CN201935906U - 煤与瓦斯突出实验模拟装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种煤与瓦斯突出实验模拟装置，包括煤样室和气压加载设备，所述煤样室中设置有至少一个用于放置煤样的煤样型腔，气压加载设备包括瓦斯气瓶和与瓦斯气瓶连接的加压气体通道，加压气体通道与煤样室中的煤样型腔相连通，煤样室上设置有工作时与煤样型腔连通的煤与瓦斯喷出口，在煤与瓦斯喷出口处设置有用于控制喷出口导通的控制装置，煤样室上设置有用于检测煤样室内部压力的压力采集设备，在煤样室外设置有用于对煤样型腔内部煤样拍照的第一照相机，煤样室上设有与第一照相机相对应的透明部分，在煤样室外对应于煤与瓦斯喷出口的位置设置有用于拍摄煤与瓦斯喷出的第二照相机，在煤样室下部设置有用于驱动煤样室上下震动的震动器。
Description
技术领域
本实用新型属于煤炭科研技术领域，特别涉及一种煤与瓦斯突出实验模拟装置。
背景技术
煤与瓦斯突出是严重威胁煤矿安全井下的一种非常严重的自然灾害。它不仅威胁煤矿职工的人身安全，也是制约煤矿生产效率的主要因素。我国是世界上灾害最严重的国家之一，近十年来，每年平均灾害损失近1600亿元，相当于国民生产总值的3.8﹪，这一比例是发达国家的十倍以上。我国煤炭工业战线上的广大工人、干部和科技人员，在同煤和瓦斯突出作斗争的过程中，积累了比较丰富的经验，大家比较一致的观点认为：煤与瓦斯突出是在地应力、瓦斯压力、煤体结构等共同作用下的结果。发生在井下的煤与瓦斯突出，具有时间短、危害大等特点，导致煤与瓦斯突出的过程，很难被真实观察并记录下发生突出的全过程，这也导致了目前对于发生煤与瓦斯突出的机理不明，进而影响了煤与瓦斯突出防治技术的发展。
为了更好地了解煤与瓦斯突出发生时各种参数的变化、不同条件下煤与瓦斯突出发生的强度及突出发生的机理，特研制出一种煤与瓦斯突出实验模拟装置，以便能为解释煤与瓦斯突出提供一种思路。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种煤与瓦斯突出实验模拟装置，以针对煤与瓦斯突出时各种参数变化难以记录、突出过程难以被真实记录的技术问题。
为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：煤与瓦斯突出实验模拟装置，包括煤样室和气压加载设备，所述煤样室中设置有至少一个用于放置煤样的煤样型腔，气压加载设备包括瓦斯气瓶和与瓦斯气瓶连接的加压气体通道，所述的加压气体通道与煤样室中的煤样型腔相连通，煤样室上设置有工作时与煤样型腔连通的煤与瓦斯喷出口，在煤与瓦斯喷出口处设置有用于控制喷出口导通的控制装置，煤样室上设置有用于检测煤样室内部压力的压力采集设备，在煤样室外设置有用于对煤样型腔内部煤样拍照的第一照相机，煤样室上设有与第一照相机相对应的透明部分，在煤样室外对应于煤与瓦斯喷出口的位置设置有用于拍摄煤与瓦斯喷出的第二照相机，在煤样室下部设置有用于驱动煤样室上下震动的震动器。
所述的震动器并行设置有两个，两个震动器分设于煤样室的两端。
所述的震动器包括气缸和活塞，活塞的顶部与煤样室固定连接，活塞的底部密封滑动装配在气缸中，在气缸的与活塞行程相对应的配合段上设置有排气口，在气缸上于排气口的下方设置有进气口，该进气口通过管道连接有加压器。
所述的煤样室上设置的压力采集设备包括对应于每个煤样型腔所设置用于检测煤样型腔内部压力的压力表或压力传感器。
所述的煤样室中的煤样型腔至少有两个，所述的至少两个煤样型腔由设置在煤样室中的分隔装置分隔而成，所述的加压气体通道包括相对应的与每个煤样型腔相连接的独立的输入气体通道。
所述的加压气体通道还包括用于连接瓦斯气瓶和各独立的输入气体通道的气源分配器。
所述的独立的输入气体通道上设置有用于检验气体通道中瓦斯气体流量的流量计。
所述的分隔装置为相邻煤样型腔之间设置的旋转阀。
所述的煤样室的煤与瓦斯喷出口设置在煤样室的一端端部，所述的用于控制煤与瓦斯喷出口导通的控制装置为煤样室上对应于设有煤与瓦斯喷出口的一端端部所设置的挡板，在煤样室的安装有挡板的端部设置有用于收集从煤与瓦斯喷出口处喷出的煤与瓦斯的收集器。
所述的煤样室的煤与瓦斯喷出口为煤样室上对应于各个独立的煤样型腔所设置的多个互不影响的喷口，所述的用于控制煤与瓦斯喷出口导通的控制装置为煤样室上对应于各个喷口的位置所设置的多个挡板，在煤样室的安装有挡板的 位置设置有用于收集从喷口处喷出的煤与瓦斯的收集器。
本实用新型的有益效果是：本实用新型煤与瓦斯突出实验模拟装置包括煤样室，煤样室由气压加载装置供气，在煤样室上设置有煤与瓦斯喷出口，煤样室下部设置有用于驱动煤样室震动的震动器，并且在煤样室外设置有用于采集数据的第一照相机和第二照相机。使用本实用新型所提供的实验模拟装置时，在煤样室的煤样型腔中放入待检测的煤样，由气压加载装置向煤样型腔中充入饱和的瓦斯气体，然后由震动器以适当的频率和振幅驱动煤样室震动，当煤样混合饱和的瓦斯气体从煤与瓦斯喷出口喷出时，由第一照相机和第二照相机通过抓拍采集数据，根据收集到的数据做出反映煤与瓦斯突出量的曲线。本实用新型中煤样室能够模拟瓦斯的压力和煤体物理力，并由震动器驱动煤样室震动，使得整个模拟过程更接近实际的煤与瓦斯突出以及煤的破坏过程，并可清楚的观察并记录，为煤与瓦斯突出的预测和预防提供中理论依据。通过控制装置使得煤与瓦斯喷出口处关闭，这样煤样室呈封闭状，由气压加载装置向煤样室中输入瓦斯气体，从而模拟煤体物理力和瓦斯压力。本实用新型结构简单、制作成本低，以较低的成本和简单的结构实现可视化的监测、实验模拟煤与瓦斯突出。在本实用新型中所提供的煤样室上安装压力采集设备，从而可以监测煤样室中瓦斯气体的压力，这样可以使得整个装置在模拟实验各种不同压力下的煤与瓦斯突出时，便于实验人员操作和记录。
附图说明
图1是本实用新型实施例1的结构示意图；
图2为图1中的震动器部分结构示意图。
具体实施方式
实施例1：
如图1、图2所示，煤与瓦斯突出实验模拟装置，包括煤样室12和气压加载设备，煤样室12中设置有多个用于放置煤样的煤样型腔，气压加载设备包括瓦斯气瓶1和与瓦斯气瓶1相连接的加压气体通道，气压加载设备的加压气体通道与煤样室12中的煤样型腔的内部连通，煤样室12上设置有工作时与煤样型连通的煤与瓦斯喷出口，在煤与瓦斯喷出口处设置有用于控制喷出口导通的控制装置，在煤与瓦斯喷出口处设置有用于收集从煤样室中喷出的煤与瓦斯的收集器9，煤样室12上设置有用于检测煤样室内部压力的压力采集设备，本实施例中的压力采集装置为煤样室上设置的用于检测煤样室内部压力的压力表4，具体实施时，还可以采用压力传感器等其他压力检测装置作为压力采集设备，在煤样室12外设置有用于对煤样室内部煤样拍照以采集数据的第一照相机8，煤样室12上设置有与第一照相机8相对应的透明部分，如图1所示煤样室12上的透明区域11，在煤样室外对应于煤与瓦斯喷出口的位置设置有用于拍摄煤与瓦斯喷出时状态的第二照相机22，在煤样室12下部设置有用于驱动煤样室震动的震动器7，在本实施例中震动器并行设置有两个，两个震动器分设于煤样室的两端，两个震动器工作时同步动作，在本实施例中震动器包括气缸16和活塞14，活塞14的顶部与煤样室12固定连接，活塞12的底部密封滑动装配在气缸16中，在气缸16的与活塞14行程相对应的配合段上设置有排气口15，在气缸16上于排气口的下方设置有进气口17，进气口17通过管道连接有加压器13。
如图2所示，加压器13通过管道及进气口17向气缸16中加压，当活塞14的下部向上的推力大于活塞所承受的煤样室及自身重力所形成的压力时，活塞14向上运动，当活塞运动到排气口15的上方时，气体通过排气口15泄漏。活塞下部的推力降低，直至小于活塞所承受压力，活塞在煤样室及自身重力所形成的压力作用下向下运动，堵住排气口15，然后活塞下部的推力重新上升，当活塞14的下部向上的推力大于活塞在所受的压力时，活塞14重新向上运动，如此循环往复使得煤样室发生震动。
如图1所示，加压器13向左右两个震动器同时供气，并且在气缸16中设置有用于对活塞行程的下极限位置限位的限位块18，两个震动器的结构不完全相同，右震动器的活塞由两部分构成，右震动器包括活塞杆状上部23和活塞管状下部24，活塞杆状上部23的顶端与煤样室12固定连接，活塞管状下部24滑动装配在气缸中，活塞管状下部24的管壁上沿活塞轴向设置有多个安装孔，在活塞杆状上部23的底部设置有与活塞管状下部上的安装孔相对应的通孔，通过销钉将活塞杆状上部与活塞管状下部固定连接。具体实施时，可以通过调整活塞杆状上部与活塞管状下部的相互连接关系来调整煤样室的水平角度，从而模拟煤层的不同倾角。
上述实施例中采用两个并行设置的震动器驱动煤样室震动，具体实施时，可以采用一个震动器来驱动煤样室震动，或者采用三个震动器驱动煤样室震动。
本实施例中震动器驱动煤样室沿活塞轴向做上、下震动以模拟煤与瓦斯突出时煤层的震动。
本实施例中的震动器为气动，具体实施还可以从采用液压震动器或其他结构的低频低副的震动器来驱动煤样室震动。
在图1中，煤样室由分隔装置分隔为多个煤样型腔，在具体实施时，也可以设置成一个煤样型腔，此时不需要在煤样室中设置分隔装置。
如图1所示，煤样室12由设置在煤样室中的分隔装置分隔成四个独立的煤样型腔，在本实施例中的分割装置为设置在相邻煤样型腔之间设置的旋转阀5，当旋转阀5关闭时，煤样室12被分割为独立的煤样型腔，此时气压加载设备的加压气体通道包括与瓦斯气瓶连通的气源分配器和用于连接气源分配器及各独立的煤样型腔的输入气体通道20，在各独立的输入气体通道20上设置有用于检验气体通道中瓦斯气体流量的流量计3。
在本实施例中，如图1所示，所述的煤样室的煤与瓦斯喷出口设置在煤样室的一端端部，所述的用于控制煤与瓦斯喷出口导通的控制装置为煤样室上对应于设有煤与瓦斯喷出口的的一端端部所设置的挡板6，在煤样室的安装有挡板的端部设置有用于收集从煤与瓦斯喷出口处喷出的煤与瓦斯混合物的收集器9。在煤样室外对应于煤样室的煤与瓦斯喷出口的位置设置有用于拍摄煤与瓦斯喷出时状态的第二照相机22。
使用本实施例中的试验装置做煤与瓦斯突出模拟实验时，首先将选取的煤样10分别装入四个独立的煤样型腔中，煤样10为预制或预选好的煤样，煤样可以为相同的煤样，也可以为不同的煤样，然后由瓦斯气瓶1通过气源分配器2及各独立的输入气体通道20向独立的煤样型腔中输入瓦斯气体，在向煤样型腔中装入煤样和输入瓦斯气体时从左到右依次进行，当一个煤样型腔中装入所选取的煤样后且注入气体压力达到实验要求后再进行下一个区域的装载。在气体加压过程中，要首先进行小排量的加压，将煤样型腔和煤样中的空气替换出来后，再将旋转阀5关闭，煤样型腔成封闭空间，向煤样型腔中继续加压以保证实验压力。在所有的煤样型腔中都装好煤样后且其内部气体压力均达到实验要求时，打开旋转阀，震动器7驱动煤样室12动作，然后打开煤与瓦斯喷出口处的挡板6，煤与瓦斯混合物从此处喷出，此时，第一照相机8和22对透明观察区和喷出口进行连续抓拍以采集数据，并通过压力表4的变化对各个区域的压力变化情况做记录。因为通过照相机所拍摄到的图片来采集数据为现有技术中，在现有的一些文献和申请的专利中已有描述，在次不再赘述。最后根据收集到的各种数据，作出不同瓦斯压力、不同类型煤样的煤与瓦斯突出量的曲线。本实用新型中所采用的实验模拟装置采用耦合分析不同瓦斯压力、不同类型煤样的煤与瓦斯突出量的关系，为解决煤层开采用不同类型煤体在不同瓦斯压力状态下煤与瓦斯突出问题提供依据。
上述实施例中在四个独立的煤样型腔中从左至右依次装入原始应力区的煤、应力升高区的煤、应力峰值区的煤和应力降低区的煤，并且通过气源分配器向不同的煤样型腔中输入不同压力的瓦斯气体，从而保证本装置对不同压力、不同煤样的煤层做煤与瓦斯突出模拟实验。也可以在二个或三个或四个煤样型腔中装入同类型的煤样，通过气源分配器向煤样型腔中输入不同压力的瓦斯气体，这样可以检测同类型煤样在不同瓦斯气体压力作用下的煤与瓦斯突出量。
实施例2：
其与实施例1的不同之处在于：在煤样室中用于将煤样室分隔成独立的煤样型腔的分隔装置为隔板，隔板与煤样室固定连接，且所述的煤样室的煤与瓦斯喷出口为煤样室上对应于各个独立的煤样型腔所设置的多个互不影响的喷口，所述的用于控制煤与瓦斯喷出口导通的控制装置为煤样室上对应于各个喷口的位置所设置的多个挡板，此时，在煤样室的安装有挡板的位置设置有用于收集从喷口处喷出的煤与瓦斯的收集器，每个独立的煤样型腔上均对应一个收集器。
使用时，向每个独立的煤样型腔中装入不同的煤样，然后向煤样型腔中充入瓦斯气体，待煤样型腔中的瓦斯气体的压力达到实验要求时，打开震动器，震动器驱动煤样室震动，然后打开挡板，各煤样型腔中的煤样及瓦斯气体从喷口出喷出，由不同的收集器收集。
如图2所示，上述两个实施例中的气缸16固设在气缸座19上，用于支撑震动器及煤样室。
上述两个实施例中的实验模拟装置，采用震动器驱动煤样室震动，这样整个模拟实验过程更接近于煤与瓦斯突出的真实情况，使用时，在将瓦斯气体充入煤样型腔中时，保持气压一段时间，使得瓦斯气体与煤样充分吸附，然后打开挡板，通过照相机和压力采集装置采集图像和压力数据，将压力采集设备通过输出线路与计算机相连，将压力变化数据输入至计算机中以记录，试验完成后，分析煤的破坏过程及其原因，为煤与瓦斯突出激励的解释提供指导。
以上两个实施例仅用于说明本实用新型的技术方案而非限制，根据本实用新型的精神，本领域的普通技术人员可以得到的对本实用新型的技术方案进行的等同替换同样应当落在本实用新型的保护范围内。
Claims (10)
1.煤与瓦斯突出实验模拟装置，其特征在于：包括煤样室和气压加载设备，所述煤样室中设置有至少一个用于放置煤样的煤样型腔，气压加载设备包括瓦斯气瓶和与瓦斯气瓶连接的加压气体通道，所述的加压气体通道与煤样室中的煤样型腔相连通，煤样室上设置有工作时与煤样型腔连通的煤与瓦斯喷出口，在煤与瓦斯喷出口处设置有用于控制喷出口导通的控制装置，煤样室上设置有用于检测煤样室内部压力的压力采集设备，在煤样室外设置有用于对煤样型腔内部煤样拍照的第一照相机，煤样室上设有与第一照相机相对应的透明部分，在煤样室外对应于煤与瓦斯喷出口的位置设置有用于拍摄煤与瓦斯喷出的第二照相机，在煤样室下部设置有用于驱动煤样室上下震动的震动器。
2.根据权利要求1所述的煤与瓦斯突出实验模拟装置，其特征在于：所述的震动器并行设置有两个，两个震动器分设于煤样室的两端。
3.根据权利要求2所述的煤与瓦斯突出实验模拟装置，其特征在于：所述的震动器包括气缸和活塞，活塞的顶部与煤样室固定连接，活塞的底部密封滑动装配在气缸中，在气缸的与活塞行程相对应的配合段上设置有排气口，在气缸上于排气口的下方设置有进气口，该进气口通过管道连接有加压器。
4.根据权利要求1所述的煤与瓦斯突出实验模拟装置，其特征在于：所述的煤样室上设置的压力采集设备包括对应于每个煤样型腔所设置用于检测煤样型腔内部压力的压力表或压力传感器。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的煤与瓦斯突出实验模拟装置，其特征在于：所述的煤样室中的煤样型腔至少有两个，所述的至少两个煤样型腔由设置在煤样室中的分隔装置分隔而成，所述的加压气体通道包括相对应的与每个煤样型腔相连接的独立的输入气体通道。
6.根据权利要求5所述的煤与瓦斯突出实验模拟装置，其特征在于：所述的加压气体通道还包括用于连接瓦斯气瓶和各独立的输入气体通道的气源分配器。
7.根据权利要求6所述的煤与瓦斯突出实验模拟装置，其特征在于：所述的独立的输入气体通道上设置有用于检验气体通道中瓦斯气体流量的流量计。
8.根据权利要求5所述的煤与瓦斯突出实验模拟装置，其特征在于：所述的分隔装置为相邻煤样型腔之间设置的旋转阀。
9.根据权利要求8所述的煤与瓦斯突出实验模拟装置，其特征在于：所述的煤样室的煤与瓦斯喷出口设置在煤样室的一端端部，所述的用于控制煤与瓦斯喷出口导通的控制装置为煤样室上对应于设有煤与瓦斯喷出口的一端端部所设置的挡板，在煤样室的安装有挡板的端部设置有用于收集从煤与瓦斯喷出口处喷出的煤与瓦斯的收集器。
10.根据权利要求5所述的煤与瓦斯突出实验模拟装置，其特征在于：所述的煤样室的煤与瓦斯喷出口为煤样室上对应于各个独立的煤样型腔所设置的多个互不影响的喷口，所述的用于控制煤与瓦斯喷出口导通的控制装置为煤样室上对应于各个喷口的位置所设置的多个挡板，在煤样室的安装有挡板的 位置设置有用于收集从喷口处喷出的煤与瓦斯的收集器。
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