CN107589234A - 煤与瓦斯突出模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种煤与瓦斯突出模拟装置，包括外壳体以及套设在外壳体内的内壳体，外壳体包括箱体本体，箱体本体的上方具有端盖；箱体本体包括底壁以及设置在底壁边上的四个侧壁，底壁和侧壁一体成型；端盖与箱体本体之间还设有密封件；内壳体为柔性壳体，外壳体和内壳体之间设有至少一个加载板，加载板连接有液压加载装置。本发明提供的煤与瓦斯突出模拟装置，通过将模拟装置的外壳体设置为一体式的箱体本体和端盖，箱体本体和端盖之间设有密封件并通过紧固件将二者连接固定，从而避免了内部气体的泄漏，使得试验的结果更加精确。

Description

煤与瓦斯突出模拟装置

技术领域

本发明涉及矿业工程技术，尤其涉及一种煤与瓦斯突出模拟装置。

背景技术

煤与瓦斯突出是煤矿井下采掘活动过程中发生的一种伴有声响和猛烈力能效应的煤与瓦斯的灾害性动力现象，它能在很短的时间内，突然从采掘空间附近的煤岩体中喷出大量的煤、瓦斯或岩石，在煤体中形成某种特殊形状的孔洞。随着我国煤矿资源开采逐渐向深部发展，煤与瓦斯突出的发生频次越来越多，其危害性也愈加增大，对煤矿安全生产造成极大的危害。煤与瓦斯突出是煤矿井下生产的一种强大的自然灾害，严重威胁着煤矿的安全生产，其影响因素包括地应力、瓦斯压力和煤的物理力学性质，但各因素在煤与瓦斯突出过程中的作用机制目前尚处于研究阶段，需要通过实验室仿真模拟来研究各影响因素的作用机制。

现有技术下，实验室模拟主要采用气-固耦合相似物理模型进行试验。模拟装置具体包括模型壳体，模型壳体包括外壳体和内壳体，内壳体内用于填充瓦斯气体和煤炭，外壳体用于为内壳体提供密封环境。外壳体一般通过多块板材拼接形成，在板材与板材的接缝处填充密封胶，以使其密封。外壳体与内壳体之间设有可移动的加压板，用于对内壳体施加压力。液压加载装置连接加压板，并驱动加压板移动，从而模拟煤与瓦斯突出的过程。

但是，现有技术中的模拟装置其外壳体之间采用密封胶拼接形成，密封胶易受外界温度、压力以及模拟过程中内壳体和外壳体之间的反作用力等的影响而产生开裂，从而导致模拟装置发生漏气，影响试验结果。

发明内容

为了克服现有技术下的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种煤与瓦斯突出模拟装置，本发明提升了模拟装置的密封性，使得模拟结果更加精确。

本发明提供一种煤与瓦斯突出模拟装置，包括外壳体以及套设在所述外壳体内的内壳体，所述外壳体包括箱体本体，所述箱体本体的上方具有开口部，所述开口部上设有端盖；所述箱体本体包括底壁以及设置在所述底壁边上的四个侧壁，所述底壁和侧壁一体成型，所述侧壁的上端设有若干固定孔，所述端盖上设有与所述固定孔相对应的通孔，紧固件穿过所述固定孔和所述通孔以将所述端盖和所述箱体本体固定；所述端盖与所述箱体本体之间还设有密封件；所述内壳体为柔性壳体，所述外壳体和内壳体之间设有至少一个加载板，所述加载板连接有液压加载装置，所述外壳体上设有加载口，所述液压加载装置穿过所述外壳体上的加载口与所述加载板固定连接。

如上所述的煤与瓦斯突出模拟装置，可选的，所述密封件为橡胶密封圈或铜垫圈。

如上所述的煤与瓦斯突出模拟装置，可选的，所述固定孔为螺栓孔，所述紧固件为紧固螺栓。

如上所述的煤与瓦斯突出模拟装置，可选的，所述内壳体为聚氨酯箱体。

如上所述的煤与瓦斯突出模拟装置，可选的，所述加载板的数量为三个，三个所述加载板的移动方向互相垂直。

如上所述的煤与瓦斯突出模拟装置，可选的，所述液压加载装置包括套筒，所述套筒的上端设有液压腔，所述套筒内设有与所述液压腔相连的活塞杆，所述活塞杆上设有用于驱动所述加载板的活塞；所述套筒的内侧壁设有若干环形凹槽，所述凹槽内设有密封环。

如上所述的煤与瓦斯突出模拟装置，可选的，所述环形凹槽的数量为两个，两个所述环形凹槽之间的间距小于所述活塞的长度。

如上所述的煤与瓦斯突出模拟装置，可选的，所述内壳体内设有传感器，所述传感器的引线穿过所述内壳体和外壳体后与处理器相连。

如上所述的煤与瓦斯突出模拟装置，可选的，还包括充气装置，所述充气装置的充气端连接所述内壳体的内部。

如上所述的煤与瓦斯突出模拟装置，可选的，所述外壳体上还设有开挖口。

本发明提供的煤与瓦斯突出模拟装置，通过将模拟装置的外壳体设置为一体式的箱体本体和端盖，箱体本体和端盖之间设有密封件并通过紧固件将二者连接固定，从而避免了内部气体的泄漏，使得试验的结果更加精确。本发明还通过在液压加载装置的套筒内设置密封环，有效的防止了气体从套筒与活塞之间的间隙处泄漏，进一步保证了试验结果的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例提供的煤与瓦斯突出模拟装置的结构简图；

图2为图1的内部结构简图；

图3为图1中液压加载装置的局部结构示意图。

附图标记：

1-外壳体；

11-箱体本体；

111-固定孔；

12-端盖；

121-通孔；

13-密封件；

14-加载口；

15-引线孔；

16-充气孔；

17-开挖口；

2-内壳体；

3-加载板；

4-液压加载装置；

41-套筒；

42-液压腔；

43-活塞；

44-密封环。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。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在本发明中的具体含义。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于方便描述不同的部件，而不能理解为指示或暗示顺序关系、相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

煤与瓦斯突山是煤矿井下采掘活动过程中发生的一种伴有声响和猛烈力能效应的煤与瓦斯的灾害性动力现象，它能在很短的时间内，突然从采掘空间附近的煤岩体中喷出大量的煤、瓦斯或岩石，在煤体中形成某种特殊形状的孔洞。随着我国煤矿资源开采逐渐向深部发展，煤与瓦斯突出的发生频次越来越多，其危害性也愈加增大，对煤矿安全生产造成极大的危害。煤与瓦斯突出是煤矿井下生产的一种强大的自然灾害，严重威胁着煤矿的安全生产，其影响因素包括地应力、瓦斯压力和煤的物理力学性质，但各因素在煤与瓦斯突出过程中的作用机制目前尚处于研究阶段。

目前，煤与瓦斯突出机理的方法主要有突出特征统计分析、现场试验及实验室模拟试验。由十突出是一种复杂的动力现象，其发生的突然性和危险性使得直接观察突出的发生与发展极为困难，因此实验室模拟试验是目前研究煤与瓦斯突出机理的最有效方法。通过构建煤与瓦斯突出相似材料模拟装置开展实验室模拟试验，可深入研究煤与瓦斯突出力学作用机理，为减少煤与瓦斯突出事故提供了重要手段。

现有技术下，实验室模拟主要采用气-固耦合相似物理模型试验。模拟装置具体包括模型壳体，模型壳体包括外壳体和内壳体，内壳体内用于填充瓦斯气体和煤炭，外壳体用于为内壳体提供密封环境。外壳体一般通过多块板材拼接形成，在板材与板材的接缝处填充密封胶，以使其密封。外壳体与内壳体之间设有可移动的加压板，用于对内壳体施加压力。液压加载装置连接加压板，并驱动加压板移动，从而模拟煤与瓦斯突出的过程。

但是，现有技术中的模拟装置其外壳体之间采用密封胶拼接形成，密封胶易受外界温度、压力以及模拟过程中内壳体和外壳体之间的反作用力等的影响而产生开裂，从而导致模拟装置发生漏气，影响试验结果。

此外，现有技术中往往忽视了对液压加载装置的密封，而气体往往会从液压加载装置的活塞和套筒之间的缝隙泄漏，这也进一步的影响了试验结果。

为了克服现有技术下的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种煤与瓦斯突出模拟装置，本发明提升了模拟装置的密封性，使得模拟结果更加精确。

下面将结合附图详细的对本发明的内容进行描述，以使本领域技术人员能够更加详细的了解本发明的内容。

图1为本发明一实施例提供的煤与瓦斯突出模拟装置的结构简图；图2为图1的内部结构简图；请参照图1-图2。本实施例提供一种煤与瓦斯突出模拟装置，包括外壳体1以及套设在外壳体1内的内壳体2，外壳体1包括箱体本体11，箱体本体11的上方具有开口部，开口部上设有端盖12；箱体本体11包括底壁以及设置在底壁边上的四个侧壁，底壁和侧壁一体成型，侧壁的上端设有若干固定孔111，端盖12上设有与固定孔

111相对应的通孔121，紧固件穿过固定孔111和通孔121以将端盖12和箱体本体11固定；端盖12与箱体本体11之间还设有密封件13；内壳体2为柔性壳体，外壳体1和内壳体2之间设有至少一个加载板3，加载板3连接有液压加载装置4，外壳体1上设有加载口14，液压加载装置4穿过外壳体1上的加载口14与加载板3固定连接。

具体的，本实施例中外壳体1和内壳体2的形状可以根据需要进行设计，其二者可以为外形相似的结构，也可以为不同的结构。例如，本实施例中的外壳体1和内壳体2均为方形箱体结构，内壳体2的体积小于外壳体1的体积，并套设在外壳体1内部。本实施例中内壳体2用于装载试验所用的煤与瓦斯的混合物体。内壳体2优选采用柔性材料制成，且可承受一定范围的压力并在此压力下产生一定的变形，以压迫其中的煤与瓦斯的混合体。外壳体1可采用金属壳体或非金属壳体，其上设有若干加载口14。在外壳体1和内壳体2之间设有加载板3，液压加载装置4的输出端穿过加载口14与加载板3相连接，带动加载板3移动以为内壳体2进行加压。本实施例中可以在外壳体1和内壳体2之间设置1-6个加载板3，即选择1-6个外壳体1和内壳体2的对应面，并在二者之间设置加载板3。

具体的，外壳体1为分体式结构，其包括箱体本体11，箱体本体11呈长方体状，包括方形底壁，以及设置在方形底壁四边上的四个竖直的侧壁；本实施例中箱体本体11为一体成型结构，其可以采用焊接的方式将底壁及侧壁焊接在一起，以使其成为一个整体，相比于现有技术中底壁和侧壁之间采用密封胶拼接形成的方式，一体式的箱体本体11能够有效的防止各板块之间拼接所产生的缝隙，有效提高了装置整体的气密性；同时，焊接连接的箱体本体11相比于密封胶粘接的形式，其可靠性更高，不易受外界环境的影响而导致箱体本体11出现开裂。箱体本体11的顶部具有开口部，开口部的上方设有端盖12，本实施例中端盖12和箱体本体11之间可以采用现有技术下任意适应的形式进行连接。例如，可以在箱体的四个侧壁的顶端开设若干固定孔111，其中固定孔111的数量及各孔之间的间距可以根据需要进行设置，当然本领域技术人员清楚的是，固定孔111的数量越多，相邻固定孔111之间的间距越小其密封性也越好。本实施例中可以在每个侧壁的顶端设置两个所述固定孔111，固定孔111分别设置在侧壁顶端的两端，即在箱体本体11上共设置八个固定孔111；同时，可以在端盖12上设置与固定孔111相配合的通孔121。通孔121与固定孔111相配合，其数量与固定孔111的数量相同，以使端盖12放置在箱体本体11上端时固定孔111与通孔121一一上下对应。设置完成后，可以利用紧固件穿过固定孔111和通孔121以将端盖12和箱体本体11固定，紧固件可选用现有技术中任意适宜的零件。

具体的，本实施例中端盖12与箱体本体11之间还设有密封件13，密封件13起到进一步将端盖12和箱体本体11之间的缝隙进行密封的作用，以防止气体从端盖12和箱体本体11之间发生泄漏。

利用本实施例的煤与瓦斯突出模拟装置进行试验时，首先确认各相关仪器设备是否正常工作，然后将试验用煤放入内壳体2中，并将内壳体2放入外壳体1内，将各加载板3固定到预定的位置后盖上顶盖12，使外壳体1内完全密封。试验时逐渐向内壳体2中冲入预设量的瓦斯气体，同时驱动液压加载装置4对内壳体2进行加压，利用相关仪器记录内壳体2中的参数变化。当内壳体2中的煤与瓦斯混合物体到达预定值后在预设的开挖口模拟煤炭开挖过程，观察煤与瓦斯突出的情况。

本实施例提供的煤与瓦斯突出模拟装置，通过将模拟装置的外壳体1设置为一体式的箱体本体11和端盖12，箱体本体11和端盖12之间设有密封件13并通过紧固件将二者连接固定，从而避免了内部气体的泄漏，使得试验的结果更加精确。

可选的，上述密封件13可以选用现有技术中任意适宜的零件，在本实施例中密封件13为橡胶密封圈或铜垫圈。本实施例提供的煤与瓦斯突出模拟装置，通过将模拟装置的外壳体1设置为一体式的箱体本体11和端盖12，箱体本体11和端盖12之间设有密封件13并通过紧固件将二者连接固定，从而避免了内部气体的泄漏，使得试验的结果更加精确。通过设置密封件13，进一步保证了箱体本体11和端盖12之间的气密性。

可选的，上述紧固件的具体形式可根据需要进行选择。在本实施例中固定孔111为螺栓孔，紧固件为紧固螺栓。本实施例提供的煤与瓦斯突出模拟装置，通过将模拟装置的外壳体1设置为一体式的箱体本体11和端盖12，箱体本体11和端盖12之间设有密封件13并通过紧固件将二者连接固定，从而避免了内部气体的泄漏，使得试验的结果更加精确。紧固件选用紧固螺栓其具有成本低廉、易更换拆卸等优点，有利于降低成本。

可选的，上述内壳体2的材料可根据需要进行选择，在本实施例中内壳体2为聚氨酯箱体。

可选的，为保证试验模拟的精确度，至少应保证图1中顶面、右侧面和正侧面三个外壳体1和内壳体2的对应面之间设置上述加载板3，以在三个相互垂直的方向上对内壳体2进行加压。即本实施例中加载板3的数量为三个，三个加载板3的移动方向互相垂直。每个加载板3可以连接若干个液压加载装置4，优选的，可以在方形加载板3的四个顶角处均设置加载口14，即加载板3连接四个液压加载装置4，以使压力加载的更加均匀。

图3为图1中液压加载装置的局部结构示意图，请继续参照图1-图3。进一步可选的，为防止气体从活塞43和套筒41之间的缝隙处泄漏，液压加载装置4包括套筒41，套筒41的上端设有液压腔42，套筒41内设有与液压腔42相连的活塞杆，活塞杆上设有用于驱动加载板的活塞43；套筒41的内侧壁设有若干环形凹槽，凹槽内设有密封环44。密封圈44与套筒41之间过盈配合，当活塞43沿套筒41上下移动时，密封环44可以对活塞43产生一定的径向挤压力，从而防止二者之间产生较大的缝隙而导致气体的泄漏。

本实施例提供的煤与瓦斯突出模拟装置，通过将模拟装置的外壳体1设置为一体式的箱体本体11和端盖12，箱体本体11和端盖12之间设有密封件13并通过紧固件将二者连接固定，从而避免了内部气体的泄漏，使得试验的结果更加精确。本发明还通过在液压加载装置4的套筒41内设置密封环44，有效的防止了气体从套筒41与活塞43之间的间隙处泄漏，进一步保证了试验结果的准确性。

可选的，本实施例中环形凹槽的数量为两个，两个环形凹槽之间的间距小于活塞43的长度。即活塞43在经过环形凹槽时密封环44可以从活塞43的上下两端对活塞43进行密封，在活塞43的上下两端形成两圈密封结构。这样即使第一层密封结构发生泄漏还可以利用第二层密封结构对气体进行进一步的密封，进一步提高了装置的气密性。

可选的，本实施例中内壳体2内设有用于采集试验过程中各种数据的传感器，传感器的引线穿过内壳体2和外壳体1后与处理器相连。如图1和图2所示，可以在外壳体1上设置引线孔15，以供传感器过线；在内壳体2上设有与引线孔15相对应的孔。进一步的，为保证引线孔15的气密性，防止气体从引线孔15处发生泄漏，还可以在引线孔15内设置密封装置。例如，可以在引线孔15内套设有密封套筒，引线孔15优选采用圆柱形孔，相应的密封套筒为圆柱套筒，密封套筒的长度大于引线孔15的深度，使装配后密封套筒的两端穿出引线孔15一定的距离，传感器引线通过密封套筒内引至壳体外侧。密封套筒与传感器引线之间填充有密封层，用于将两者之间的间隙密封，密封层可以采用现有技术下任意适宜的材料，在本实施例中密封层的材料为水晶胶，在进行实际操作时需要在填充水晶胶后将设备整体静置6小时以上，以使水晶胶完全凝固。因胶体凝固会向外散发热量，因此可在等待胶体凝固的同时对装置物理降温(如采用风扇对装置吹风)，以加快胶体的凝固过程。密封套筒仅仅卡设在传感器引线外侧，以防止气体从引线孔15处泄漏。

可选的，本实施例还包括充气装置，充气装置的充气端连接内壳体2的内部。具体的，充气装置可以选用液体储气罐等现有技术中已有的气体存储装置，在外壳体1上设置充气孔16，以供充气装置的气管穿过；与此对应，在内壳体2上也设有充气孔，以对内壳体2进行充气。本实施例中，充气装置与外部处理器实时联通，以正确记载充气装置的充气量。为防止气体从充气孔16处发生泄漏，可以在充气孔16中设置密封装置。其具体结构可以采用与传感器引线的密封装置相同的结构。

可选的，外壳体1上还设有开挖口17，为保证试验人员的安全，防止煤与瓦斯突出时对试验人员产生身体损害，可以操纵机械手等工具从开挖口17处对模拟装置进行模拟巷道挖掘，观察煤与瓦斯突出发生时的情况，通过传感器记录的参数对煤与瓦斯突出的机理进行分析研究。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种煤与瓦斯突出模拟装置，其特征在于，包括外壳体以及套设在所述外壳体内的内壳体，所述外壳体包括箱体本体，所述箱体本体的上方具有开口部，所述开口部上设有端盖；所述箱体本体包括底壁以及设置在所述底壁边上的四个侧壁，所述底壁和侧壁一体成型，所述侧壁的上端设有若干固定孔，所述端盖上设有与所述固定孔相对应的通孔，紧固件穿过所述固定孔和所述通孔以将所述端盖和所述箱体本体固定；所述端盖与所述箱体本体之间还设有密封件；所述内壳体为柔性壳体，所述外壳体和内壳体之间设有至少一个加载板，所述加载板连接有液压加载装置，所述外壳体上设有加载口，所述液压加载装置穿过所述外壳体上的加载口与所述加载板固定连接。

2.根据权利要求1所述的煤与瓦斯突出模拟装置，其特征在于，所述密封件为橡胶密封圈或铜垫圈。

3.根据权利要求1所述的煤与瓦斯突出模拟装置，其特征在于，所述固定孔为螺栓孔，所述紧固件为紧固螺栓。

4.根据权利要求1所述的煤与瓦斯突出模拟装置，其特征在于，所述内壳体为聚氨酯箱体。

5.根据权利要求1所述的煤与瓦斯突出模拟装置，其特征在于，所述加载板的数量为三个，三个所述加载板的移动方向互相垂直。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的煤与瓦斯突出模拟装置，其特征在于，所述液压加载装置包括套筒，所述套筒的上端设有液压腔，所述套筒内设有与所述液压腔相连的活塞杆，所述活塞杆上设有用于驱动所述加载板的活塞；所述套筒的内侧壁设有若干环形凹槽，所述凹槽内设有密封环。

7.根据权利要求6所述的煤与瓦斯突出模拟装置，其特征在于，所述环形凹槽的数量为两个，两个所述环形凹槽之间的间距小于所述活塞的长度。

8.根据权利要求7所述的煤与瓦斯突出模拟装置，其特征在于，所述内壳体内设有传感器，所述传感器的引线穿过所述内壳体和外壳体后与处理器相连。

9.根据权利要求7所述的煤与瓦斯突出模拟装置，其特征在于，还包括充气装置，所述充气装置的充气端连接所述内壳体的内部。

10.根据权利要求7所述的煤与瓦斯突出模拟装置，其特征在于，所述外壳体上还设有开挖口。