CN104502565B - 二维固热气三场耦合物理相似模拟实验台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种二维固热气三场耦合物理相似模拟实验台，可测定在煤层开采过程中，煤层上覆岩层应力及卸压瓦斯渗流速度随采动的变化规律，还可测定瓦斯渗流过程对煤岩体温度的影响，同时可研究改变煤岩体中恒温硅碳加热棒的温度对其中卸压瓦斯渗流速度的影响，同时可以通过挖煤装置模拟不同的挖煤顺序，挖煤速率，挖煤角度，省时省力。
Description
技术领域
本发明涉一种模拟实验台，具体涉及一种二维固热气三场耦合物理相似模拟实验台。
背景技术
物理模拟实验是研究矿山压力、瓦斯运移的一种有效手段，是基于相似理论、因次分析法，选用脆性相似材料制作模型的实验室研究方法，广泛应用于水利、采矿、地质等部门。目前，采矿行业大多数的物理模拟实验主要涉及采场、井巷等岩体力学研究范畴，均是研究具有脆性多结构特性的岩体受力后产生弹塑性变形、位移、破碎以及岩块的垮落、压实等现象的。对于固热气耦合作用的研究也主要集中在理论分析和数值模拟方面等。对于固热气耦合在实验室开展物理相似模拟实验的较少。本专利涉及的二维固热气耦合物理模拟实台主要是针对这一课题研发的。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种二维固热气三场耦合物理相似模拟实验台，可测定在煤层开采过程中，煤层上覆岩层应力及卸压瓦斯渗流速度随采动的变化规律，还可测定瓦斯渗流过程对煤岩体温度的影响，同时可研究改变煤岩体中恒温硅碳加热棒的温度对其中卸压瓦斯渗流速度的影响。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
二维固热气三场耦合物理相似模拟实验台，包括箱体和电阻丝，所述箱体的外壁上焊接有瓷片，所述瓷上设有若干通孔，所述电阻丝穿过所述通孔均匀缠绕在箱体上，所述电阻丝采用Y型连接方式；所述箱体内设有开采煤层和岩层，所述开采煤层下方设有应力传感器，所述应力传感器通过电源线连接有108路应力采集仪和计算机；所述箱体的前壁胶接有两支架，上侧的支架上设有若干滑槽，所述滑槽内滑动连接有活动门，所述箱体上设有采煤口，所述采煤口的位置分别与所述活动门和所述开采煤层相对应，所述两支架一端连接有一空腔立方体，所述空腔立方体一端连接有液压装置，所述液压装置上连接有若干伸缩棒，所述伸缩棒一端通过万向节连接有铲子，所述万向节上连接有一转轴，所述转轴一端连接有电机，所述电机通过支架焊接在所述伸缩棒上，所述空腔立方体下端设有一开口，所述开口下方螺纹连接有集煤罐；所述箱体外设有三通、测气孔、皂泡流量计，所述三通一端连接有气囊、空气压缩机和压力表，所述空气压缩机通过储气罐与所述测气孔连接；还包括充气系统、应力采集系统、渗透速度测试系统，所述充气系统包括所述空气压缩机、所述储气罐、阀门和所述压力表，所述空气压缩机和所述储气罐通过导气管相连，所述阀门设置在所述空气压缩机的出口；所述应力采集系统包括依次相连的所述应力传感器、所述108路应力采集仪和所述计算机；所述渗透速度测试系统包括所述空气压缩机、所述阀门、所述压力表、所述储气罐、所述导气管和所述皂泡流量计。
其中，所述压力表安装在所述储气罐上。
其中，所述活动门与所述滑槽的连接处设有密封条。
其中，所述箱体内设有温度传感器，所述温度传感器通过电源线连接有温度显示屏，所述温度显示屏为触摸屏。
其中，所述电阻丝与所述温度显示屏相连，所述温度显示屏上设有若干控制开关。
其中，所述液压装置上设有控制所述伸缩棒的开关。
其中，所述液压装置还设有控制所述电机的控制开关。
其中，还包括一供电装置，所述供电装置包括蓄电池、电池盒和若干供电口，所述电池盒上设有太阳能接收板，所述太阳能接收板外包裹有防爆玻璃外壳，所述太阳能接收板通过电源线与所述蓄电池相连，所述蓄电池通过电源线与所述若干供电口相连，所述若干供电口位于所述电池盒的外壁上。
本发明具有以下有益效果：
可测定在煤层开采过程中，煤层上覆岩层应力及卸压瓦斯渗流速度随采动的变化规律，还可测定瓦斯渗流过程对煤岩体温度的影响，同时可研究改变煤岩体中恒温硅碳加热棒的温度对其中卸压瓦斯渗流速度的影响，同时可以通过挖煤装置模拟不同的挖煤顺序，挖煤速率，挖煤角度，省时省力。
附图说明
图1为本发明实施例二维固热气三场耦合物理相似模拟实验台的结构示意图。
图2为图1中箱体正面的结构示意图。
图3为本发明实施例二维固热气三场耦合物理相似模拟实验台的局部结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1-3所示，本发明实施例提供了一种二维固热气三场耦合物理相似模拟实验台，包括箱体1和电阻丝9，所述箱体1的外壁上焊接有瓷片7，所述瓷片7上设有若干通孔8，所述电阻丝9穿过所述通孔8均匀缠绕在箱体1上，所述电阻丝9采用Y型连接方式；所述箱体1内设有开采煤层10和岩层12，所述开采煤层10下方设有应力传感器23，所述应力传感器23通过电源线连接有108路应力采集仪13和计算机14；所述箱体1的前壁胶接有两支架16，上侧的支架16上设有若干滑槽，所述滑槽内滑动连接有活动门15，所述箱体1上设有采煤口，所述采煤口的位置分别与所述活动门和所述开采煤层10相对应，所述两支架16一端连接有一空腔立方体，所述空腔立方体一端连接有液压装置19，所述液压装置19上连接有若干伸缩棒20，所述伸缩棒20一端通过万向节21连接有铲子22，所述万向节21上连接有一转轴，所述转轴一端连接有电机，所述电机通过支架焊接在所述伸缩棒20上，所述空腔立方体下端设有一开口17，所述开口17下方螺纹连接有集煤罐18；所述箱体1外设有三通、测气孔11、皂泡流量计24，所述三通一端连接有气囊、空气压缩机2和压力表4，所述空气压缩机2通过储气罐5与所述测气孔11连接；还包括充气系统、应力采集系统、渗透速度测试系统，所述充气系统包括所述空气压缩机2、所述储气罐5、阀门3和所述压力表4，所述空气压缩机2和所述储气罐5通过导气管6相连，所述阀门3设置在所述空气压缩机2的出口；所述应力采集系统包括依次相连的所述应力传感器23、所述108路应力采集仪13和所述计算机14；所述渗透速度测试系统包括所述空气压缩机2、所述阀门3、所述压力表4、所述储气罐5、所述导气管6和所述皂泡流量计24。
所述压力表4安装在所述储气罐5上。
所述活动门15与所述滑槽的连接处设有密封条。
所述箱体1内设有温度传感器，所述温度传感器通过电源线连接有温度显示屏25，所述温度显示屏25为触摸屏。
所述电阻丝与所述温度显示屏25相连，所述温度显示屏25上设有若干控制开关。
所述液压装置19上设有控制所述伸缩棒20的开关。
所述液压装置19还设有控制所述电机的控制开关。
还包括一供电装置，所述供电装置包括蓄电池、电池盒和若干供电口，所述电池盒上设有太阳能接收板，所述太阳能接收板外包裹有防爆玻璃外壳，所述太阳能接收板通过电源线与所述蓄电池相连，所述蓄电池通过电源线与所述若干供电口相连，所述若干供电口位于所述电池盒的外壁上。
其中，所述液压装置上设有PLC控制器，所述PLC控制器通过电源线与所述液压装置和电机相连。
本具体实施，实验开始前，将实验所需的相似模型按实验设计要求装入实验箱体1中，包括开采煤层10及岩层12，待模型晾干后，将空气压缩机2、储气罐5、测气孔11、皂泡流量计24用导气管6连接，并用导线将电阻丝与供电装置及温度显示屏25相连接，测试煤岩层中温度变化及温度变化对其中瓦斯渗流速度的影响，通过瓷片7将电阻丝9绕在箱体1的外壁上，这样可以避免各电阻丝9相接触，从而发生短路的现象；瓷片7不会影响电阻丝9发热热传导，使用方便可靠，同时受热均匀，提高了测试的精确度，然后，通过电源线将应力传感器23、108路应力采集仪13和计算机14连接起来，用以测试实验过程中岩层的应力变化，即可开始实验。实验过程中，通过箱体1上的活动门开采煤层10，通过液压装置19控制伸缩棒20伸缩，通过电机控制万向节转动，从而带动铲子22挖煤，同时通过开口17下方螺纹连接有集煤罐18收集采集下来的煤，由于，活动门15与伸缩棒20的数量均为多个，所以可以根据需要选择先从那个方向开始挖煤，也可以根据需要选择铲子22挖煤的角度，从而测试不同的挖煤顺序，挖煤速率，挖煤角度对煤层上覆岩层应力的影响，省时省力，随工作面推进过程，对岩层应力变化、卸压瓦斯渗流速度及煤岩体温度变化进行测试。然后，将所得结果进行分析总结，从而研究采动过程中的热固气耦合规律。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.二维固热气三场耦合物理相似模拟实验台，其特征在于，包括箱体(1)和电阻丝(9)，所述箱体(1)的外壁上焊接有瓷片(7)，所述瓷片(7)上设有若干通孔(8)，所述电阻丝(9)穿过所述通孔(8)均匀缠绕在箱体(1)上，所述电阻丝(9)采用Y型连接方式；所述箱体(1)内设有开采煤层(10)和岩层(12)，所述开采煤层(10)下方设有应力传感器(23)，所述应力传感器(23)通过电源线连接有108路应力采集仪(13)和计算机(14)；所述箱体(1)的前壁胶接有两支架(16)，上侧的支架(16)上设有若干滑槽，所述滑槽内滑动连接有活动门(15)，所述箱体(1)上设有采煤口，所述采煤口的位置分别与所述活动门和所述开采煤层(10)相对应，所述两支架(16)一端连接有一空腔立方体，所述空腔立方体一端连接有液压装置(19)，所述液压装置(19)上连接有若干伸缩棒(20)，所述伸缩棒(20)一端通过万向节(21)连接有铲子(22)，所述万向节(21)上连接有一转轴，所述转轴一端连接有电机，所述电机通过支架焊接在所述伸缩棒(20)上，所述空腔立方体下端设有一开口(17)，所述开口(17)下方螺纹连接有集煤罐(18)；所述箱体(1)外设有三通、测气孔(11)、皂泡流量计(24)，所述三通一端连接有气囊、空气压缩机(2)和压力表(4)，所述空气压缩机(2)通过储气罐(5)与所述测气孔(11)连接；还包括充气系统、应力采集系统、渗透速度测试系统，所述充气系统包括所述空气压缩机(2)、所述储气罐(5)、阀门(3)和所述压力表(4)，所述空气压缩机(2)和所述储气罐(5)通过导气管(6)相连，所述阀门(3)设置在所述空气压缩机(2)的出口；所述应力采集系统包括依次相连的所述应力传感器(23)、所述108路应力采集仪(13)和所述计算机(14)；所述渗透速度测试系统包括所述空气压缩机(2)、所述阀门(3)、所述压力表(4)、所述储气罐(5)、所述导气管(6)和所述皂泡流量计(24)。
2.根据权利要求1所述的二维固热气三场耦合物理相似模拟实验台，其特征在于，所述压力表(4)安装在所述储气罐(5)上。
3.根据权利要求1所述的二维固热气三场耦合物理相似模拟实验台，其特征在于，所述活动门(15)与所述滑槽的连接处设有密封条。
4.根据权利要求1所述的二维固热气三场耦合物理相似模拟实验台，其特征在于，所述箱体(1)内设有温度传感器，所述温度传感器通过电源线连接有温度显示屏(25)，温度显示屏(25)为触摸屏，温度显示屏(25)与电阻丝相连，温度显示屏(25)上设有若干控制开关。
5.根据权利要求1所述的二维固热气三场耦合物理相似模拟实验台，其特征在于，所述液压装置(19)上设有控制所述伸缩棒(20)的开关。
6.根据权利要求1所述的二维固热气三场耦合物理相似模拟实验台，其特征在于，所述液压装置(19)还设有控制所述电机的控制开关。
7.根据权利要求1所述的二维固热气三场耦合物理相似模拟实验台，其特征在于，还包括一供电装置，所述供电装置包括蓄电池、电池盒和若干供电口，所述电池盒上设有太阳能接收板，所述太阳能接收板外包裹有防爆玻璃外壳，所述太阳能接收板通过电源线与所述蓄电池相连，所述蓄电池通过电源线与所述若干供电口相连，所述若干供电口位于所述电池盒的外壁上。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20161207 Address after: Wujiang District of Suzhou City, Jiangsu province 215228 Shengze Dongsheng Town Street No. 1-153 Patentee after: Suzhou Fengru Software Co., Ltd. Address before: Ruian City, Wenzhou City, Zhejiang province 325213 Lin Xi Xiang Mei an Cun Patentee before: Ma Xinzu |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160406 Termination date: 20201231 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |