фракции угля непосредственно в горных выработках, т.е.:
избежать выполнения трудоемкой операции в неудобных условиях;
существенно уменьшить промежуток времени с момента отбора пробы угля до момента его герметизации, что очень важно для повышения точности определения десорбционно-кинетических характеристик образцов и газоносности угля и вмещающих пород по динамике газовыделения из отобранных образцов;
снизить запыленность в призабойной зоне;
3) значительно уменьшить возможность изменения десорбционно-кинетических характеристик отобранных образцов угля при взаимодействии с кислородом воздуха и в результате дробления образцов в лабораторных условиях при получении необходимой для исследования фракции, так как время контакта отобранных образцов с воздухом выработки очень короткое, а внутрь герметичной части предлагаемого устройства попадает малое количество воздуха, причем часть даже этого воздуха удаляется из герметичного объема вместе с десорбированным газом во время определения динамики газовыделения из отобранной пробы непосредственно в горной выработке, а дробления угля в лаборатории вообще можно избежать в большинстве случаев, в результате чего:
- нет необходимости отбирать для исследования крупные куски угля для доставки в лабораторию и последующего дробления, в результате чего можно многократно снизить массу отбираемой пробы угля и соответственно облегчить ее доставку в лабораторию и последующее дробление;
- можно сразу же после доставки в лабораторию отобранной для исследования пробы в предлагаемом герметичном устройстве извлечь из нее необходимую для исследования фракцию угля, что позволяет или вообще избежать трудоемкого дробления образцов в лаборатории, или значительно снизить трудоемкость и продолжительность этой операции в случае, если количество извлеченной из устройства нужной для исследования фракции окажется недостаточным;
4) без каких-либо затрат труда или времени получить дополнительную информацию о фракционном составе отобранной для исследования пробы;
5) сохранить внутри герметичной части предлагаемого устройства весь десорбированный из образца с момента закрытия крана до момента начала исследования этого образца в лаборатории газ, что позволяет определять остаточную газоносность образца и газоносность угля в призабойной зоне пласта.

Использование: в горном деле, а именно для отбора и исследования газоносных образцов при разработке и разведке газоносных месторождений. Существо изобретения: устройство для отбора и исследования проб сыпучего груза снабжено датчиком температуры, размещенным в нижней части корпуса (К). На внутренней поверхности К расположены удерживающие средства. В К размещена емкость для размещения пробы. Емкость выполнена в виде набора сит. Наружные боковые поверхности сит снабжены проушинами для средств крепления. Нижнее сито установлено на удерживающих средствах, выполнено конусным и снабжено откидным дном с рукоятью. Рукоять имеет приспособления для фиксации ее в двух положениях. Внутренняя поверхность К теплоизолирована. 4 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА И ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОБ СЫПУЧЕГО ГРУЗА, содержащее герметично закрытый корпус со средствами для подсоединения измерительной аппаратуры и установленную в нем емкость для размещения пробы, отличающееся тем, что оно снабжено датчиком температуры, размещенным в нижней части корпуса, и удерживающими средствами, расположенными на внутренней поверхности корпуса, а емкость для размещения пробы выполнена в виде набора сит, наружные боковые поверхности которых снабжены проушинами для средств крепления, причем нижнее сито установлено на удерживающих средствах, выполнено конусным и снабжено откидным дном с рукоятью и с приспособлением для фиксации ее в двух положениях, при этом внутренняя поверхность корпуса теплоизолирована.