CN106501463A - 一种煤与瓦斯突出冲击动力演化实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤与瓦斯突出冲击动力演化实验装置包括模拟突出动力系统，巷道模型系统，数据图像采集系统，其中巷道模型系统和数据图像采集系统均放置在实验装置支撑台上，模拟突出动力系统与巷道模型系统通过法兰连接，数据图像采集系统连接至巷道模型系统的数据图像采集口处，通过模拟突出动力系统诱导瓦斯‑煤粉两相流突出，进而利用数据图像采集系统实现对巷道模拟系统内两相流演化规律的监测，本发明设计新颖，通过监测抛出煤粉运移特征以及瓦斯气流流线，监测突出动力在不同分叉角度巷道中的冲击气流的速度变化，压力变化，实现对煤与瓦斯突出冲击动力演化特征模拟。
Description
技术领域
本发明属于实验室模拟煤与瓦斯突出，研究突出过程中煤与瓦斯两相流运动规律的突出动力演化实验装置。
背景技术
煤与瓦斯突出是煤矿生产中极为严重的灾害，突出产生的巨大动力能够摧毁井下设施、导致人员伤亡。由于煤与瓦斯突出过程动力演化现场实验难以开展，实验室研究煤与瓦斯突出突出的动力演化特征成为的重要手段；已有的煤与瓦斯突出模拟的实验装置巷道布置较为简单，未考虑巷道分叉角度变化对突出过程中动力衰减的影响，且缺少对突出过程中煤粉与瓦斯气流相互作用实验参数的监测，而煤粉与瓦斯相互作用是煤与瓦斯突出动力衰减的重要参数，因此为了更好的研究煤与瓦斯突出冲击动力演化过程，有必要对已有的实验装置进行改进。煤与瓦斯突出动力演化实验装置操作较为简单快捷，产生的数据及图像均由计算机系统处理，可以测试突出动力在不同分叉角度巷道传播过程中的速度变化，压力变化和流型，实现煤粉抛出过程监测及不同类型巷道中冲击气流衰减规律测试，揭示突出过后煤与瓦斯两相流的运动规律，研究突出后动力演化特征。
发明内容
本发明为了深入研究煤与瓦斯突出后的动力效应，深入分析突出后煤粉瓦斯两相流的运动规律，提供了一种煤与瓦斯突出冲击动力演化实验装置，该实验装置通过监测突出煤粉与瓦斯气流的运移特征，测试不同分叉角度巷道冲击波压力，实现模拟多种情况下的煤与瓦斯突出冲击动力演化特征。
本发明采用如下技术方案：一种煤与瓦斯突出冲击动力演化实验装置，包括模拟突出动力系统，巷道模型系统，数据图像采集系统，实验装置支撑台，其中模拟突出动力系统，巷道模型系统和数据图像采集系统均放置在实验装置支撑台上，模拟突出动力系统与巷道模型系统通过法兰连接，数据图像采集系统连接至巷道模型系统的数据图像采集口处。
所述的模拟突出动力系统包括模拟突出动力室，阀门，压力表，真空表，充气口，模拟突出动力室为不锈钢制成的圆柱形腔体，耐压强度为5MPa，密封性极好，模拟突出动力室的左端开有充气口，模拟突出动力室上端装有压力表和真空表，实验过程中通过充气口可往模拟突出动力室充入一定浓度的瓦斯气体。
所述的阀门安装在模拟突出动力室的右端，在煤与瓦斯突出实验准备过程中，打开阀门，可往模拟突出动力室装入实验所需煤粉，煤粉充装完成后，关闭阀门，在实验进行过程中，可旋转打开诱发突出。
所述的巷道模型系统包括四通管，模拟掘进工作面直巷，模拟上分叉巷，模拟中分叉巷，模拟下分叉巷，法兰，数据图像采集口，其中模拟掘进工作面直巷，模拟上分叉巷，模拟中分叉巷和模拟下分叉巷上均开有三个数据图像采集口，且模拟掘进工作面直巷的长度为90cm，直径为10mm，它的左端口通过法兰和模拟突出动力室的右端口连接，模拟掘进工作面直巷的右端口通过法兰连接在四通管的左端口，模拟上分叉巷的长度为359.5cm，直径为10mm，它的下端口通过法兰连接在四通管的上端口，模拟中分叉巷的长度为194.5cm，直径为10mm，它的左端口通过法兰连接在四通管的中端口，模拟下分叉巷的长度为219.5cm，直径为10mm，它的上端口通过法兰连接在四通管的下端口，且模拟上分叉巷与模拟中分叉巷的夹角逆时针方向60°，模拟下分叉巷与模拟中分叉巷的夹角顺时针方向30°。
所述的数据图像采集系统包括纹影仪，高速摄像机，采集线，数据采集器，计算机系统，速度传感器，压力传感器，其中纹影仪一台，用来观测流场特征，高速摄像机一台，用来观测图像特征，纹影仪和高速摄像机均为移动使用，可以根据实验需要放置在不同的数据图像采集口处观测。
所述的速度传感器采用国际标准信号0～5V输出，测速范围为0～500m/s，频率为1000kHz，准确度等级为0.5级，共有九个，速度传感器的一端安装在数据图像采集口处，另一端通过采集线连接至数据采集器处，且数据采集器通过采集线连接至计算机系统内。
所述的压力传感器采用国际标准信号0～5V输出，测压范围为0～1.0MPa，频率为1000kHz，准确度等级为0.5级，共有九个，压力传感器的一端安装在数据图像采集口处，另一端通过采集线连接至数据采集器处，且数据采集器通过采集线连接至计算机系统内。
所述的数据采集器的采集频率达1000kHz，兼备了数据采集、记录和控制器的功能，支持所有的通用类型测量，4-20mA电流输出。
所述的实验装置支撑台包括左侧支撑台，右侧支撑台，连接管，可伸缩支架，其中左侧支撑台和右侧支撑台通过连接管连接，左侧支撑台为实体结构，下端放置在地面上，右侧支撑台的下端通过可伸缩支架固定在地面上，可伸缩支架设计为可伸缩结构，可伸缩支架的伸缩可调整右侧支撑台的角度。
附图说明
图1是本发明整体实验装置示意图
图2是本发明模拟突出动力系统示意图
图3是本发明巷道模型系统示意图
图4是本发明数据图像采集系统示意图
图5是本发明高速摄像机示意图
图6是本发明实验装置支撑台示意图
具体实施方式
如图1～图6所示，本发明为一种煤与瓦斯突出冲击动力演化实验装置，由模拟突出动力系统1，巷道模型系统2，数据图像采集系统3，实验装置支撑台4，其中模拟突出动力系统1，巷道模型系统2和数据图像采集系统3均放置在实验装置支撑台4上，模拟突出动力系统1与巷道模型系统2通过法兰2061连接，数据图像采集系统3连接至巷道模型系统2上的数据图像采集口207处；模拟突出动力系统1包括模拟突出动力室101，阀门102，压力表103，真空表104，充气口105组成，模拟突出动力室101为不锈钢制成的圆柱形腔体，耐压强度为5MPa，密封性极好，模拟突出动力室101的左端开有充气口105，模拟突出动力室101上端装有压力表103和真空表104，模拟突出动力室101的右端装有阀门102，阀门102打开可诱导气体突出，同时阀门102是实验所需煤粉的充装口，实验过程中，模拟突出动力室101可通过充气口105充入实验所需的瓦斯气体；巷道模型系统2由四通管201，模拟掘进工作面直巷202，模拟上分叉巷203，模拟中分叉巷204，模拟下分叉巷205，法兰2061，2062，2063，2064，2065，数据图像采集口207组成，其中模拟掘进工作面直巷202，模拟上分叉巷203，模拟中分叉巷204和模拟下分叉巷205上均开有三个数据图像采集口207，且模拟掘进工作面直巷202的长度为90cm，直径为10mm，它的左端口通过法兰2061和模拟突出动力室102的右端口连接，模拟掘进工作面直巷202的右端口通过法兰2062连接在四通管201的左端口，模拟上分叉巷203的长度为359.5cm，直径为10mm，它的下端口通过法兰2063连接在四通管201的上端口，模拟中分叉巷204的长度为194.5cm，直径为10mm，它的左端口通过法兰2064连接在四通管201的中端口，模拟下分叉巷205的长度为219.5cm，直径为10mm，它的上端口通过法兰2065连接在四通管201的下端口，且模拟上分叉巷203与模拟中分叉巷204的夹角逆时针方向60°，模拟下分叉巷205与模拟中分叉巷204的夹角顺时针方向30°；数据图像采集系统3包括纹影仪，高速摄像机301，采集线302，数据采集器303，计算机系统304，速度传感器，压力传感器，其中纹影仪一台，用来观测流场特征，高速摄像机301一台，用来观测图像特征，纹影仪和高速摄像机301为移动使用，可以根据实验需要放置在不同的数据图像采集口207处观测，速度传感器和压力传感器均有九个，分别安装在九个数据图像采集口处，并通过采集线302连接至数据采集器303处，且数据采集器303通过采集线302连接至计算机系统304内，速度传感器采用国际标准信号0～5V输出，测速范围为0～500m/s，频率为1000kHz，准确度等级为0.5级，压力传感器采用国际标准信号0～5V输出，测压范围为0～1.0MPa，频率为1000kHz，准确度等级为0.5级，数据采集器303的采集频率达1000kHz，兼备了数据采集、记录和控制器的功能，支持所有的通用类型测量，4-20mA电流输出；实验装置支撑台4包括左侧支撑台401，右侧支撑台402，连接管403，可伸缩支架404，其中左侧支撑台401和右侧支撑台402通过连接管403连接，左侧支撑台401为实体结构，下端放置在地面上，右侧支撑台402的下端通过可伸缩支架404固定在地面上，可伸缩支架404设计为可伸缩结构，可伸缩支架404的伸缩可调整右侧支撑台402的角度。
下面介绍本发明的一种煤与瓦斯突出冲击动力演化实验装置的原理：
一种煤与瓦斯突出冲击动力演化实验装置核心在于巷道模型可调整带来的多样性与数据图像采集系统的实时性高效性的有机结合。实验装置组装完成后，巷道模型固定在可调整角度式支撑台上，在模拟突出动力室准备阶段，首先打开模拟突出动力室右端的阀门，装入实验所需煤粉，煤粉充装完成后，关闭阀门，然后打开模拟突出动力室左端的充气口充入实验所需的瓦斯气体，充气完成后，关闭充气口；在实验进行过程中，打开模拟突出动力室右端的阀门诱导瓦斯-煤粉两相流突出。通过监测抛出煤粉运移特征以及瓦斯气流流线，监测突出动力在不同分叉角度巷道中的冲击气流的速度变化，压力变化，实现对煤与瓦斯突出冲击动力演化特征模拟。
Claims (9)
1.一种煤与瓦斯突出冲击动力演化实验装置，包括模拟突出动力系统，巷道模型系统，数据图像采集系统，实验装置支撑台，其中模拟突出动力系统，巷道模型系统和数据图像采集系统均放置在实验装置支撑台上，模拟突出动力系统与巷道模型系统通过法兰连接，数据图像采集系统连接至巷道模型系统的数据图像采集口处。
2.根据权利要求1所述的所述的一种煤与瓦斯突出冲击动力演化实验装置，其特征在于：所述的模拟突出动力系统包括模拟突出动力室，阀门，压力表，真空表，充气口，模拟突出动力室为不锈钢制成的圆柱形腔体，耐压强度为5MPa，密封性极好，模拟突出动力室的左端开有充气口，模拟突出动力室上端装有压力表和真空表，实验过程中通过充气口可往模拟突出动力室充入一定浓度的瓦斯气体。
3.根据权利要求2所述的所述的一种煤与瓦斯突出冲击动力演化实验装置，其特征在于：所述的阀门安装在模拟突出动力室的右端，在煤与瓦斯突出实验准备过程中，打开阀门，可往模拟突出动力室装入实验所需煤粉，煤粉充装完成后，关闭阀门，在实验进行过程中，可旋转打开诱发突出。
4.根据权利要求1所述的所述的一种煤与瓦斯突出冲击动力演化实验装置，其特征在于：所述的巷道模型系统包括四通管，模拟掘进工作面直巷，模拟上分叉巷，模拟中分叉巷，模拟下分叉巷，法兰，数据图像采集口，其中模拟掘进工作面直巷，模拟上分叉巷，模拟中分叉巷和模拟下分叉巷上均开有三个数据图像采集口，且模拟掘进工作面直巷的长度为90cm，直径为10mm，它的左端口通过法兰和模拟突出动力室的右端口连接，模拟掘进工作面直巷的右端口通过法兰连接在四通管的左端口，模拟上分叉巷的长度为359.5cm，直径为10mm，它的下端口通过法兰连接在四通管的上端口，模拟中分叉巷的长度为194.5cm，直径为10mm，它的左端口通过法兰连接在四通管的中端口，模拟下分叉巷的长度为219.5cm，直径为10mm，它的上端口通过法兰连接在四通管的下端口，且模拟上分叉巷与模拟中分叉巷的夹角逆时针方向60°，模拟下分叉巷与模拟中分叉巷的夹角顺时针方向30°。
5.根据权利要求1所述的一种煤与瓦斯突出冲击动力演化实验装置，其特征在于：所述的数据图像采集系统包括纹影仪，高速摄像机，采集线，数据采集器，计算机系统，速度传感器，压力传感器，其中纹影仪一台，用来观测流场特征，高速摄像机一台，用来观测图像特征，纹影仪和高速摄像机均为移动使用，可以根据实验需要放置在不同的数据图像采集口处观测。
6.根据权利要求4所述的一种煤与瓦斯突出冲击动力演化实验装置，其特征在于：所述的速度传感器采用国际标准信号0～5V输出，测速范围为0～500m/s，频率为1000kHz，准确度等级为0.5级，共有九个，速度传感器的一端安装在数据图像采集口处，另一端通过采集线连接至数据采集器处，且数据采集器通过采集线连接至计算机系统内。
7.根据权利要求4所述的一种煤与瓦斯突出冲击动力演化实验装置，其特征在于：所述的压力传感器采用国际标准信号0～5V输出，测压范围为0～1.0MPa，频率为1000kHz，准确度等级为0.5级，共有九个，压力传感器的一端安装在数据图像采集口处，另一端通过采集线连接至数据采集器处，且数据采集器通过采集线连接至计算机系统内。
8.根据权利要求4所述的一种煤与瓦斯突出冲击动力演化实验装置，其特征在于：所述的数据采集器的采集频率达1000kHz，兼备了数据采集、记录和控制器的功能，支持所有的通用类型测量，4-20mA电流输出。
9.根据权利要求1所述的一种煤与瓦斯突出冲击动力演化实验装置，其特征在于：所述的实验装置支撑台包括左侧支撑台，右侧支撑台，连接管，可伸缩支架，其中左侧支撑台和右侧支撑台通过连接管连接，左侧支撑台为实体结构，下端放置在地面上，右侧支撑台的下端通过可伸缩支架固定在地面上，可伸缩支架设计为可伸缩结构，可伸缩支架的伸缩可调整右侧支撑台的角度。
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