CN108362477A - 一种煤屑混合液淹没下超高压水射流冲击动力性能测定系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种煤屑混合液淹没下超高压水射流冲击动力性能测定系统及方法。该系统主要包括超高压水泵、压力控制装置、射流发生器、计算机、压力采集仪和实验腔体。以及位于实验腔体内的压力传感器、靶板、导轨、搅拌器。利用该系统，可以测定煤屑淹没下超高压水射流冲击动力性能，这对于揭示超高压水射流割缝技术参数优化具有重要的理论和实践指导意义。本发明实用性强，可以实现不同靶距、射流冲击角度、射流冲击压力、煤粉质量和粒径下，煤屑淹没超高压水射流冲击动力性能的测定，操作方便，安全可靠。

Description

一种煤屑混合液淹没下超高压水射流冲击动力性能测定系统 及方法

技术领域

本发明公开一种煤屑淹没下超高压水射流冲击动力性能测定系统及方法，该方法尤其适用于量化表征不同工况下煤屑淹没超高压水射流冲击动力性能。

背景技术

高压水射流是近年发展起来的切割、破岩、清洗、除锈新技术，广泛地应用于矿业、石油、化工等部门。随着设备研制水平的提高，水射流技术逐渐由高压向超高压方向发展，超高压水射流技术已成功地应用于金属、岩石与复合材料的精密切割、破碎和加工，其应用领域不断扩大，应用前景十分广阔。超高压水射流切割的显著优点是系统简单、射流发生条件容易满足、切割效率高、切割有效距离长和破碎物料颗粒细，这很好地符合煤矿井下割缝强化瓦斯抽采措施中操作简单、施工效率高、扰动范围广和排渣顺畅的要求。因此，超高压水射流割缝为低渗煤层瓦斯强化抽采提供了一种新方法。

超高压水射流冲击性能的量化表征是煤矿井下超高压水射流割缝技术有效实施的基本科学问题之一。目前，关于不同工况下超高压水射流冲击性能测定的研究成果相对较少。此外，煤矿井下超高压水射流割缝过程中，煤屑和水会形成煤屑混合液，构成超高压水射流冲击煤体的外部环境，即超高压水射流淹没在煤屑混合液中。因此，不同工况下煤屑混合液淹没超高压水射流冲击性能的量化表征更具实践指导意义。然而，这方面的研究还没有有效的测试装置和方法。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中的问题，提供一种煤屑混合液淹没下超高压水射流冲击动力性能测定系统，其特征在于:

包括超高压水泵、压力控制装置、射流发生器、计算机、压力采集仪和实验腔体。

以及位于实验腔体内的压力传感器、靶板、导轨、搅拌器。

所述实验腔体的一端具有供射流发生器穿入的通孔、另一端具有供压力采集仪的线缆穿入的通孔。

所述射流发生器所喷出的超高压水射流受到超高压水泵和压力控制装置的控制。

所述实验腔体的腔内的底部安装有导轨和若干搅拌器。

所述导轨的长度方向是从实验腔体的一端向另一端延伸。所述若干搅拌器分布在导轨的两侧。

所述导轨的上表面是与导轨长度方向相同的、起导向作用的凹槽。所述凹槽的两侧槽壁上，均有贯通的条形导槽。

所述靶板的上端是面向射流发生器的盘部、下端具有一个插入导轨的凹槽中的柄部。所述柄部具有一个贯通孔。螺栓的一端穿过凹槽两侧的条形导槽、以及两个导槽之间的贯通孔后，旋入螺母。当所述螺母松开时，所述柄部可在凹槽中转动或者沿着凹槽滑动，以此调节靶板盘部的倾斜角度，以及靶板与射流发生器之间的距离。当紧固所述螺母后，靶板的位置固定。

若干所述的压力传感器呈“米”字形分布在所述靶板盘部的盘面上，并面向射流发生器。这些压力传感器通过所述线缆传输数据。

所述的实验腔体底部设置有排液口。与排液口连接的管道上安装有阀门。

进一步，还包括表盘和指针。所述靶板柄部面向螺栓头的一侧具有指针。所述指针平行于安装有压力传感器的盘面。所述指针位于柄部贯通孔的中心上方。所述指针可随靶板一起倾斜。所述表盘的上方是与指针配合的半圆形盘面。该半圆形盘面具有弧度刻度。所述表盘的下端位于导轨的凹槽中，并与凹槽的底部接触。所述表盘的下端具有与所述柄部贯通孔对应的通孔，所述螺栓穿过这个通孔，使得所述表盘可随着靶板沿导轨滑动，而不会随着所述靶板的柄部转动。

进一步，所述导轨的一个侧面上刻有十进制刻度，用于标定靶板和射流发生器的距离。

本发明还公开基于上述系统的一种煤屑混合液淹没下超高压水射流冲击动力性能测定方法，其特征在于，包括如下步骤：

a.关闭阀门，沿导轨推动靶板至设定靶距位置处，调节靶板至设定角度，启动并调节压力采集仪和计算机。

b.在实验腔体中加入设定质量和粒径的煤粉，然后将实验腔体加水至淹没靶板，启动搅拌器搅动煤屑和水，形成煤屑混合液。

c.启动超高压水泵，调节压力控制装置至设定射流压力，实时记录射流压力时程曲线，提取水锤压力和滞止压力。

d.关闭超高压水泵、压力采集仪、计算机，打开阀门，排出实验腔体内的煤屑混合液。

e.分别改变靶距、靶板角度、煤粉质量、煤粉粒径、射流压力，重复实验步骤a～d，得到不同工况下水锤压力和滞止压力变化规律。

有益效果：

本发明可以测定煤屑淹没下超高压水射流冲击动力性能，这对于超高压水射流割缝技术参数优化具有重要的理论和实践指导意义。本发明实用性强，可以实现不同靶距、射流冲击角度、射流冲击压力、煤粉质量和粒径下，煤屑淹没超高压水射流冲击动力性能的测定，操作方便，安全可靠。

附图说明

图1本发明的一种煤屑淹没下超高压水射流冲击动力性能测定系统示意图；

图2本发明的实验腔体透视图；

图3本发明的实验腔体内部示意图；

图中：超高压水泵1、压力控制装置2、射流发生器3、计算机4、压力采集仪5、压力传感器6、靶板7、实验腔体8、导轨9、搅拌器10、导槽11、表盘12、指针13、阀门14。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。

实施例1：

一种煤屑混合液淹没下超高压水射流冲击动力性能测定系统，其特征在于:

参见图1，包括超高压水泵1、压力控制装置2、射流发生器3、计算机4、压力采集仪5和实验腔体8。

参见图2和3，本实施例还包括位于实验腔体8内的压力传感器6、靶板7、导轨9、搅拌器10、导槽11、表盘12和指针13。

所述实验腔体8的一端具有供射流发生器3穿入的通孔、另一端具有供压力采集仪5的线缆穿入的通孔。

所述射流发生器3所喷出的超高压水射流受到超高压水泵1和压力控制装置2的控制。

所述实验腔体8的腔内的底部安装有导轨9和若干搅拌器10。

所述导轨9的长度方向是从实验腔体8的一端向另一端延伸。实施例中，所述导轨9的一个侧面上刻有十进制刻度，用于标定靶板7和射流发生器3的距离。所述若干搅拌器10分布在导轨9的两侧。

所述导轨9的上表面是与导轨长度方向相同的、起导向作用的凹槽。所述凹槽的两侧槽壁上，均有贯通的条形导槽11。

所述靶板7的上端是面向射流发生器3的盘部、下端具有一个插入导轨9的凹槽中的柄部。所述柄部具有一个贯通孔。螺栓的一端穿过凹槽两侧的条形导槽11、以及两个导槽11之间的贯通孔后，旋入螺母。当所述螺母松开时，所述柄部可在凹槽中转动或者沿着凹槽滑动，以此调节靶板7盘部的倾斜角度，以及靶板7与射流发生器3之间的距离。当紧固所述螺母后，靶板7的位置固定。

所述靶板7柄部面向螺栓头的一侧具有指针13。所述指针13平行于安装有压力传感器6的盘面。所述指针13位于柄部贯通孔的中心上方。所述指针13可随靶板7一起倾斜。所述表盘12的上方是与指针13配合的半圆形盘面。该半圆形盘面具有弧度刻度。所述表盘12的下端位于导轨9的凹槽中，并与凹槽的底部接触。所述表盘12的下端具有与所述柄部贯通孔对应的通孔，所述螺栓穿过这个通孔，使得所述表盘12可随着靶板7沿导轨9滑动，而不会随着所述靶板7的柄部转动。

若干所述的压力传感器6呈“米”字形分布在所述靶板7盘部的盘面上，并面向射流发生器3。这些压力传感器6通过所述线缆传输数据。

所述的实验腔体8底部设置有排液口。与排液口连接的管道上安装有阀门14。

实施例2：

值得说明的是，连续水射流冲击靶体的过程可以划分为2个阶段：水锤压力阶段和滞止压力阶段，两个阶段分别对应着两个参量：水锤压力和滞止压力。水锤压力持续时间很短，可以表征水射流的瞬态冲击动力特性，而滞止压力是与冲击时间无关的参量，可以表征水射流的稳态冲击动力特性。因此。水锤压力结合滞止压力可以对水射流冲击动力特性进行全面的量化表征。

因此，基于实施例1所述系统，本实施例公开一种煤屑混合液淹没下超高压水射流冲击动力性能测定方法。

包括如下步骤：

a.关闭阀门14，沿导轨9推动靶板7至设定靶距位置处，调节靶板7至设定角度，启动并调节压力采集仪5和计算机4。

b.在实验腔体8中加入设定质量和粒径的煤粉，然后将实验腔体8加水至淹没靶板7，启动搅拌器10搅动煤屑和水，形成煤屑混合液。

c.启动超高压水泵1，调节压力控制装置2至设定射流压力，实时记录射流压力时程曲线，提取水锤压力和滞止压力。

d.关闭超高压水泵1、压力采集仪5、计算机4，打开阀门14排出实验腔体内的煤屑混合液。

e.分别改变靶距、靶板角度、煤粉质量、煤粉粒径、射流压力，重复实验步骤a～d，得到不同工况下水锤压力和滞止压力变化规律。

Claims (4)

1.一种煤屑混合液淹没下超高压水射流冲击动力性能测定系统，其特征在于:

包括所述超高压水泵(1)、压力控制装置(2)、射流发生器(3)、计算机(4)、压力采集仪(5)和实验腔体(8)。

以及位于实验腔体(8)内的压力传感器(6)、靶板(7)、导轨(9)、搅拌器(10)；

所述实验腔体(8)的一端具有供射流发生器(3)穿入的通孔、另一端具有供压力采集仪(5)的线缆穿入的通孔；

所述射流发生器(3)所喷出的超高压水射流受到超高压水泵(1)和压力控制装置(2)的控制；

所述实验腔体(8)的腔内底部安装有导轨(9)和若干搅拌器(10)；

所述导轨(9)的长度方向是从实验腔体(8)的一端向另一端延伸；所述若干搅拌器(10)分布在导轨(9)的两侧；

所述导轨(9)的上表面是与导轨长度方向相同的、起导向作用的凹槽；所述凹槽的两侧槽壁上，均有贯通的条形导槽(11)；

所述靶板(7)的上端是面向射流发生器(3)的盘部、下端具有一个插入导轨(9)的凹槽中的柄部；所述柄部具有一个贯通孔；螺栓的一端穿过凹槽两侧的条形导槽(11)、以及两个导槽(11)之间的贯通孔后，旋入螺母；当所述螺母松开时，所述柄部可在凹槽中转动或者沿着凹槽滑动，以此调节靶板(7)盘部的倾斜角度，以及靶板(7)与射流发生器(3)之间的距离；当紧固所述螺母后，靶板(7)的位置固定；

若干所述的压力传感器(6)呈“米”字形分布在所述靶板(7)盘部的盘面上，并面向射流发生器(3)；这些压力传感器(6)通过所述线缆传输数据；

所述的实验腔体(8)底部设置有排液口；与排液口连接的管道上安装有阀门(14)。

2.根据权利要求1或2所述的一种煤屑混合液淹没下超高压水射流冲击动力性能测定系统，其特征在于：还包括表盘(12)和指针(13)；所述靶板(7)柄部面向螺栓头的一侧具有指针(13)；所述指针(13)平行于安装有压力传感器(6)的盘面；所述指针(13)位于柄部贯通孔的中心上方；所述指针(13)可随靶板(7)一起倾斜；所述表盘(12)的上方是与指针(13)配合的半圆形盘面；该半圆形盘面具有弧度刻度；所述表盘(12)的下端位于导轨(9)的凹槽中，并与凹槽的底部接触；所述表盘(12)的下端具有与所述柄部贯通孔对应的通孔，所述螺栓穿过这个通孔，使得所述表盘(12)可随着靶板(7)沿导轨(9)滑动，而不会随着所述靶板(7)的柄部转动。

3.根据权利要求1或2所述的一种煤屑混合液淹没下超高压水射流冲击动力性能测定系统，其特征在于：所述导轨(9)的一个侧面上刻有十进制刻度，用于标定靶板(7)和射流发生器(3)的距离。

4.基于权利要求1～3所述系统的一种煤屑混合液淹没下超高压水射流冲击动力性能测定方法，其特征在于，包括如下步骤：

a.关闭阀门(14)，沿导轨(9)推动靶板(7)至设定靶距位置处，调节靶板(7)至设定角度，启动并调节压力采集仪(5)和计算机(4)。

b.在实验腔体(8)中加入设定质量和粒径的煤粉，然后将实验腔体(8)加水至淹没靶板(7)，启动搅拌器(10)搅动煤屑和水，形成煤屑混合液。

c.启动超高压水泵(1)，调节压力控制装置(2)至设定射流压力，实时记录射流压力时程曲线，提取水锤压力和滞止压力。

d.关闭超高压水泵(1)、压力采集仪(5)、计算机(4)，打开阀门(14)排出实验腔体内的煤屑混合液。

e.分别改变靶距、靶板角度、煤粉质量、煤粉粒径、射流压力，重复实验步骤a～d，得到不同工况下水锤压力和滞止压力变化规律。