CN109801551A - 一种充气颗粒体管道喷出过程动态演化装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种充气颗粒体管道喷出过程动态演化装置及方法，该装置包括承压仓、主演示管道和外接演示管道，所述的承压仓固定在基座一上，承压仓的一端连接有填料管，所述的填料管设置在主演示管道一端的中心处，所述的主演示管道固定在基座二上，在主演示管道的另一端连通有外接演示管道，所述的外接演示管道固定设置在基座三上。本发明装置能研究不同试验条件下的充气颗粒体管道喷出过程动态演化及管道内散落颗粒分布的区域特性，同时具有本低，易操作，拆卸方便，便于移动和携带的特点。

Description

一种充气颗粒体管道喷出过程动态演化装置及方法

技术领域

本发明属于煤与瓦斯突出模拟实验技术领域，具体涉及一种充气颗粒体管道喷出过程动态演化装置及方法。

背景技术

煤与瓦斯突出是我国煤炭开采中最为严重的灾害之一。大量瓦斯从可见的煤岩裂隙、钻孔中喷出的现象叫瓦斯喷出。打钻时瓦斯从钻孔中喷出的现象通常叫瓦斯喷孔。钻孔喷孔就是孔内突出的一种表现形式。煤与瓦斯突出是一种严重的矿井动力灾害，突出发生时，快速喷出的煤和瓦斯流具有极大的破坏力，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，造成矿井生产的长期停滞。另外，日常生活中不乏遇到充气颗粒体管道喷出现象。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。

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。为深入了解瓦斯喷孔、煤与瓦斯突出过程，以及日常生活中遇到的充气颗粒体管道喷出规律，研究颗粒喷出过程动态演化规律，及喷出煤体颗粒沿巷道的散落规律，本发明提出一套充气颗粒体管道喷出过程动态演化装置。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中存在的技术问题，提供一种充气颗粒体管道喷出过程动态演化装置及方法，该装置具有结构简单，易操作，拆卸方便的特点。

本发明具体通过以下技术方案实现：

一种充气颗粒体管道喷出过程动态演化装置，包括承压仓、主演示管道和外接演示管道，所述的承压仓固定在基座一上，承压仓的一端连接有填料管，所述的填料管设置在主演示管道一端的中心处，所述的主演示管道固定在基座二上，在主演示管道的另一端连通有外接演示管道，所述的外接演示管道固定设置在基座三上。

所述的承压仓内远离主演示管道的一端的入口处设置有气囊，所述的气囊入口四周通过橡皮塞贴壁固定在承压仓的入口处，在橡皮塞的中心布置有充气孔，用于连接外接充压器。

所述的基座一、基座二和基座三为顶部开口的空心立方体，在基座一、基座二和基座三的底部设置有重质材料，用于稳定承压仓、主演示管道和外接演示管道。

所述的基座一、基座二和基座三之间通过导向杆和导向槽连接，并通过连接扣固定。

所述的外接演示管道为任意形状管道，优选为T形管道。

所述的承压仓、主演示管道和外接演示管道均为透明材质制备得到。

所述的基座一、基座二和基座三之间通过连接扣固定连接。

另外，本发明还提供了一种充气颗粒体管道喷出过程动态演化方法，在上述装置的基础上，通过以下步骤完成：

1)将喷出材料装入填料管后，组装上述的演示装置；

2)利用橡皮塞气囊固定在承压仓内，橡皮塞中间有通气孔，外接的鼓气装置利用充气管与橡皮塞中间通气孔连接。

3)利用外接的鼓气装置对承压仓内的气囊进行充气，直至气囊沿自由面爆裂；

4)用照相机对主演示区和外接演示区内的颗粒分布状态进行俯视拍照，为后期的颗粒分布统计准备。

优选的，通过改变气囊材质等参数，实现不同气体压力下喷出颗粒体管道内运移规律和颗粒分布特征。当气囊承受压力较大时，可改变承压仓材质满足气囊的最大气体压力要求。

本发明的有益效果为：

本发明基于模块化设计理念，试验装置分为实验仓、主演示区和外接演示区三部分，每一部分可根据试验需求单独调整。本装置具有很强的拓展性，通过改变前端承压仓的形状，来影响气压与颗粒体的作用特性；改变颗粒体的粒径配比、胶结特性及不同物质颗粒组分、外接演示区管道长度、断面形状等；研究不同试验条件下的充气颗粒体管道喷出过程动态演化及管道内散落颗粒分布的区域特性。同时本发明装置成本低，易操作，拆卸方便，便于移动和携带。

附图说明

图1是本发明动态演化装置的结构示意图；

图2是本发明动态演化装置中承压仓与填料管的连接结构示意图；

图3是本发明动态演化装置中基座的连接示意图；

图中：1、承压仓，2、填料管，3、主演示管道，4、外接演示管道，5、基座三，6、基座二，7、基座一，8、气囊，9、橡皮塞。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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。

实施例1

本发明设计了一种借助于气囊8自由面爆裂产生气体压力的前端动力简易装置，沿自由面爆裂产生的气体填充颗粒体孔隙，并产生压力将小孔内的颗粒体向外部管道内喷出。具体结构下：

如图1所示，一种充气颗粒体管道喷出过程动态演化装置，包括承压仓1、主演示管道3和外接演示管道4，其中承压仓1固定在基座一7上，主演示管道3固定在基座二6上，外接演示管道4固定在基座三5上，基座一7、基座二6和基座三5为顶部开口的空心立方体，承压仓1、主演示管道3和外接演示管道4分别位于基座一7、基座二6和基座三5的内部，起到固定的目的，同时在基座一7、基座二6和基座三5的底部设置有重质材料，用于避免由于工作时产生冲击力造成的晃动或位移现象。基座一7、基座二6和基座三5之间通过连接扣固定连接，在移动或者搬运过程中可将座一、基座二6和基座三5拆离，方便移动。

本装置承压仓1靠近主演示管道3的一端连接有填料管2，填料管2出口位于主演示管道3内部的中心处，在主演示管道3的另一端连通有外接演示管道4，外接演示管道4为T形管道。在承压仓1内远离主演示管道3的一端的入口处设置有气囊8，气囊8的入口四周通过橡皮塞9贴壁固定在承压仓1的入口处，在橡皮塞9的中心布置有充气孔，用于连接外接充压器，充压器通过充气孔提供气流给气囊8。

如图2～3所示，本实施例中承压仓1与填料管2套接连接，基座一7一端设置有突出的导向杆，基座二6的两端设置有导向槽，基座一7和基座二6通过导向杆套入导向槽连接固定。基座基座三5与基座二6通过设置在基座三5一端的导向杆和基座二6中的导向槽连接固定。

优选的，在本实施例中基座一7、基座二6和基座三5的竖直避免均采用透明材料制备。承压仓1、主演示管道3和外接演示管道4也均为透明材质制备得到。

优选的，在主演示管道3和外接演示管道4的底部铺设有坐标纸，以便方便观察和记录颗粒的喷发举例和散落情况。

在本实施例中承压仓的形状为瓶型结构，在实际的应用过程中承压仓可根据实际需要设计不同的形状构造，用以进行充气颗粒体管道喷出动态演化的过程。

实施例2

在实施例1的基础上，利用实施例中装置进行动态演化，具体的主要是通过以下过程完成的。

1)试验方案设计

2)喷出材料制作：

①物料类型组成选择。确定要喷出的材料，种类，总的喷出量。

②各类型物料量配比。确定各物料的配比。

3)喷出材料装管。将一定质量混合颗粒物填入充料口。

4)对接，将储料管与承压仓对接，拧紧螺栓。

5)利用实验仓和主演示仓上的导向装置，将实验仓和主演示准确对接装配起来。利用主演示区和外接演示区上的导向装置，将主演示区和外接演示区准确对接装配起来。使得分开的实验仓、主演示仓和外接演示区三个模块连接为一个整体。

6)将摄像机放在支座上置于主演示区一侧，调好距离和摄像模式，做好开机准备工作。

7)向承压仓内放置气囊，并将气囊口套于橡皮塞上，将外表套气囊的橡皮塞与承压仓塞紧，橡皮塞中间有通气孔，外接的鼓气装置利用充气管与橡皮塞中间通气孔连接。

7)打开摄像机，进行连续摄像直至试验结束。

8)利用外接的鼓气装置，对承压仓内的气囊进行充气，利用鼓气装置上的气体压力表，实时记录气囊的气体压力，直至气囊沿自由面爆裂，沿自由面爆裂产生的气体填充颗粒体孔隙，并产生压力将装料管内的颗粒体向外部管道内喷出。利用摄像机记录管道内颗粒体运移过程。

9)实验停止。等喷出颗粒稳定后，关闭摄像机。

11)利用装置上方的照相机对主演示区和外接演示区内的颗粒分布状态进行俯视拍照，为后期的颗粒分布统计准备。

通过改变气囊材质等参数，实现不同气体压力下喷出颗粒体管道内运移规律和颗粒分布特征。当气囊承受压力较大时，可改变承压仓材质满足气囊的最大气体压力要求。

利用鼓气装置上的气体压力表，实时记录气囊内气体压力和气囊爆裂时的最大气体压力。气体压力可传输到电脑上气体压力传感器连接到电脑上，便于存储数据。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神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，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种充气颗粒体管道喷出过程动态演化装置，其特征在于，包括包括承压仓(1)、主演示管道(3)和外接演示管道(4)，所述的承压仓(1)固定在基座一(7)上，承压仓(1)的一端连接有填料管(2)，所述的填料管(2)设置在主演示管道(3)一端的中心处，所述的主演示管道(3)固定在基座二(6)上，在主演示管道(3)的另一端连通有外接演示管道(4)，所述的外接演示管道(4)固定设置在基座三(5)上。

2.根据权利要求1所述的一种充气颗粒体管道喷出过程动态演化装置，其特征在于，所述的承压仓(1)内远离主演示管道(3)的一端的入口处设置有气囊(8)，所述的气囊(8)入口四周通过橡皮塞(9)贴壁固定在承压仓(1)的入口处，在橡皮塞(9)的中心布置有充气孔。

3.根据权利要求1所述的一种充气颗粒体管道喷出过程动态演化装置，其特征在于，所述的基座一(7)、基座二(6)和基座三(5)为顶部开口的空心立方体，在基座一(7)、基座二(6)和基座三(5)的底部设置有重质材料。

4.根据权利要求3所述的一种充气颗粒体管道喷出过程动态演化装置，其特征在于，所述的基座一(7)、基座二(6)和基座三(5)的竖直避免均采用透明材料制备。

5.根据权利要求1所述的一种充气颗粒体管道喷出过程动态演化装置，其特征在于，所述的外接演示管道(4)为任意形状管道。

6.根据权利要求5所述的一种充气颗粒体管道喷出过程动态演化装置，其特征在于，所述的外接演示管道(4)为T形管道。

7.根据权利要求1所述的一种充气颗粒体管道喷出过程动态演化装置，其特征在于，所述的承压仓(1)、主演示管道(3)和外接演示管道(4)均为透明材质制备得到。

8.根据权利要求1所述的一种充气颗粒体管道喷出过程动态演化装置，其特征在于，所述的基座一(7)、基座二(6)和基座三(5)之间通过导向杆和导向槽连接，并通过连接扣固定。

9.一种充气颗粒体管道喷出过程动态演化方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将喷出材料装入填料管后，组装上述的演示装置；

2)利用橡皮塞气囊固定在承压仓内，橡皮塞中间有通气孔，外接的鼓气装置利用充气管与橡皮塞中间通气孔连接。

3)利用外接的鼓气装置对承压仓内的气囊进行充气，直至气囊沿自由面爆裂；

4)用照相机对主演示区和外接演示区内的颗粒分布状态进行俯视拍照，为后期的颗粒分布统计准备。