CN110107279B - 一种瓦斯封孔地面模拟实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种瓦斯封孔地面模拟实验装置，包括混料箱、空压机、隔膜泵及模拟管；所述混料箱顶部一侧设有投料口；所述隔膜泵的进料口通过管道与混料箱连接，隔膜泵的进气口通过管道与空压机连接；所述模拟管采用硬质透明材料并设于支架上，瓦斯封孔器置于模拟管的内部，且瓦斯封孔器上的注浆管通过管道与隔膜泵的出料口连接；所述混料箱上部的一侧设有进水口，混料箱的顶部固定连接有搅拌器；所述搅拌器的进气口通过管道与空压机连接，搅拌器的进气口处还固定连接有调气阀。本发明可模拟瓦斯封孔器的工作过程，从而批量抽检生产好的瓦斯封孔器，以直观的察看封孔器的工作过程，发现封孔器所存在的问题并改进。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿井下瓦斯抽采封孔技术领域，尤其涉及一种瓦斯封孔地面模拟实验装置。
背景技术
我国 90％以上煤矿采用井工开采，而高瓦斯矿井及瓦斯突出矿井占比达 48％，瓦斯灾害问题异常突出。据统计，在我国煤矿七大主要事故中，瓦斯灾害事故占 70％，成为制约高瓦斯矿井安全生产的头号因素。为保障高瓦斯煤层安全开采，井下煤矿生产现场普遍在工作面正常开采前，在工煤层中布置一定的抽采钻孔，安装抽采泵，通过负压抽采，直至将煤层中的瓦斯含量降低到安全值。瓦斯抽采效果与抽放钻孔布置、钻孔的封孔密闭性、煤层透气性、抽放装置的设计以及作业人员安装水平等因素密切相关，而大量现场调研发现：抽采钻孔封孔的密闭程度直接决定着瓦斯抽采率大小，成为影响瓦斯抽采效果最重要的因素之一。
瓦斯封孔器在抽采钻孔封孔的过程中扮演着重要的角色，常用的瓦斯封孔器主要有“两堵一注”式、“一堵一注”式以及“直插”式。而在这三种封孔器中，“两堵一注”式由于其：1、结构任意组装，适合各种钻孔；2、囊袋可渗水保浆，封堵效果好；3、封孔深度大，孔径可调节的优点，在实际使用过程中使用的较多。
但是，由于瓦斯封孔器工作场合的特殊性，厂家在生产好“两堵一注”式瓦斯封孔器后，无法直观的察看封孔器的工作过程，也无法发现封孔器所存在的问题。若是存在质量问题的瓦斯封孔器直接进入矿井使用，轻则瓦斯抽采效果不好，重则发生重大事故。
因此，发明一种瓦斯封孔地面模拟实验装置，来批量抽检生产好的“两堵一注”式瓦斯封孔器，显得很有必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种瓦斯封孔地面模拟实验装置，可批量抽检生产好的瓦斯封孔器，以直观的察看封孔器的工作过程，发现封孔器所存在的问题并改进，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种瓦斯封孔地面模拟实验装置，包括混料箱、空压机、隔膜泵及模拟管；所述混料箱顶部一侧设有投料口；所述隔膜泵的进料口通过管道与混料箱连接，隔膜泵的进气口通过管道与空压机连接；所述模拟管采用硬质透明材料并设于支架上，瓦斯封孔器置于模拟管的内部，且瓦斯封孔器上的注浆管通过管道与隔膜泵的出料口连接。
本发明的进一步改进方案是，所述混料箱上部的一侧设有进水口，混料箱的顶部固定连接有搅拌器；所述搅拌器的进气口通过管道与空压机连接，搅拌器的进气口处还固定连接有调气阀，且搅拌器的桨叶伸入到混料箱的内侧底部，混料箱的底部固定连接有排液阀。
本发明的进一步改进方案是，所述空压机上固定连接有调压阀，调压阀的两侧固定连接有球阀开关Ⅰ和球阀开关Ⅱ，隔膜泵通过管道分别与球阀开关Ⅰ连接，搅拌器通过管道与球阀开关Ⅱ连接。
本发明的进一步改进方案是，所述模拟管的长度尺寸大于瓦斯封孔器的长度尺寸。
本发明的进一步改进方案是，所述模拟管的内径尺寸范围为45-75㎜。
本发明的进一步改进方案是，所述模拟管的厚度尺寸范围为2-3㎜。
本发明的进一步改进方案是，所述模拟管的材质为PVC。
本发明的进一步改进方案是，还包括固定连接在支架上的角度调节机构；所述模拟管固定连接在角度调节机构上，角度调节机构转动以使模拟管在0-90°范围内活动。
本发明的进一步改进方案是，所述角度调节机构包括转动板、底板、带有自锁功能的驱动件及两块支撑板；所述支撑板的一端对称的固定连接于支架的顶端，另一端向支架外侧延伸；所述转动板通过两侧的转轴转动连接于两个支撑板之间，底板固定连接于转动板远离于支架的这端，模拟管通过紧固件固定连接于底板上；所述驱动件固定连接于支撑板的侧部，且驱动件的动力输出端与转轴连接。
本发明的进一步改进方案是，还包括固定连接于支架上部一侧的限位杆A与固定连接于支撑板顶部的限位杆B；当所述底板与限位杆A接触时，模拟管与地面之间夹角为90°，当所述底板与限位杆B接触时，模拟管与地面之间夹角为0°。
本发明的有益效果：
一、本发明的瓦斯封孔地面模拟实验装置，可模拟瓦斯封孔器的工作过程，从而批量抽检生产好的瓦斯封孔器，以直观的察看封孔器的工作过程，发现封孔器所存在的问题并改进，从而保证封孔器具备优越的封孔效果。
二、本发明的瓦斯封孔地面模拟实验装置，混料箱的顶部固定连接有搅拌器，不需要人工搅拌封孔剂，省时省力，提高效率。
三、本发明的瓦斯封孔地面模拟实验装置，搅拌器的进气口处还固定连接有调气阀，通过调气阀控制搅拌器的转速，以满足不同稠度封孔剂的需要。
四、本发明的瓦斯封孔地面模拟实验装置，模拟管的材质为PVC，其价格较低，降低了整个装置的制造成本；且PVC材料透明度高，便于观察瓦斯封孔器的工作过程。
五、本发明的瓦斯封孔地面模拟实验装置，角度调节机构可以使模拟管在0-90°范围内活动，从而达到模拟不同角度的封孔的目的。
六、本发明的瓦斯封孔地面模拟实验装置，限位杆A与限位杆B的设置，可防止底板过度旋转，不仅使得整个装置更加安全可靠，而且在模拟0°与90°封孔时，模拟管的角度更加准确。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为模拟管与地面之间夹角为0°时的结构示意图。
图3为模拟管与地面之间夹角为90°时的结构示意图。
图4为瓦斯封孔器结构示意图。
图中：1-混料箱、2-空压机、3-隔膜泵、4-模拟管、5-投料口、6-瓦斯封孔器、7-注浆管、8-支架、9-进水口、10-搅拌器、11-调气阀、12-排液阀、13-调压阀、14-球阀开关Ⅰ、15-球阀开关Ⅱ、16-转动板、17-底板、18-驱动件、19-支撑板、20-限位杆A、21-限位杆B、22-前囊袋、23-后囊袋、24-渗水孔、25-腔体、26-爆破阀、27-出浆孔。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
实施例1：如图1-3所示，一种瓦斯封孔地面模拟实验装置，包括混料箱1、空压机2、隔膜泵3及模拟管4；所述混料箱1顶部一侧设有投料口5；所述隔膜泵3的进料口通过管道与混料箱1连接，隔膜泵3的进气口通过管道与空压机2连接；所述模拟管4采用硬质透明材料并设于支架8上，支架8通过地脚螺钉固定在地面上，瓦斯封孔器6置于模拟管4的内部，且瓦斯封孔器6上的注浆管7通过管道与隔膜泵3的出料口连接，且隔膜泵3与注浆管7之间的管道上安装有快插接头，以方便快速拆装。
所述混料箱1上部的一侧设有进水口9，进水口9通过管道与水龙头连接，以达到注水的目的，混料箱1的顶部通过螺栓固定连接有气动的搅拌器10；所述搅拌器10的进气口通过管道与空压机2连接，搅拌器10的进气口处还固定连接有调气阀11，设置调气阀11的目的是为了控制搅拌器10的转速，以满足不同稠度封孔剂的需要，且搅拌器10的桨叶伸入到混料箱1的内侧底部，混料箱1的底部固定连接有排液阀12。
所述空压机2上固定连接有调压阀13，调压阀13的两侧固定连接有球阀开关Ⅰ14和球阀开关Ⅱ15，隔膜泵3通过管道分别与球阀开关Ⅰ14连接，搅拌器10通过管道与球阀开关Ⅱ15连接。
所述模拟管4的长度尺寸大于瓦斯封孔器6的长度尺寸。
所述模拟管4的内径尺寸范围为45-75㎜。
所述模拟管4的厚度尺寸范围为2-3㎜。
所述模拟管4的材质为PVC。
本实施例具体工作原理如下：瓦斯封孔器6如图4所示，将其置于模拟管4中，空压机2通过导线与电源连接并打开，空压机2的阀值设为5MPa，电源采用室电220V电压；将封孔剂从投料口5加入混料箱1，并通过进水口9向混料箱1中注水，球阀开关Ⅱ15打开进行搅拌形成浆液；球阀开关Ⅰ14打开，浆液经过隔膜泵3达到注浆管7，并通过注浆管7中的出浆孔27进入前囊袋22，另一方面穿过爆破阀26进入后囊袋23中，由于前囊袋22和后囊袋23上有微小的渗水孔24，浆液进入前囊袋22和后囊袋23后，稠度大的浆液留在前囊袋22和后囊袋23中，前囊袋22和后囊袋23迅速膨胀形成支护体结构，将前囊袋22和后囊袋23的外壁与模拟管4相密封，而后囊袋23中稠度低的浆液（接近于清水）通过渗水孔24流出，前囊袋22中稠度低的浆液通过渗水孔24流出并沿着模拟管4的内壁达到前囊袋22与后囊袋23之间的密闭腔体25中，当腔体25中的稠度低的浆液注满后；当注浆管7中的压力达到2MPa左右时，浆液将位于腔体25中的爆破阀26打开，使得稠度大的浆液从爆破阀26流入腔体25中；此时停止注浆，断开注浆管7和隔膜泵3的连接，完成整个过程。
在整个注浆过程中，可以模拟并观察前囊袋22、后囊袋23充满过程，以及爆破阀26的破裂过程，发现封孔器所存在的问题并改进；值得注意的是，在爆破阀26爆破之前，腔体25中的浆液基本接近于清水，这样方便观察爆破阀26的破裂过程。
注浆结束后，将混料箱1中加入清水，搅拌器10搅拌并清洗混料箱1与各管道，剩余的水从排水阀排出。
实施例2：本实施例与实施例1有所不同，不同之处在于，实施例1不可以模拟多个角度的封孔过程；而在本实施例中，可以避免上述缺陷，具体地说：
还包括固定连接在支架8上的角度调节机构；所述模拟管4固定连接在角度调节机构上，角度调节机构转动以使模拟管4在0-90°范围内活动；所述角度调节机构包括转动板16、底板17、带有自锁功能的驱动件18及两块支撑板19；所述支撑板19的一端对称的焊接于支架8的顶端，另一端向支架8外侧延伸；所述转动板16通过两侧的转轴转动连接于两个支撑板19之间，两个转轴与支撑板19的连接处安装有轴承，底板17焊接于转动板16远离于支架8的这端，模拟管4通过管卡固定连接于底板17上；所述驱动件18通过螺栓连接于支撑板19的侧部，且驱动件18的动力输出端与转轴通过联轴器连接；还包括固定连接于支架8上部一侧的限位杆A20与固定连接于支撑板19顶部的限位杆B21；当所述底板17与限位杆A20接触时，模拟管4与地面之间夹角为90°，当所述底板17与限位杆B21接触时，模拟管4与地面之间夹角为0°；此外，限位杆的顶端还可以粘接有橡胶质的缓冲块。
在本实施例中，瓦斯封孔器6的重量约为10-15㎏，浆液的重量约为10-15㎏，因此，驱动件18可选用80型手摇蜗轮蜗杆减速机。
本实施例的角度调节机构可以使模拟管4在0-90°范围内活动，从而达到模拟不同角度的封孔的目的；此外，限位杆A20与限位杆B21的设置，可防止底板17过度旋转，不仅使得整个装置更加安全可靠，而且在模拟0°与90°封孔时，模拟管4的角度更加准确。
除此之外，本实施例与实施例1完全相同，此处不作赘述。
Claims (8)
1.一种瓦斯封孔地面模拟实验装置，其特征在于：包括混料箱(1)、空压机(2)、隔膜泵(3)及模拟管(4)；所述混料箱(1)顶部一侧设有投料口(5)；所述隔膜泵(3)的进料口通过管道与混料箱(1)连接，隔膜泵(3)的进气口通过管道与空压机(2)连接；所述模拟管(4)采用硬质透明材料并设于支架(8)上，瓦斯封孔器(6)置于模拟管(4)的内部，且瓦斯封孔器(6)上的注浆管(7)通过管道与隔膜泵(3)的出料口连接；还包括固定连接在支架(8)上的角度调节机构；所述模拟管(4)固定连接在角度调节机构上，角度调节机构转动以使模拟管(4)在0-90°范围内活动；所述角度调节机构包括转动板(16)、底板(17)、带有自锁功能的驱动件(18)及两块支撑板(19)；所述支撑板(19)的一端对称的固定连接于支架(8)的顶端，另一端向支架(8)外侧延伸；所述转动板(16)通过两侧的转轴转动连接于两个支撑板(19)之间，底板(17)固定连接于转动板(16)远离于支架(8)的这端，模拟管(4)通过紧固件固定连接于底板(17)上；所述驱动件(18)固定连接于支撑板(19)的侧部，且驱动件(18)的动力输出端与转轴连接。
2.如权利要求1所述的一种瓦斯封孔地面模拟实验装置，其特征在于：所述混料箱(1)上部的一侧设有进水口(9)，混料箱(1)的顶部固定连接有搅拌器(10)；所述搅拌器(10)的进气口通过管道与空压机(2)连接，搅拌器(10)的进气口处还固定连接有调气阀(11)，且搅拌器(10)的桨叶伸入到混料箱(1)的内侧底部，混料箱(1)的底部固定连接有排液阀(12)。
3.如权利要求2所述的一种瓦斯封孔地面模拟实验装置，其特征在于：所述空压机(2)上固定连接有调压阀(13)，调压阀(13)的两侧固定连接有球阀开关Ⅰ(14)和球阀开关Ⅱ(15)，隔膜泵(3)通过管道分别与球阀开关Ⅰ(14)连接，搅拌器(10)通过管道与球阀开关Ⅱ(15)连接。
4.如权利要求1所述的一种瓦斯封孔地面模拟实验装置，其特征在于：所述模拟管(4)的长度尺寸大于瓦斯封孔器(6)的长度尺寸。
5.如权利要求1所述的一种瓦斯封孔地面模拟实验装置，其特征在于：所述模拟管(4)的内径尺寸范围为45-75㎜。
6.如权利要求1所述的一种瓦斯封孔地面模拟实验装置，其特征在于：所述模拟管(4)的厚度尺寸范围为2-3㎜。
7.如权利要求1所述的一种瓦斯封孔地面模拟实验装置，其特征在于：所述模拟管(4)的材质为PVC。
8.如权利要求1所述的一种瓦斯封孔地面模拟实验装置，其特征在于：还包括固定连接于支架(8)上部一侧的限位杆A(20)与固定连接于支撑板(19)顶部的限位杆B(21)；当所述底板(17)与限位杆A(20)接触时，模拟管(4)与地面之间夹角为90°，当所述底板(17)与限位杆B(21)接触时，模拟管(4)与地面之间夹角为0°。
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