CN207832790U - 含高压瓦斯煤块在外界气体突然卸压时的破坏特征实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型专利公开了一种含高压瓦斯煤块在外界气体突然卸压时的破坏特征实验装置，属于实验装置技术领域。包括压力容器、刺破装置、爆破片装置、收集罩、固定装置、充气装置、抽气装置、真空压力表及煤块，将煤块置于压力容器后，通过抽气装置抽除容器内空气，充气装置充入瓦斯气体，观察真空压力表指数，特定条件下，刺破装置刺破爆破片形成大面积开口，容器内瓦斯压力突然下降，煤块碎裂，碎煤经收集罩收集后进行分类。本实用新型设计合理、结构简单、突出开口打开速度快，具有可控性，且操作简单，密封性能好，安全性高且可快速收集碎煤。

Description

含高压瓦斯煤块在外界气体突然卸压时的破坏特征实验装置

技术领域

本发明属于实验装置技术领域，尤其涉及一种含高压瓦斯煤块在外界气体突然卸压时的破坏特征实验装置。

背景技术

尽管我国已形成了双“四位一体”防突体系，但由于煤矿环境的复杂性和多因素性，目前还没有形成统一和完整的煤与瓦斯突出理论体系，导致煤与瓦斯突出安全预防体系也不完善。尤其是近年来，随着我国采掘深度不断增加，地应力与瓦斯压力不断加大，煤与瓦斯突出灾害问题越来越凸现出来，因此采取有效措施预防矿井突出事故不仅是煤矿安全技术的一大课题，也是我国煤矿当前所面临的重要任务。

当前突出预测指标主要有4大类，分别是瓦斯指标，地应力指标、物理力学性质指标、以及综合指标，每种类别中还包括众多指标。我国规定的突出煤层鉴定单项指标分别是破坏类型、瓦斯放散初速度ΔP、坚固性系数f以及瓦斯压力P。但总体来看，仍没有能够准确判别煤与瓦斯突出危险性的指标，故还应加强对煤与瓦斯突出危险性的预测和防治力度，从而更好的减少和防止煤与瓦斯突出灾害。

本申请人同时提出了另外一款结构的含高压瓦斯煤块在外界气体突然卸压时破坏特征的实验装置，该实验装置不仅需要在爆破片未达到爆破压力之前的某一时刻向后拉动带有尖钩的钢管使尖钩直接刺破爆破片来人为地打开容器开口，而且还需要在充气完成后实验人员靠近装置完关闭阀门，由于实验发生时的危险是未知的，人为拉动带有尖钩的钢管和关闭充气阀门较危险，容易给实验人员造成心理压力，因此提供了一种利用开关，电磁阀及气缸等装置来控制带有尖钩的钢管的移动，并通过电磁阀开关控制充气阀门的闭合给压力容器充气或断气，确保实验操作人员及实验环境的安全性，防止危险发生；除此之外还在容器开孔处设置了一个收集罩，更好地收集实验后的碎煤，保持实验环境的干净，该收集罩上设有有机玻璃观察窗，可更加方便地观察容器开头突然打开时，煤块喷出的情况。

发明内容

为了达到上述目的，本发明提供了一种含高压瓦斯煤块在外界气体突然卸压时的破坏特征实验装置，解决了实验过程中人为向后拉动带有尖钩的钢管使尖钩直接刺破爆破片打开容器开口不安全，人为关闭充气阀门不安全，且无法观察到煤块喷出时的情况的问题以及实验结束后碎煤不易收集的问题。

本发明所采用的技术方案是，提供一种含高压瓦斯煤块在外界气体突然卸压时的破坏特征实验装置，包括压力容器、刺破装置、爆破片装置、收集罩、固定装置、充气装置、抽气装置、真空压力表及煤块，其中：

所述刺破装置包括带有尖钩的钢管及由气缸、气缸电磁阀和开关通过气管依次连接组成的控制钢管移动构件；

所述爆破片装置由爆破片和上、下夹持器组成，夹持器上均设有连接片，连接片通过螺钉连接在各夹持器上，用于夹紧爆破片，所述爆破片密封安装在上夹持器和下夹持器中间；

所述固定装置分为上下两部分，其上部分由半圆弧形的上底座和下底座通过螺栓上下配套连接，用于夹紧压力容器，其下部分为承载框架，通过螺栓与下底座连接，所述上底座上设有圆孔，用于安装刺破装置；

所述充气装置由金属高压软管连接气瓶组成，用于充入瓦斯气体，所述高压软管上设有高压球阀，靠近气瓶处设有减压阀；

所述抽气装置由真空管连接真空泵组成，用于抽出容器中的空气，所述真空管上设有真空阀；

压力容器为水平放置在固定装置上部分的圆筒，其开口处带有法兰盘，底部设有三个通孔，法兰盘通过螺栓连接另一法兰盘，两个法兰盘上均开有凹槽，凹槽内设有密封圈，下夹持器密封安装在法兰盘的凹槽内，上夹持器密封安装在法兰盘的凹槽内，收集罩通过螺栓连接在法兰盘上，收集罩上设有通孔和有机玻璃观察窗，带有尖钩的钢管一端有尖钩，一端连接控制钢管移动构件，带有尖钩的钢管有尖钩一端垂直向下，穿过通孔伸入收集罩中，尖钩带有钢钎，钢钎朝向爆破片位于圆心位置，带有尖钩的钢管连接控制钢管移动构件一端水平放置在上底座的圆孔中；压力容器底部的三个通孔分别为测定孔，抽气孔，充气孔，所述测定孔用于安装真空压力表，所述抽气孔用于连接抽气装置，所述充气孔用于连接充气装置，煤块置于压力容器内。

进一步的，所述压力容器为不锈钢材质一体制成，侧壁为光滑曲面。

进一步的，所述压力容器的内径100mm，深200mm，壁厚20mm，底厚60mm。

进一步的，所述压力容器的承压范围为0～5.0MPa，气密性要求在3.0MPa初始压力下，且24h内气体压力下降幅度不高于10％。

进一步的，所述法兰盘大小相同，且外径均为240mm，公称直径均为100mm。

进一步的，所述法兰盘上设有八个螺栓孔，与压力容器所带法兰盘上的螺栓孔对应，用于两个法兰盘的螺栓连接，所述螺栓孔直径为10mm，中心圆直径为190mm。

进一步的，所述爆破片的通径均为100mm。

进一步的，所述上底座和下底座分别有两个，且上底座与下底座的半圆弧度与圆筒外半径相同。

进一步的，所述上底座上还设有4个螺栓孔，所述下底座上设有4个螺栓孔和4个螺纹孔，所述下底座的螺纹孔和上底座的螺栓孔连接，下底座的螺栓孔与承载框架连接。

进一步的，所述上夹持器和下夹持器的外形尺寸均为156×45mm，通径均为100mm。

本发明的有益效果如下：

1)本发明具有结构简单，采用爆破片进行密封，容器开口打开速度快，可控性高，操作方便且密封性能好等优点。

2)本发明所有装置的加工工艺均一体化制成，更好地保证了容器的密封性，且连接方式均为螺栓连接，增强了实验装置的可靠性。

3)本发明采用收集罩，实验过后可以更好地收集实验后的碎煤。

4)本发明采用控制带有尖钩的钢管移动构件代替人为向后拉动带有尖钩的钢管使尖钩直接刺破爆破片打开容器开口，安全性高，确保实验操作人员及实验环境的安全性，防止危险发生。

5)本发明在收集罩上设置有机玻璃观察窗，可便于观察突然打开容器开口时，煤块喷出破碎的现象。

6)本发明采用两种方法关闭充气装置的高压球阀，再次确保了实验操作的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的主视图；

图2是本发明的俯视图；

图3是本发明的左视图；

图4是本发明的压力容器的剖视图；

图5是本发明法兰盘二2的右视图；

图6是本发明的法兰盘的结构示意图；

图7是图6中沿A-A线的剖视图；

图8是本发明的固定装置的上底座的主视图；

图9是本发明的固定装置的上底座的俯视图；

图10是本发明的固定装置的下底座剖视图；

图11是图9中沿B-B线的剖视图。

图中，1-压力容器，2-法兰盘，3-爆破片，4-上夹持器，5-下夹持器，6-上底座， 7-下底座，8-带有尖钩的钢管，9-承载框架，10-法兰盘螺栓，11-上底座螺栓，12-下底座螺栓，13-收集罩，14-气缸，15-真空压力表，16-气瓶，17-真空泵，18-有机玻璃观察窗，19-气缸电磁阀，20-气瓶电磁阀。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-10所示，本发明的前、后、左、右、等方位词仅代表图中的相对位置，不代表产品的绝对位置。

本发明含高压瓦斯煤块在外界气体突然卸压时的破坏特征实验装置，包括压力容器 1、刺破装置、爆破片装置、收集罩13、固定装置、充气装置、抽气装置、真空压力表 15及煤块。

上述压力容器1为主体反应装置，形状为圆筒状，开口处带有法兰盘一1-2，由不锈钢材质一体制成，强度高。压力容器1由两套固定装置承载，2对上底座6和下底座7 配套连接固定水平放置的压力容器1，承载框架9连接在下底座7的下方承载整个装置，所述上底座6与下底座7的半圆弧度与圆筒外半径相同，上底座6和下底座7与压力容器壁面1-4相贴合，通过上底座螺栓11固定连接。所述压力容器1底部1-5设有三个贯通底部的孔，分别是瓦斯压力测定孔1a，用于安装真空压力表15，抽气孔1b，用于连接抽气装置，充气孔1c，用于连接充气装置。压力容器1的开口所带的法兰盘一1-2连接有爆破片装置，包括爆破片3、上夹持器4和下夹持器5，所述爆破片3通过螺钉固定连接片安装在两夹持器中间，法兰盘一1-2通过法兰盘螺栓10连接有另外的一个大小相等，螺栓开孔对应的法兰盘二2，所述两个法兰盘上均设有可安装夹持器的凹槽，且凹槽内设有密封圈，以保证实验过程中的密封性，下夹持器5安装法兰盘一1-2凹槽内，上夹持器4安装在法兰盘二2的凹槽内，但是爆破片3与夹持器4，5之间不加任何垫片。所述法兰盘二2上设有八个螺栓孔一2a，与法兰盘一1-2上的螺栓孔二1d对应，用于法兰盘螺栓10连接两法兰盘，夹紧爆破片装置。在法兰盘二2上螺栓连接有一个收集罩13，可快速收集实验过后的碎煤，保持实验环境的干净。收集罩13上设有有机玻璃观察窗18 和供带有尖钩的钢管8穿过的通孔，有机玻璃观察窗可便于观察突然打开容器开口时，煤块喷出破碎的现象。

上述的2个上底座6上设有2个圆孔6a和4个螺栓孔三6b，所述圆孔6a位于上底座6的最上方，刺破装置中带有尖钩的钢管8水平放置在上底座6的两个通孔6a中，所述刺破装置一端连接控制钢管移动构件，控制钢管移动构件由气缸、气缸电磁阀和开关通过气管依次连接组成，可在爆破片未达到爆破压力之前的某一时刻通过控制电磁阀开关使带有尖钩的钢管8前后移动，刺破装置另一端垂直向下带有尖钩，尖钩上带有钩钎，通过收集罩13上的通孔伸入收集罩内，带有尖钩的钢管8的尖钩始终对准圆心，观察真空压力表15的指数，吸附平衡后，电磁阀开关控制带有尖钩的钢管移动，尖钩直接刺破爆破片而打开容器开口，确保实验人员的安全，其中，应保证带有尖钩的钢管8的方向性，只能前后运动而不能左右转动，尖钩始终对准爆破片3的圆心。

上述下底座7设有4个螺栓孔四7a和4个螺纹孔7b，所述螺栓孔四7a和螺纹孔7b 左右各有两个，成对称分布，上底座螺栓11穿过上底座螺栓孔三6b插入下底座螺纹孔 7b里进行固定，所述下底座螺栓12穿过下底座螺栓孔四7a插入承载框架9中进行固定。

上述充气装置由金属高压软管连接气瓶16组成，用于充入瓦斯气体，金属高压软管上设有高压球阀，靠近气瓶16处设有二氧化碳减压阀，为了提高实验安全性与方便性，提出给充气装置设有两套开关，一种是手动式开关，即充气时打开高压阀门和气瓶阀门，并打开减压阀门，保证输出压力的稳定性；另一种与电磁阀开关控制的气缸类似，通过电磁阀开关的闭合来达到给压力容器充气或断气的目的，充气时打开高压阀门和气瓶阀门，并打开减压阀门，保证输出压力的稳定性。

上述抽气装置由真空管连接真空泵17组成，真空泵17位于承载框架9的底层支架上，用于抽出容器中的空气，所述真空管一端连接真空泵，一端连接到压力容器1底部的1b孔，靠近1b处设有真空阀。

上述压力容器1开口1-1内径为100mm，深200mm，壁厚20mm，底厚60mm。所述法兰1-2和法兰盘二2的外径均为240mm，公称直径均为100mm。法兰盘二2上的螺栓孔一 2a直径为10mm，螺栓孔一2a中心圆直径为190mm。所述爆破片3和夹持器4，5通径均为100mm，所述夹持器4，5的外形尺寸为156×45mm。

优选上述压力容器1的承压范围为0～5.0MPa，气密性要求在3.0MPa初始压力下，24h内气体压力下降幅度不高于10％。

压力容器1开口采用爆破片进行密封，相对气动球阀等装置来说，爆破片的打开时速度更快，可实现快速卸压的目的，同时提高了实验的可控性。

本发明的操作步骤：组装好实验设备后，首先将爆破片装置和法兰盘拆除，然后将煤块放进反应容器中间，放入煤块后容器开口用爆破片密封。先开启抽气孔阀门，并开启真空泵17抽真空数小时，抽除容器内的空气后，关掉气孔阀门和真空泵17；然后开启充气阀门和气瓶阀门并调节减压阀开关，通过高压软管给容器内充入甲烷，保证输出压力的稳定性，充气数小时，达到吸附平衡后，观察压力表读数，在爆破片还未达到爆破压力自行冲破前，通过控制开关打开电磁阀以控制气缸来拉动带有尖钩的钢管，利用带有尖钩的钢管尖端的钢钎刺破两侧存在压差的爆破片，形成大面积开口，容器内瓦斯压力突然下降，完成突然卸压过程，此时，容器内的气体快速卸压，会造成煤的破坏。实验过程中，可通过真空压力表观察容器内的压力变化。实验结束后，将收集罩中的碎煤进行筛分，并对实验数据进行整理与分析。若需要研究不同压力条件下的煤破碎情况，仅改变容器内的压力大小和爆破片即可。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种含高压瓦斯煤块在外界气体突然卸压时的破坏特征实验装置，其特征在于：包括压力容器(1)、刺破装置、爆破片装置、收集罩(13)、固定装置、充气装置、抽气装置、真空压力表(15)及煤块，其中：

所述刺破装置包括带有尖钩的钢管(8)及由气缸(14)、气缸电磁阀(19)和开关通过气管依次连接组成的控制钢管移动构件；

所述爆破片装置由爆破片(3)和上、下夹持器组成，所述夹持器上均设有连接片，连接片通过螺钉连接在各夹持器上，用于夹紧爆破片，所述爆破片(3)密封安装在上夹持器(4)和下夹持器(5)中间；

所述固定装置分为上下两部分，其上部分由半圆弧形的上底座(6)和下底座(7)通过上底座螺栓(11)上下配套连接，用于夹紧压力容器(1)，其下部分为承载框架(9)，通过下底座螺栓(12)与下底座(7)连接，支撑整个装置，所述上底座(6)上设有圆孔(6a)，用于安装刺破装置；

所述充气装置由金属高压软管连接气瓶(16)组成，用于充入瓦斯气体，所述高压软管上设有高压球阀，靠近气瓶处设有减压阀；

所述抽气装置由真空管连接真空泵(17)组成，用于抽出容器中的空气，所述真空管上设有真空阀；

所述压力容器(1)为水平放置在固定装置上部分的圆筒，其开口(1-1)处带有法兰盘一(1-2)，底部设有三个通孔，所述法兰盘一(1-2)通过法兰盘螺栓(10)连接另一法兰盘二(2)，所述两个法兰盘上均开有凹槽，所述凹槽内设有密封圈，下夹持器(5)密封安装在法兰盘一(1-2)的凹槽内，上夹持器(4)密封安装在法兰盘二(2)的凹槽内，收集罩(13)通过螺栓连接在法兰盘二(2)上，所述收集罩(13)上设有通孔和有机玻璃观察窗(18)，带有尖钩的钢管(8)一端有尖钩，一端连接控制钢管移动构件，所述带有尖钩的钢管(8)尖钩一端垂直向下，穿过收集罩(13)的通孔伸入其中，所述尖钩上带有钢钎，钢钎朝向爆破片(3)位于圆心位置，所述带有尖钩的钢管(8)连接控制钢管移动构件的一端水平放置在上底座(6)的圆孔(6a)中；所述压力容器(1)底部的三个通孔分别为测定孔(1a)，抽气孔(1b)，充气孔(1c)，所述测定孔(1a)用于安装真空压力表，所述抽气孔(1b)用于连接抽气装置，所述充气孔(1c)用于连接充气装置，煤块置于压力容器(1)内。

2.根据权利要求1所述的含高压瓦斯煤块在外界气体突然卸压时的破坏特征实验装置，其特征在于：所述压力容器(1)为不锈钢材质一体制成，侧壁(1-4)为光滑曲面。

3.根据权利要求2所述的含高压瓦斯煤块在外界气体突然卸压时的破坏特征实验装置，其特征在于：所述压力容器(1)的内径100mm，深200mm，壁厚20mm，底厚60mm。

4.根据权利要求1-3任一项所述的含高压瓦斯煤块在外界气体突然卸压时的破坏特征实验装置，其特征在于：所述压力容器(1)的承压范围为0～5.0MPa，气密性要求在3.0MPa初始压力下，且24h内气体压力下降幅度不高于10％。

5.根据权利要求1所述的含高压瓦斯煤块在外界气体突然卸压时的破坏特征实验装置，其特征在于：所述法兰盘一(1-2)和法兰盘二(2)大小相同，且外径均为240mm，公称直径均为100mm。

6.根据权利要求5所述的含高压瓦斯煤块在外界气体突然卸压时的破坏特征实验装置，其特征在于：所述法兰盘二(2)上设有八个螺栓孔一(2a)，与法兰盘一(1-2)上的螺栓孔二(1d)对应，用于法兰盘螺栓(10)连接，所述螺栓孔一(2a)直径为10mm，中心圆直径为190mm。

7.根据权利要求1所述的含高压瓦斯煤块在外界气体突然卸压时的破坏特征实验装置，其特征在于：所述爆破片(3)的通径均为100mm。

8.根据权利要求1所述的含高压瓦斯煤块在外界气体突然卸压时的破坏特征实验装置，其特征在于：所述上底座(6)和下底座(7)分别有两个，且上底座(6)与下底座(7)的半圆弧度与圆筒外半径相同。

9.根据权利要求8所述的含高压瓦斯煤块在外界气体突然卸压时的破坏特征实验装置，其特征在于：所述上底座(6)上还设有4个螺栓孔三(6b)，所述下底座(7)上设有4个螺栓孔四(7a)和4个螺纹孔(7b)，所述螺纹孔(7b)和螺栓孔三(6b)连接，螺栓孔四(7a)与承载框架(9)连接。

10.根据权利要求1所述的含高压瓦斯煤块在外界气体突然卸压时的破坏特征实验装置，其特征在于：所述上夹持器(4)和下夹持器(5)的外形尺寸均为156×45mm，通径均为100mm。