CN111764962A - 一种煤矿开采后瓦斯预测模型 - Google Patents
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Abstract
本发明一种煤矿开采后瓦斯预测模型公开了一种能够模拟巷道规模、大气压、开采深度、瓦斯浓度，对瓦斯涌出量进行分析的预测模型，其特征在于包括主体箱、模拟系统和瓦斯涌出量检测器，模拟系统置于主体箱内，瓦斯涌出量检测器置于模拟系统内，模拟系统模拟巷道规模、大气压、开采深度、瓦斯浓度后，瓦斯涌出量检测器对瓦斯涌出量进行检测，能够对开采后的煤矿巷道区域瓦斯涌出量进行精确模拟，进而进行预测，以此达到科学的煤矿规划开采，能够模拟不同深度的巷道环境、不同外界大气压、不同煤场含瓦斯浓度和外界降雨对瓦斯涌出量的影响，利用3D打印技术能够准确模拟处不同形成的开采巷道，进行模拟预测。
Description
技术领域
本发明一种煤矿开采后瓦斯预测模型涉及一种对在煤矿开采后对瓦斯涌出量进行预测的模型，属于煤矿设备领域。特别涉及一种能够模拟巷道规模、大气压、开采深度、瓦斯浓度，对瓦斯涌出量进行分析的预测模型。
背景技术
煤矿瓦斯又称煤层瓦斯、煤层气，是从煤和围岩中逸出的甲烷、二氧化碳和氮等组成的混合气体，开采煤层时，煤体受到破坏或采动影响，贮存在煤体内的部分瓦斯就会离开煤体而涌入采掘空间，这种现象称为瓦斯涌出，而预测开采后瓦斯的涌出量，对预防井下巷道瓦斯爆炸有着重要意义，目前，煤矿瓦斯涌出量与开采煤层和围岩的瓦斯含量、开采规模、开采顺序和回采方法、生产工艺过程、大气压力变化、风量变化、采空区密闭质量等因素均有关联，这就导致单纯通过分析煤矿开采时的煤矿瓦斯涌出量数据来推断开采后的瓦斯涌出量的分析不准确，需要一种用于模拟巷道开采后其巷道规模、外界大气压、煤层瓦斯浓度与开采深度等因素对瓦斯涌出量的影响的试验模型装置。
发明内容
为了改善上述情况，本发明一种煤矿开采后瓦斯预测模型提供了一种能够模拟巷道规模、大气压、开采深度、瓦斯浓度，对瓦斯涌出量进行分析的预测模型。
本发明一种煤矿开采后瓦斯预测模型是这样实现的：本发明一种煤矿开采后瓦斯预测模型包括主体箱、模拟系统和瓦斯涌出量检测器，模拟系统置于主体箱内，瓦斯涌出量检测器置于模拟系统内，模拟系统模拟巷道规模、大气压、开采深度、瓦斯浓度后，瓦斯涌出量检测器对瓦斯涌出量进行检测；
所述主体箱为矩形透明箱体结构，便于和刻度尺比对以填充土层，模拟土层深度；
所述主体箱侧面上开有通槽；
所述模拟系统包括大气模拟装置、巷道模拟装置、瓦斯量模拟装置和控制装置，巷道模拟装置包括土层模拟结构、深度模拟结构和打印通道，深度模拟结构置于土壤模拟结构下方，且通过底板相隔开，打印通道置于土壤模拟结构内；
所述底板上垂直置有和通槽配合的支撑板，所述支撑板对主体箱上通槽进行封堵；
所述支撑板上开有放置孔，能够对打印通道预留通孔；
所述底板和主体箱底部之间形成能够对巷道规模、大气压、开采深度、瓦斯浓度进行控制的控制腔；
所述底板为防水材料制成，避免模拟矿层渗水，使得控制腔干燥，保证控制准确；
所述土壤模拟结构从下向上依次为模拟矿层、碎石层和土壤层；深度控制结构由液压杆和刻度尺组成，所述液压杆控制底板升降；刻度尺置于主体箱侧面上，所述刻度尺上置有碎石层刻度线、土壤层刻度线，能够根据刻度线位置填充土层，以对开采深度进行模拟；
所述土壤模拟结构和主体箱之间的空腔形成地面空气腔；
所述主体箱上置有能够打开以对土层进行添加填充的密封门；
所述大气模拟装置包括气压调节结构和湿度调节结构，气压调节结构置于主体箱顶部，湿度调节结构置于主体箱顶部；
所述气压调节结构为气压计，泄气阀，二号气泵和单向气阀组成，二号气泵置于主体箱上，单向气阀置于二号气泵的出气口处，所述单向气阀位于主体箱内，气压计置于主体箱内；
所述湿度调节结构由降雨喷头、水泵和进水管组成，水泵置于主体箱上，降雨喷头和水泵的出水端相连接，所述降雨喷头位于主体箱内，进水管和水泵的进水端相连接，且相连通；
所述巷道模拟装置为打印通道，所述打印通道出口和放置孔相连通；
所述打印通道为透气材料制成，能够使得瓦斯涌出以进行瓦斯涌出量检测；
所述打印通道内置有对打印通道进行封堵的气囊；
所述瓦斯量模拟装置由瓦斯浓度检测器、一号气泵、瓦斯罐和进气管组成，瓦斯罐位于控制腔内，一号气泵位于控制腔内，所述一号气泵的进气端和瓦斯罐相连接，且相连通，进气管的一端和一号气泵的出气端相连接，且相连通，所述进气管的另一端分成多股，然后穿过底板等距伸入模拟矿层内；
所述支撑板上置有多个等距分布的对土层模拟结构瓦斯浓度进行检测的瓦斯浓度检测器；
控制装置由操作面板和控制箱组成，操作面板置于主体箱外壁上，所述操作面板和控制箱通过数据传输线相连接，所述控制箱控制液压杆伸缩，进而控制底板升降，所述控制箱控制一号气泵的启停，进而控制瓦斯的涌出量，所述控制箱控制水泵启停，所述控制箱控制二号气泵启停。
有益效果
一、能够对开采后的煤矿巷道区域瓦斯涌出量进行精确模拟，进而进行预测，以此达到科学的煤矿规划开采。
二、能够模拟不同深度的巷道环境、不同外界大气压、不同煤场含瓦斯浓度和外界降雨对瓦斯涌出量的影响。
三、利用3D打印技术能够准确模拟处不同形成的开采巷道，进行模拟预测。
附图说明
图1本发明一种煤矿开采后瓦斯预测模型的结构示意图。
附图中
其中为：主体箱(1)，气压计(2)，支撑板(3)，土壤层(4)，碎石层(5)，瓦斯浓度检测器(6)，模拟矿层(7)，打印通道(8)，底板(9)，液压杆(10)，操作面板(11)，控制箱(12)，一号气泵(13)，瓦斯罐(14)，刻度尺(15)，进气管(16)，瓦斯涌出量检测器(17)，地面空气腔(18)，泄气阀(19)，二号气泵(20)，单向气阀(21)，降雨喷头(22)，水泵(23)，进水管(24)。
具体实施方式：
本发明一种煤矿开采后瓦斯预测模型是这样实现的：本发明一种煤矿开采后瓦斯预测模型包括主体箱(1)、模拟系统和瓦斯涌出量检测器(17)，模拟系统置于主体箱(1)内，瓦斯涌出量检测器(17)置于模拟系统内，模拟系统模拟巷道规模、大气压、开采深度、瓦斯浓度后，瓦斯涌出量检测器(17)对瓦斯涌出量进行检测；
所述主体箱(1)为矩形透明箱体结构，便于和刻度尺(15)比对以填充土层，模拟土层深度；
所述主体箱(1)侧面上开有通槽；
所述模拟系统包括大气模拟装置、巷道模拟装置、瓦斯量模拟装置和控制装置，巷道模拟装置包括土层模拟结构、深度模拟结构和打印通道(8)，深度模拟结构置于土壤模拟结构下方，且通过底板(9)相隔开，打印通道(8)置于土壤模拟结构内；
所述底板(9)上垂直置有和通槽配合的支撑板(3)，所述支撑板(3)对主体箱(1)上通槽进行封堵；
所述支撑板(3)上开有放置孔，能够对打印通道(8)预留通孔；
所述底板(9)和主体箱(1)底部之间形成能够对巷道规模、大气压、开采深度、瓦斯浓度进行控制的控制腔；
所述底板(9)为防水材料制成，避免模拟矿层(7)渗水，使得控制腔干燥，保证控制准确；
所述土壤模拟结构从下向上依次为模拟矿层(7)、碎石层(5)和土壤层(4)；深度控制结构由液压杆(10)和刻度尺(15)组成，所述液压杆(10)控制底板(9)升降；刻度尺(15)置于主体箱(1)侧面上，所述刻度尺(15)上置有碎石层(5)刻度线、土壤层(4)刻度线，能够根据刻度线位置填充土层，以对开采深度进行模拟；
所述土壤模拟结构和主体箱(1)之间的空腔形成地面空气腔(18)；
所述主体箱(1)上置有能够打开以对土层进行添加填充的密封门；
所述大气模拟装置包括气压调节结构和湿度调节结构，气压调节结构置于主体箱(1)顶部，湿度调节结构置于主体箱(1)顶部；
所述气压调节结构为气压计(2)、泄气阀(19)、二号气泵(20)和单向气阀(21)组成，二号气泵(20)置于主体箱(1)上，单向气阀(21)置于二号气泵(20)的出气口处，所述单向气阀(21)位于主体箱(1)内；
所述湿度调节结构由降雨喷头(22)、水泵(23)和进水管(24)组成，水泵(23)置于主体箱(1)上，降雨喷头(22)和水泵(23)的出水端相连接，所述降雨喷头(22)位于主体箱(1)内，进水管(24)和水泵(23)的进水端相连接，且相连通；
所述巷道模拟装置为打印通道(8)，所述打印通道(8)出口和放置孔相连通；
所述打印通道(8)为透气材料制成，能够使得瓦斯涌出以进行瓦斯涌出量检测；
所述打印通道(8)内置有对打印通道(8)进行封堵的气囊；
所述瓦斯量模拟装置由瓦斯浓度检测器(6)、一号气泵(13)、瓦斯罐(14)和进气管(16)组成，瓦斯罐(14)位于控制腔内，一号气泵(13)位于控制腔内，所述一号气泵(13)的进气端和瓦斯罐(14)相连接，且相连通，进气管(16)的一端和一号气泵(13)的出气端相连接，且相连通，所述进气管(16)的另一端分成多股，然后穿过底板(9)等距伸入模拟矿层(7)内；
所述支撑板(3)上置有多个等距分布的对土层模拟结构瓦斯浓度进行检测的瓦斯浓度检测器(6)；
控制装置由操作面板(11)和控制箱(12)组成，操作面板(11)置于主体箱(1)外壁上，所述操作面板(11)和控制箱(12)通过数据传输线相连接，所述控制箱(12)控制液压杆(10)伸缩，进而控制底板(9)升降，所述控制箱(12)控制一号气泵(13)的启停，进而控制瓦斯的涌出量，所述控制箱(12)控制水泵(23)启停，所述控制箱(12)控制二号气泵(20)启停；
使用时，首先通过3D打印设备将煤矿开采区域的巷道模型打印而出，通过操作面板(11)控制液压杆(10)升降，对底板(9)位置进行调整，然后打开密封门，根据刻度尺(15)上的刻度线依次对模拟矿层(7)、碎石层(5)和土壤层(4)进行填充，以得到需要的深度，并在填充时，将预先打印好的打印通道(8)配合模拟煤矿层埋设，使得打印通道(8)开口处和支撑板(3)上的放置孔相契合，关上密封门进密封，在打印通道(8)内放入气囊并充气，对打印通道(8)进行封堵，完成埋设；
通过操作面板(11)控制一号气泵(13)启动，通过进气管(16)向土壤模拟结构内输入瓦斯，观察支撑板(3)上的多个瓦斯浓度检测器(6)，对土壤模拟结构内的瓦斯量进行观察，使得模拟矿层(7)内的瓦斯浓度达到指定值；
通过操作面板(11)控制二号气泵(20)向空气腔内充气，并观察气压计(2)，使得空气腔内的气压达到指定值，并通过水泵(23)相空气腔内加湿，使得空气腔内的湿度变化，对大气压强进行模拟；
当实验数值调整完毕后，将打印通道(8)内气囊放气抽出，瓦斯涌入打印通道(8)内，然后将瓦斯涌出量检测器(17)置入其内进行瓦斯涌出量的监测，以此对煤矿开采后的瓦斯涌出进行预测；
达到对煤矿开采后的瓦斯涌出量进行预测的目的。
Claims (10)
1.一种煤矿开采后瓦斯预测模型，包括主体箱、模拟系统和瓦斯涌出量检测器，模拟系统置于主体箱内，瓦斯涌出量检测器置于模拟系统内，其特征在于所述模拟系统模拟巷道规模、大气压、开采深度、瓦斯浓度后，瓦斯涌出量检测器对瓦斯涌出量进行检测。
2.根据权利要求1所述的一种煤矿开采后瓦斯预测模型，其特征在于所述模拟系统包括大气模拟装置、巷道模拟装置、降水模拟装置、瓦斯量模拟装置和控制装置，巷道模拟装置包括土层模拟结构、深度模拟结构和打印通道，深度模拟结构置于土壤模拟结构下方，且通过底板相隔开，打印通道置于土壤模拟结构内；
所述底板上垂直置有和通槽配合的支撑板，所述支撑板对主体箱上通槽进行封堵；所述土壤模拟结构从下向上依次为模拟矿层、碎石层和土壤层；所述土壤模拟结构和主体箱之间的空腔形成地面空气腔；所述大气模拟装置包括气压调节结构和湿度调节结构，气压调节结构置于主体箱顶部，湿度调节结构置于主体箱顶部；所述瓦斯量模拟装置由瓦斯浓度检测器、一号气泵、瓦斯罐和进气管组成，瓦斯罐位于控制腔内，一号气泵位于控制腔内，所述一号气泵的进气端和瓦斯罐相连接，且相连通，进气管的一端和一号气泵的出气端相连接，且相连通，所述进气管的另一端分成多股，然后穿过底板等距伸入模拟矿层内；所述支撑板上置有多个等距分布的对土层模拟结构瓦斯浓度进行检测的瓦斯浓度检测器；
控制装置由操作面板和控制箱组成，操作面板置于主体箱外壁上，所述操作面板和控制箱通过数据传输线相连接，所述控制箱控制液压杆伸缩，进而控制底板升降，所述控制箱控制一号气泵的启停，进而控制瓦斯的涌出量，所述控制箱控制水泵启停，所述控制箱控制二号气泵启停。
3.根据权利要求2所述的一种煤矿开采后瓦斯预测模型，其特征在于所述气压调节结构为气压计、泄气阀、二号气泵和单向气阀组成，二号气泵置于主体箱上，单向气阀置于二号气泵的出气口处，所述单向气阀位于主体箱内；所述湿度调节结构由降雨喷头、水泵和进水管组成，水泵置于主体箱上，降雨喷头和水泵的出水端相连接，所述降雨喷头位于主体箱内，进水管和水泵的进水端相连接，且相连通。
4.根据权利要求2所述的一种煤矿开采后瓦斯预测模型，其特征在于所述深度控制结构由液压杆和刻度尺组成，所述液压杆控制底板升降；刻度尺置于主体箱侧面上，所述刻度尺上置有碎石层刻度线、土壤层刻度线，能够根据刻度线位置填充土层，以对开采深度进行模拟。
5.根据权利要求1或2所述的一种煤矿开采后瓦斯预测模型，其特征在于所述主体箱为矩形透明箱体结构，便于和刻度尺比对以填充土层，模拟土层深度，所述主体箱侧面上开有通槽。
6.根据权利要求5所述的一种煤矿开采后瓦斯预测模型，其特征在于所述主体箱上置有能够打开以对土层进行添加填充的密封门。
7.根据权利要求2所述的一种煤矿开采后瓦斯预测模型，其特征在于所述底板和主体箱底部之间形成能够对巷道规模、大气压、开采深度、瓦斯浓度进行控制的控制腔。
8.根据权利要求2所述的一种煤矿开采后瓦斯预测模型，其特征在于所述巷道模拟装置为打印通道，所述打印通道出口和放置孔相连通，所述打印通道内置有对打印通道进行封堵的气囊。
9.根据权利要求2所述的一种煤矿开采后瓦斯预测模型，其特征在于所述支撑板上开有放置孔，能够对打印通道预留通孔。
10.根据权利要求2所述的一种煤矿开采后瓦斯预测模型，其特征在于通过操作面板控制一号气泵启动，通过进气管向土壤模拟结构内输入瓦斯，观察支撑板上的多个瓦斯浓度检测器，对土壤模拟结构内的瓦斯量进行观察，使得模拟矿层内的瓦斯浓度达到指定值；通过操作面板控制二号气泵向空气腔内充气，并观察气压计，使得空气腔内的气压达到指定值，并通过水泵相空气腔内加湿，使得空气腔内的湿度变化，对大气压强进行模拟。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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