CN104196568A - 一种用于煤与瓦斯突出实验的气体调压系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于煤与瓦斯突出实验的气体调压系统及其方法，包括罐体及在罐体中安装有第一传感器，第一传感器的输出端与控制芯片的第一输入端相连；在罐体出口处还安装有泄爆装置，泄爆装置包括第一爆破片及第二爆破片，第一爆破片的爆破压强差为P3,第二爆破片的爆破压强差为P4；在第一爆破片及第二爆破片之间安装有第二传感器，第二传感器用于检测第一爆破片及第二爆破片形成的腔室之间的压强，第二传感器的输出端与控制芯片的第二输入端相连。本发明通过逐步向罐体及腔室充气，当罐体内压强到达规定的压强时，停止向罐体充气，安全可靠；并且通过向腔室充气/抽气不很多的情况下，爆破片破裂放出罐体中的气体，更加的易于控制爆破时间。
Description
技术领域
本发明涉及一种易于控制的气体调压系统及方法，特别是涉及一种用于煤与瓦斯突出实验的气体调压系统及其方法。
背景技术
煤与瓦斯是我国煤炭开采中最为严重的灾害之一。突出发生时产生的动力效应能够摧毁生产系统，造成人员伤亡，且易引发煤尘和瓦斯爆炸等重大事故。因此，要最大限度的降低灾害的破坏作用，就必须对煤与瓦斯突出的致灾机理进行研究，探索有效的灾害控制方法和措施。
由于煤与瓦斯突出的复杂性以及研究方法和手段的限制，国内外对煤与瓦斯突出后的致灾理论研究较少。突出动力灾害实验室模拟和现场实际观测都存在着无法克服的困难。虽然目前国内外学者已经开展了大量的煤与瓦斯突出实验，并取得了许多突破性的进展，但研究成果大多集中在吸附解吸规律、煤体破坏规律、地应力作用、型煤参数等方面，很多问题如煤与瓦斯突出过程中的流体运动参数及流动状态、冲击波形成机理及对主要通风设施的冲击破坏作用、破坏效果、致灾条件及预警防护等方面的研究比较少，其主要原因有：①由于固气两相流问题的复杂性，目前仍没有非常成熟的理论成果来解释两相流的运动规律；②现有的煤与瓦斯突出实验室突出模型很难达到现场实际条件的要求，动力效应实验效果不明显；③突出现场产生动力破坏和冲击的有关描述不够详细，且由于煤矿安全法规和安全设备限制，突出现场图片和视频资料很少，不利于问题的研究。以上这些原因导致突出致灾研究方面相对滞后，人们无法从根本上阐述突出所带来的危害，更无法直接应用理论分析得出的结论来指导实践。
实验室实验是了解煤与瓦斯突出的致灾及控制条件的可靠途径，通过动力效应实验研究能够更清楚地认识煤与瓦斯突出致灾机理及发生、发展规律，对有效控制煤与瓦斯突出灾害具有积极意义，而气体调压系统是煤与瓦斯突出动力效应实验系统的重要组成部分，它主要用来实验充气、出口密封及泄爆压力控制。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种用于煤与瓦斯突出实验的气体调压系统及其方法。
为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种用于煤与瓦斯突出实验的气体调压系统，包括罐体及在所述罐体中安装有第一传感器，所述第一传感器用于检测所述罐体内的压强，所述第一传感器的输出端与控制芯片的第一输入端相连；在所述罐体出口处还安装有泄爆装置，所述泄爆装置包括第一爆破片及第二爆破片，所述第一爆破片的爆破压强差为P3,所述第二爆破片的爆破压强差为P4；在所述第一爆破片及第二爆破片之间安装有第二传感器，所述第二传感器用于检测所述第一爆破片及第二爆破片形成的腔室之间的压强，所述第二传感器的输出端与所述控制芯片的第二输入端相连；所述控制芯片通过所述第一传感器及所述第二传感器测的压强来控制加气管是否向腔室及罐体加气。
本发明公开了一种易于控制系统的方法包括如下步骤：
步骤1，向罐体充气，使得所述罐体压强为a×P，所述a是罐体压强调节系数，其中，a为不大于1的正数；所述P为罐体实验规定所需的压强；向腔室充气，使得所述腔室压强为b×P，所述b是腔室压强调节系数；
步骤2，根据罐体压强及腔室压强判断加气过程中第一爆破片或第二爆破片是否破裂；满足循环步骤1及步骤2；不满足，则更换泄爆装置；
步骤3，向罐体充气，直至罐体压强等于实验规定所需的压强时，停止向罐体充气。
通过逐步向罐体及腔室充气增压，使得腔室及罐体安全可靠，第一爆破片及第二爆破片不易破裂。
在本发明的一种优选实施方式中，在步骤1之前还包括以下步骤：
步骤1.1，根据罐体压强及腔室压强判断初始时第一爆破片或第二爆破片是否破裂；
步骤1.2，如果第一爆破片或第二爆破片破裂，则执行步骤1.3；如果第一爆破片和第二爆破片都没破裂，则执行步骤1；
步骤1.3，更换泄爆装置；返回步骤1.1；
在本发明的一种优选实施方式中，所述初始时判断第一爆破片或第二爆破片是否破裂的方法为：第一表达式为：(P1-Pm)>P4>(P1-P2)>0且P3>(P2-Pm)>0；所述P1为罐体初始时的压强，所述P2为腔室初始时的压强，所述P3为第一爆破片的爆破压强，所述P4为第二爆破片的爆破压强，所述Pm为大气压强，满足第一表达式，则没有破裂，不满足第一表达式，有破裂。
本发明的一种优选实施方式中，所述b为不大于a的正数。
保证罐体压强不小于腔室压强。
本发明的一种优选实施方式中，所述a＝b。
本发明的更加优选实施方式中，所述P4>P3。
本发明的一种优选实施方式中，还包括步骤七，向腔室充气，当腔室压强大于P3+Pm时，所述Pm为大气压强，第一爆破片破裂，继而第二爆破片也跟着破裂。
腔室只需要充入很少的气体，泄爆装置中的第一爆破片首先破裂，第二爆破片也跟着破裂，罐体中的气体瞬间释放出来。
本发明的一种优选实施方式中，还包括步骤七，对腔室抽气，当腔室压强小于P-P4时，第二爆破片破裂，继而第一爆破片也跟着破裂。
腔室只需要放出很少的气体，泄爆装置中的第一爆破片首先破裂，第二爆破片也跟着破裂，罐体中的气体瞬间释放出来。
本发明的一种优选实施方式中，所述根据罐体压强及腔室压强判断加气过程中第一爆破片或第二爆破片是否破裂的方法为：第二表达式为：
(a×P-Pm)>P4>(a×P-b×P)>0且P3>(b×P-Pm)>0；所述a×P为加气过程中罐体中的压强，所述b×P为加气过程中腔室的压强，所述P3为第一爆破片的爆破压强，所述P4为第二爆破片的爆破压强，所述Pm为大气压强，满足第二表达式，则没有破裂，不满足第二表达式，有破裂。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：通过逐步向罐体及腔室充气，当罐体内压强到达规定的压强时，停止向罐体充气，安全可靠；并且通过向腔室充气增压/抽气减压不很多的情况下，爆破片破裂放出罐体中的气体，模拟煤与瓦斯爆破造成的损害，而且更加的易于控制爆破时间，使爆破试验具有可控制性，更加安全可靠。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的具体流程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
如图1所示，本发明公开了一种易于控制调压系统，包括罐体3及在罐体3中安装有第一传感器(图中未示出)，第一传感器用于检测罐体3内的压强，第一传感器的输出端与控制芯片(图中未示出)的第一输入端相连；在罐体3出口处还安装有泄爆装置，泄爆装置包括第一爆破片1及第二爆破片2，第一爆破片1的爆破压强差为P3,第二爆破片2的爆破压强差为P4；在第一爆破片2及第二爆破片2之间安装有第二传感器(图中未示出)，第二传感器用于检测第一爆破片及第二爆破片形成的腔室4之间的压强，第二传感器的输出端与控制芯片的第二输入端相连；控制芯片通过第一传感器及第二传感器测的压强来控制加气管(图中未示出)是否向腔室及罐体加气。
需要注意的，加气管应该为独立的两个加气管，各自与罐体及腔室相连。控制芯片采用本领域通用的技术手段实现向腔室及罐体充气，在此不作赘述。
本发明公开了一种易于控制调压系统的方法，包括如下步骤：
本发明公开了一种用于煤与瓦斯突出实验的气体调压系统的方法，包括如下步骤：
步骤1，向罐体充气，使得所述罐体压强为a×P，所述a是罐体压强调节系数，其中，a为不大于1的正数；所述P为罐体实验规定所需的压强；向腔室充气，使得所述腔室压强为b×P，所述b是腔室压强调节系数；在本实施方式中，b为不大于a的正数。在本发明更加优选的实施方式中，a取0.8。
步骤2，根据罐体压强及腔室压强判断加气过程中第一爆破片或第二爆破片是否破裂；满足循环步骤1及步骤2；不满足，则更换泄爆装置；在本实施方式中，也可以更换坏掉的爆破片，更加方便快捷。
步骤3，向罐体充气，直至罐体压强等于实验规定所需的压强时，停止向罐体充气。
需要注意的，加气管向罐体或腔室加气增压时，可以先向罐体加气，再向腔室加气，也可以是先向腔室加气，再向罐体加气，还可以是同时向罐体及腔室加气，加气顺序可以多种的。
在本发明的一种优选实施方式中，在步骤1之前还包括以下步骤：
步骤1.1，根据罐体压强及腔室压强判断初始时第一爆破片或第二爆破片是否破裂；
步骤1.2，如果第一爆破片或第二爆破片破裂，则执行步骤1.3；如果第一爆破片和第二爆破片都没破裂，则执行步骤1；
步骤1.3，更换泄爆装置；返回步骤1.1；
在本实施方式更加优选方式中，所述初始时判断第一爆破片或第二爆破片是否破裂的方法为：第一表达式为：(P1-Pm)>P4>(P1-P2)>0且P3>(P2-Pm)>0；所述P1为罐体初始时的压强，所述P2为腔室初始时的压强，所述P3为第一爆破片的爆破压强，所述P4为第二爆破片的爆破压强，所述Pm为大气压强，满足第一表达式，则没有破裂，不满足第一表达式，有破裂。
需要注意，第一爆破片压强差P3或第二爆破片压强差P4为爆破片本身固有性质，当爆破片一侧的压强与另一侧的压强差的大于爆破片压强差的时，爆破片破裂；在选取爆破片时，可以根据实际情况采用不同规格的爆破片。
在本发明的一种优选实施方式中，a＝b。
在本实施方式中，还包括步骤七，向腔室充气，当腔室压强大于P3+Pm时，所述Pm为大气压强，第一爆破片破裂，继而第二爆破片也跟着破裂。
在本实施方式的一种优选实施方式中，对腔室抽气，当腔室压强小于P-P4时，第二爆破片破裂，继而第一爆破片也跟着破裂。
在本实施方式中，所述根据罐体压强及腔室压强判断加气过程中第一爆破片或第二爆破片是否破裂的方法为：第二表达式为：
(a×P-Pm)>P4>(a×P-b×P)>0且P3>(b×P-Pm)>0；所述a×P为加气过程中罐体中的压强，所述b×P为加气过程中腔室的压强，所述P3为第一爆破片的爆破压强，所述P4为第二爆破片的爆破压强，所述Pm为大气压强，满足第二表达式，则没有破裂，不满足第二表达式，有破裂。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种用于煤与瓦斯突出实验的气体调压系统，其特征在于，包括罐体及在所述罐体中安装有第一传感器，所述第一传感器用于检测所述罐体内的压强，所述第一传感器的输出端与控制芯片的第一输入端相连；
在所述罐体出口处还安装有泄爆装置，所述泄爆装置包括第一爆破片及第二爆破片，所述第一爆破片的爆破压强差为P3,所述第二爆破片的爆破压强差为P4；在所述第一爆破片及第二爆破片之间安装有第二传感器，所述第二传感器用于检测所述第一爆破片及第二爆破片形成的腔室之间的压强，所述第二传感器的输出端与所述控制芯片的第二输入端相连；
所述控制芯片通过所述第一传感器及所述第二传感器测的压强来控制加气管是否向腔室及罐体加气。
2.一种权利要求1所述的用于煤与瓦斯突出实验的气体调压系统的调压方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，向罐体充气，使得所述罐体压强为a×P，所述a是罐体压强调节系数，其中，a为不大于1的正数；所述P为罐体实验规定所需的压强；向腔室充气，使得所述腔室压强为b×P，所述b是腔室压强调节系数；
步骤2，根据罐体压强及腔室压强判断加气过程中第一爆破片或第二爆破片是否破裂；满足循环步骤1及步骤2；不满足，则更换泄爆装置；
步骤3，向罐体充气，直至罐体压强等于实验规定所需的压强时，停止向罐体充气。
3.根据权利要求2所述的用于煤与瓦斯突出实验的气体调压系统的方法，其特征在于，在步骤1之前还包括以下步骤：
步骤1.1，根据罐体压强及腔室压强判断初始时第一爆破片或第二爆破片是否破裂；
步骤1.2，如果第一爆破片或第二爆破片破裂，则执行步骤1.3；如果第一爆破片和第二爆破片都没破裂，则执行步骤1；
步骤1.3，更换泄爆装置；返回步骤1.1。
4.根据权利要求3所述的用于煤与瓦斯突出实验的气体调压系统的方法，其特征在于，所述初始时判断第一爆破片或第二爆破片是否破裂的方法为：第一表达式为：(P1-Pm)>P4>(P1-P2)>0且P3>(P2-Pm)>0；所述P1为罐体初始时的压强，所述P2为腔室初始时的压强，所述P3为第一爆破片的爆破压强，所述P4为第二爆破片的爆破压强，所述Pm为大气压强，满足第一表达式，则没有破裂，不满足第一表达式，有破裂。
5.根据权利要求2所述的用于煤与瓦斯突出实验的气体调压系统的方法，其特征在于，所述b为不大于a的正数。
6.根据权利要求2所述的用于煤与瓦斯突出实验的气体调压系统的方法，其特征在于，所述a＝b。
7.根据权利要求2所述的用于煤与瓦斯突出实验的气体调压系统的方法，其特征在于，所述P4>P3。
8.根据权利要求2所述的用于煤与瓦斯突出实验的气体调压系统的方法，其特征在于，还包括步骤七，向腔室充气，当腔室压强大于P3+Pm时，所述Pm为大气压强，第一爆破片破裂，继而第二爆破片也跟着破裂。
9.根据权利要求2所述的用于煤与瓦斯突出实验的气体调压系统的方法，其特征在于，还包括步骤七，对腔室抽气，当腔室压强小于P-P4时，第二爆破片破裂，继而第一爆破片也跟着破裂。
10.根据权利要求2所述的用于煤与瓦斯突出实验的气体调压系统的方法，其特征在于，所述根据罐体压强及腔室压强判断加气过程中第一爆破片或第二爆破片是否破裂的方法为：第二表达式为：
(a×P-Pm)>P4>(a×P-b×P)>0且P3>b×(P-Pm)>0；所述a×P为加气过程中罐体中的压强，所述b×P为加气过程中腔室的压强，所述P3为第一爆破片的爆破压强，所述P4为第二爆破片的爆破压强，所述Pm为大气压强，满足第二表达式，则没有破裂，不满足第二表达式，有破裂。
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