CN113834754B - 一种用于煤与瓦斯突出动力效应模拟实验补气装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于煤与瓦斯突出动力效应模拟实验的补气装置，包括设定体积的补气罐及连接补气罐与突出腔体的设定管径的补气管路，突出腔体的后端密封并设有充气法兰，补气管路安设有单向阀，当突出腔体内的压力低于补气罐压力时，补气罐气体通过补气管路经充气法兰进入突出腔体实现补气，突出腔体分为突出腔体主体和突出口，补气罐为耐高压高强度金属罐体，突出腔体及突出口均为空心圆柱形。本发明提供了补气罐并计算了配套的补气管径，充分考虑突出孔洞周围卸压煤体解吸瓦斯对突出的作用，使得对突出动力效应的实验研究更加完善。

Description

一种用于煤与瓦斯突出动力效应模拟实验补气装置
技术领域
本发明属于瓦斯实验设备技术领域，具体是一种用于煤与瓦斯突出动力效应模拟实验补气装置。
背景技术
煤与瓦斯突出是煤矿典型动力灾害之一，具有极强破坏性，严重制约煤矿安全生产。目前针对煤与瓦斯突出的研究通常以突出孔洞为设定对象开展研究，主要考虑突出范围内煤体做功及瓦斯作用，而在突出动力效应研究中更是较少考虑突出孔洞周围卸压煤体解吸瓦斯对突出的作用。然而，在突出涉及破碎煤体的抛出过程中，卸压区解吸瓦斯均有不同程度的参与，卸压区解吸瓦斯的参与作用不可忽视。基于此，亟需研发一种具备补气功能的装置，从实验角度对卸压区解吸瓦斯进行研究，以期进一步提高对煤与瓦斯突出动力效应的认识。
发明内容
本发明为了解决上述问题，充分考虑突出孔洞周围卸压煤体解吸瓦斯对突出的作用，实验装置设置精巧、简便易操作，提供一种用于煤与瓦斯突出动力效应模拟实验补气装置及使用方法。
本发明采取以下技术方案：一种用于煤与瓦斯突出动力效应模拟实验补气装置，包括补气罐，补气罐与补气管路连接，补气管路上设置有单向阀，补气管路另一端与突出腔体连通，突出腔体包括突出腔体主体和突出口，所述的突出腔体主体及突出口均为空心圆柱形，所述的突出腔体的后端密封并设有与补气管路连接的充气法兰。
一种用于煤与瓦斯突出动力效应模拟实验补气装置的使用方法，包括补气罐设定体积V的求取方法以及补气管路设定管径d1的求取方法。
其中，补气罐设定体积V的求取方法包括以下步骤：
S1.1～利用突出腔体体积V0获得突出煤体的当量半径r；其中，V0＝π(D2L+d2l)/4，D-突出腔体主体直径，mm；L-突出腔体主体长度，mm；d-突出口直径，mm；l-突出口长度，mm；
S1.2～根据r获得除突出腔体外的卸压区煤体的当量半径R；其中，R＝1.8886r0.935。
S1.3～根据r和R获得除突出腔体外的卸压区煤体的体积V1；其中，V1＝4π(R3-r3)/3。
S1.4～结合煤层瓦斯压力p1及孔隙率ω0获得卸压区参与突出做功的游离瓦斯体积V即为补气罐1的设定体积；其中，V＝10V1p1ω0＝40p1ω0π(R3-r3)/3。
其中，管径d1的求取方法包括以下步骤：
S2.1～确定单位时间内向突出腔体补充瓦斯量Q2及气流速度v；其中，Q2＝4Q1(DL+d1)/d0 2，Q1-实测标准煤样在瓦斯压力p1条件下达峰值强度破坏时瓦斯渗速度；mL/s；d0-标准煤样直径，mm；气流速度ρ-瓦斯压力p1时的密度，kg/m3；Δp取0.1atm。
S2.2～根据气流速度v及补气罐在单位时间内向突出腔体补充瓦斯量Q2确定补气管路内径d1；其中，
与现有技术相比，本发明具有以下：
1)本发明提供了补气罐体并设计了相应的配套的补气管径，充分考虑突出孔洞周围卸压煤体解吸瓦斯对突出的作用，使得对突出动力效应的实验研究更加完善。
2)本发明通过设置在突出腔体主体的后端的充气法兰进行充气，使得充气均匀、高效，的同时能够使补气罐内的气体向突出腔体均匀补气。
3)依托本发明实验装置开展相关研究，可进一步提高对煤与瓦斯突出动力效应的认识。
附图说明
图1是本发明充气法兰整体结构图；
图2是本发明一种用于煤与瓦斯突出动力效应模拟实验的补气装置整体结构图；
其中，1.补气罐，2.补气管路，3.充气法兰，4.单向阀，5.突出腔体主体，6.突出口。
具体实施方式
为了充分体现本发明的特征与优点，下面将结合附图及具体实施例予以详细叙述。
如图1-图2所示，一种用于煤与瓦斯突出动力效应模拟实验的补气装置，设定体积V的补气罐1及连接补气罐1与突出腔体的设定管径d1的补气管路2；所述补气罐1为耐高压高强度金属罐体，所述突出腔体分为突出腔体主体5和突出口6，所述突出腔体主体5及突出口6均为空心圆柱形，所述突出腔体的后端密封并设有充气法兰3，所述补气管路2安设有单向阀4，当突出腔体内的压力低于补气罐1压力时，补气罐气体通过补气管路2经充气法兰3进入突出腔体实现补气。
补气罐1设定体积V的求取方法为：
第1.1步，利用突出腔体体积V0获得突出煤体的当量半径r；其中，V0＝π(D2L+d2l)/4，D-突出腔体主体直径，mm；L-突出腔体主体长度，mm；d-突出口直径，mm；l-突出口长度，mm；
第1.2步，根据r获得除突出腔体外的卸压区煤体的当量半径R；其中，R＝1.8886r0.935；
第1.3步，根据r和R获得除突出腔体外的卸压区煤体的体积V1；其中，V1＝4π(R3-r3)/3；
第1.4步，在第1.3步的基础上结合煤层瓦斯压力p1及孔隙率ω0获得卸压区参与突出做功的游离瓦斯体积V即为补气罐1的设定体积；其中，V＝10V1p1ω0＝40p1ω0π(R3-r3)/3；
所述设定管径d1的求取方法为：
第2.1步，确定单位时间内向突出腔体补充瓦斯量Q2及气流速度v；其中，Q2＝4Q1(DL+dl)/d0 2，Q1-实测标准煤样在瓦斯压力p1条件下达峰值强度破坏时瓦斯渗速度；mL/s；d0-标准煤样直径，mm；气流速度ρ-瓦斯压力p1时的密度，kg/m3；Δp取0.1atm；
第2.2步，根据气流速度v及补气罐在单位时间内向突出腔体补充瓦斯量Q2确定补气管路内径d1；其中，
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (4)

1.一种用于煤与瓦斯突出动力效应模拟实验补气装置，其特征在于：包括补气罐(1)，补气罐(1)与补气管路(2)连接，补气管路(2)上设置有单向阀(4)，补气管路(2)另一端与突出腔体连通，突出腔体包括突出腔体主体(5)和突出口(6)，所述的突出腔体的后端密封并设有与补气管路(2)连接的充气法兰(3)；
补气罐的体积V以及补气管路的管径d1的计算公式如下：
V＝10V1p1ω0＝40p1ω0π(R3-r3)/3；
式中，V1为卸压区煤体的体积；
R为除突出腔体外的卸压区煤体的当量半径；
r为突出煤体的当量半径；
p1为煤层瓦斯压力；
w0为孔隙率；
式中，Q1-实测标准煤样在瓦斯压力p1条件下达峰值强度破坏时瓦斯渗速度；mL/s；
d0-标准煤样直径，mm；
气流速度
ρ-瓦斯压力p1时的密度，kg/m3；
Δp取0.1atm；
D—突出腔体主体直径，mm；
L—突出腔体主体长度，mm；
d—突出口直径，mm；
l—突出口长度，mm。
2.根据权利要求1所述的用于煤与瓦斯突出动力效应模拟实验补气装置，其特征在于：所述的突出腔体主体(5)及突出口(6)均为空心圆柱形，突出腔体主体(5)得直径大于突出口(6)的直径。
3.根据权利要求1所述的用于煤与瓦斯突出动力效应模拟实验补气装置，其特征在于：
4.根据权利要求1所述的用于煤与瓦斯突出动力效应模拟实验补气装置，其特征在于：R＝1.8886r0.935。
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