CN203630127U

CN203630127U - 突出煤粉瓦斯两相流动力测定实验装置

Info

Publication number: CN203630127U
Application number: CN201320879190.XU
Authority: CN
Inventors: 周爱桃; 王凯; 李鹏; 臧杰; 郑吉玉; 吴则琪; 宇星
Original assignee: China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Current assignee: China University of Mining and Technology CUMT; China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Priority date: 2013-12-27
Filing date: 2013-12-27
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2023-12-27

Abstract

本实用新型公开了一种突出煤粉瓦斯两相流动力测定实验装置，包括地应力加载装置、突出腔体，突出腔体连接有模拟巷道，模拟巷道中设有多个压力传感器和温度传感器及高速摄影装置，压力传感器和温度传感器及高速摄影装置分别与数据采集系统连接。可以通过实验的方式得出突出煤粉瓦斯两相流在不同类型巷道中传播规律，从而为防突风门的安装位置、防突风门需要达到的抗冲击强度设计提供依据。

Description

突出煤粉瓦斯两相流动力测定实验装置

技术领域

本实用新型涉及一种煤与瓦斯突出实验装置，尤其涉及一种突出煤粉瓦斯两相流动力测定实验装置。

背景技术

由于煤与瓦斯突出本身具有的特殊性，对现场煤与瓦斯突出过程进行全方位实时跟踪研究的危险性太大，为了较好的再现突出过程以及突出冲击波传播规律，有必要依靠实验室模拟手段进行煤与瓦斯突出机制的研究与探索，揭示突出煤粉瓦斯两相流动力及瓦斯风压诱导的矿井风流灾变规律，从而为突出矿井安全防护与抗灾系统设计、灾变通风以及突出事故应急预案的制定提供理论依据，对突出矿井抗灾救护及有效防止二次灾害事故的发生具有重要的理论和现实意义。为了通过实验的手段模拟突出的发生、发展过程，国内外学者在试验模拟方面也做了大量研究，邓全封开展了一维模拟试验研究，定量研究了突出强度与煤体所受的垂直应力、瓦斯压力的关系；孟祥跃等设计了二维突出装置试验系统，试验研究结果表明，煤体存在开裂和突出两种破坏形式，破坏面以拉伸强间断的形式向外不断传播，煤体初期的破坏呈轴对称。蔡成功设计了三维突出模拟试验系统，通过大量试验数据，拟合得到突出强度与三向应力、瓦斯压力、型煤强度的数学关系式，认为突出强度受应力和煤的力学性质影响最大；丁雁生利用激波管开展了突出试验，研究结果表明，随着瓦斯压力的变化，煤体会出现低压开裂和高压抛出两种破坏模式；重庆大学自行研制开发了三维突出模拟系统，得出了在突出过程中煤体温度、突出强度、孔洞形态和突出煤样粉碎性以及煤粉粒级分布的变化规律。综上所述，现有的试验设备主要是研究在不同瓦斯压力、地应力作用下，不同型煤的破坏形式，以及瓦斯压力、地应力和型煤强度之间的关系，对突出过后冲击气流传播规律研究较少。

现有的试验设备主要是探讨在不同瓦斯压力、地应力作用下，不同型煤的破坏形式，以及瓦斯压力、地应力和煤体本身结构之间的关系，对突出过后冲击波传播规律研究较少，虽然河南理工大学魏建平等自行开发了一套煤与瓦斯突出模拟装置，该套装置较好地模拟出发生突出这一复杂的动力现象，成功地模拟了突出发生过程中冲击波在巷道中的传播过程，但该装置设计相对简单，不能很好模拟突出过程中瓦斯压力、地应力等影响因素的耦合关系。

因此，现有的突出模拟装置均存在一定的局限性，迫切需要研制出一种更加先进的大型煤与瓦斯突出试验装备，该套装置既能再现突出过程的影响因素，也能够研究突出后冲击波的传播规律，以更深层次地探索煤与瓦斯突出。

现有技术中的一种“大型煤与瓦斯突出模拟试验台”，主要由煤与瓦斯突出模具、快速释放机构、承载框架、电流伺服加载装置、翻转机构、主机支架及附属装置组成，该试验台可以进行大尺寸、不同倾角煤层在不同地应力和不同瓦斯压力条件下煤与瓦斯突出模拟试验；同时通过对突出煤样施加均布荷载和阶梯形荷载，还可模拟工作面前方造成突出的局部应力集中现象，用于更深层次地探索煤与瓦斯突出机制。

上述现有技术能够较好的模拟不同地应力和不同瓦斯压力条件下煤与瓦斯突出机制，但是不能够实现对突出煤粉瓦斯两相流的动力进行测定。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种可以通过实验的方式得出突出煤粉瓦斯两相流在不同类型巷道中传播规律的突出煤粉瓦斯两相流动力测定实验装置。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

本实用新型的突出煤粉瓦斯两相流动力测定实验装置，包括地应力加载装置、突出腔体，所述突出腔体连接有模拟巷道，所述模拟巷道中设有多个压力传感器和温度传感器及高速摄影装置，所述压力传感器和温度传感器及高速摄影装置分别与数据采集系统连接。

由上述本实用新型提供的技术方案可以看出，本实用新型实施例提供的突出煤粉瓦斯两相流动力测定实验装置，由于包括地应力加载装置、突出腔体，突出腔体连接有模拟巷道，模拟巷道中设有多个压力传感器和温度传感器及高速摄影装置，压力传感器和温度传感器及高速摄影装置分别与数据采集系统连接。可以通过实验的方式得出突出煤粉瓦斯两相流在不同类型巷道中传播规律，从而为防突风门的安装位置、防突风门需要达到的抗冲击强度设计提供依据。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的突出煤粉瓦斯两相流动力测定实验装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将对本实用新型实施例作进一步地详细描述。

本实用新型的突出煤粉瓦斯两相流动力测定实验装置，其较佳的具体实施方式是：

包括地应力加载装置、突出腔体，所述突出腔体连接有模拟巷道，所述模拟巷道中设有多个压力传感器和温度传感器及高速摄影装置，所述压力传感器和温度传感器及高速摄影装置分别与数据采集系统连接。

所述突出腔体设有真空表、防震压力表、抽气装置、充气装置。

所述模拟巷道由多节圆形管道装配而成，包括主巷道和支巷道，每节管道的两端设有法兰相邻两节管道的法兰之间设有橡胶垫。

所述地应力加载装置为单向加载装置或三轴加载装置。

本发明的突出煤粉瓦斯两相流动力测定实验装置，能够实现模拟不同地应力、瓦斯压力作用下煤与瓦斯突出机制，更能够模拟突出煤粉瓦斯两相流动力衰减特征。

具体实施例：

如图1所示，包括地应力加载装置、突出腔体、模拟巷道、压力传感器以及高速摄像

装置。

(1)突出腔体：

设计的突出腔体的净直径为500mm、高550mm、壁厚12mm、底厚18mm、耐压强度可达6MPa。突出腔体安装有三通接头、真空表以及防震压力表，用于测量抽气时装置内的真空度及充气时腔体内的气体压力，突出腔体还设有充、排气口，上方有加载装置。

(2)模拟巷道：

采用圆形管道作为模拟巷道，巷道截面有20cm、30cm和40cm三种类型，节长可分为0.5m、1.0m、1.5m和2.0m四种类型，管道两端安装法兰，便于对巷道连接及拆卸，法兰上橡胶垫具有较好的气密性。根据试验要求，在模拟巷道的不同位置留有测压孔。在模拟巷道的不同位置上有压力、温度传感器。整个模拟巷道用厚3.8mm的钢管焊制而成，能够承受3MPa以上压力。模拟巷道固定在地面上，拆装较为方便，结构稳定。

(3)数据采集系统：

选用TDEC型海量动态信号记录分析仪（由四川拓普测控科技有限公司研制），该仪器配备有TDEC高性能PCI/ISA数据采集卡，专用采集直接存盘接口芯片以及专用的便携式工业级电脑。TDEC型海量动态信号记录分析仪设有8个通道，采样率10B～500M/s，采样长度为40G，可以满足微秒级的采样要求；该仪器还具有自动采集、存储、数据处理、显示的功能，同时还将数据以word的形式输出并保存。

(4)压力传感器：

选用CYG系列压力变送器，由两部分组成，即传感器部分和信号处理部分。采用国际标准信号0～5V或4～20mA输出，体积小、重量轻、长期稳定性好，可以通过螺栓固定在模拟巷道的管壁上，安装调试较为方便。该传感器的主要性能指标如下：

(5)高速摄像装置：

高速拍摄相机，借助高速摄像机对突出发生的瞬间进行全程录像，以方便对突出过程进行细微研究。拟使用HG100K型高速摄像机，由美国RCDIAKEMASD生产；该机方便安装在恶劣场合，具有研究快速运动特性、快速反应特性等优点，特别适合煤与瓦斯突出过程的全程录像。

试验模拟突出煤粉瓦斯两相流动力传播规律，即在模拟突出的基础上，增加突出管道，模拟突出煤粉瓦斯两相流动力传播特征。在冲击气流的传播过程中，监测不同位置冲击波的超压随时间的变化，从而进一步得到突出煤粉两相流在巷道中的传播规律。

试验采用薄膜加压诱突方式，试验不同薄膜的极限压力，在充气过程中充入的气体压力稍微低于极限压力，并保持一段时间。突出时只需要加入极少的气体，当气体压力超过薄膜极限压力时，薄膜就会破裂诱导突出的发生。突出发生后，产生的冲击气流在巷道内传播，布置在巷道内的压力传感器采集到模拟信号，并转换成电信号，这些电信号经过放大器输入到数据采集系统，然后经过数据采集系统的调制、采样、滤波、放大以及传送，最后把信号存储。同时动态数据采集系统对传输进来的电信号进行处理，以波的形式在屏幕上显示，这样可在试验中更加直观地观察压力的变化。

突出煤层中常见的气体有甲烷（CH₄）和二氧化碳（CO₂），甲烷气体的存在更为普遍，但是由于甲烷气体具有爆炸性，在模拟突出试验腔体中充入甲烷气体不太安全，因此，试验采用的是煤层对其吸附能力较大的二氧化碳气体，这种气体不具有爆炸性，比较安全，适用于试验研究。

本发明技术方案带来的有益效果：

实现了对突出煤粉瓦斯两相流动力的监测。由于煤与瓦斯突出具有瞬时性特点，现场很难采集突出煤粉瓦斯两相流的相关数据，通过实验的方式可以得出突出煤粉瓦斯两相流在不同类型巷道中传播规律，从而为防突风门的安装位置、防突风门需要达到的抗冲击强度设计提供依据。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims

1.一种突出煤粉瓦斯两相流动力测定实验装置，其特征在于，包括地应力加载装置、突出腔体，所述突出腔体连接有模拟巷道，所述模拟巷道中设有多个压力传感器和温度传感器及高速摄影装置，所述压力传感器和温度传感器及高速摄影装置分别与数据采集系统连接。

2.根据权利要求1所述的突出煤粉瓦斯两相流动力测定实验装置，其特征在于，所述突出腔体设有真空表、防震压力表、抽气装置、充气装置。

3.根据权利要求2所述的突出煤粉瓦斯两相流动力测定实验装置，其特征在于，所述模拟巷道由多节不同截面、不同长度的圆形管道装配而成，包括主巷道和支巷道，每节管道的两端设有法兰，相邻两节管道的法兰之间设有橡胶垫。

4.根据权利要求2所述的突出煤粉瓦斯两相流动力测定实验装置，其特征在于，所述地应力加载装置为单向加载装置或三轴加载装置。