CN101487835B - 煤与瓦斯突出试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤与瓦斯突出试验装置，包括煤样室、气压加载设备，煤样室设置煤与瓦斯喷出口，煤与瓦斯喷出口设置控制阀，气压加载设备的加压气体通道与煤样室内部相通，煤样室内在控制阀前设置隔膜，隔膜与控制阀之间的空腔为接有平衡气压加载设备的平衡腔；还包括设置在煤样室内的压力采集装置和设置在煤样室外部的摄像机，煤样室与摄像机相对的位置透明设置。本发明能够模拟瓦斯的压力和煤体物理力，可实现瞬间快速卸压，更接近实际的煤与瓦斯突出以及煤的破坏过程，并可观察并记录，为煤与瓦斯突出的预测和预防提供理论依据，使用时可以调整煤粉的粒径、成型时的压力和充气压力，观察不同煤粉粒径参数和不同压力下的试验结果，使用灵活。
Description
技术领域
本发明涉及一种煤炭科研装置，特别涉及一种煤与瓦斯突出试验装置。
背景技术
煤与瓦斯突出事故是指煤矿开采过程中，煤体在地应力和瓦斯共同作用下，破碎的煤和瓦斯由煤体或岩体内突然向采掘空间抛出的异常的动力现象，表现为几吨至数千吨甚至达万吨以上的破碎的煤岩在数秒至几十秒时间内，由煤岩体向采掘空间抛出，同时伴有大量瓦斯涌出，危害较为严重。
煤与瓦斯突出是煤矿井下最严重的动力灾害，其发生与地应力、瓦斯压力和煤岩物理力学性质密切相关，其中瓦斯压力的作用尤为重要。煤中瓦斯的赋存形式有游离态和吸附态，其中吸附瓦斯占全部瓦斯含量的90％左右，游离态的瓦斯和吸附态的瓦斯在煤与瓦斯突出过程中所起的作用目前还不清楚，煤体的破坏过程也一直未能直观地看到。煤与瓦斯突出属于地质灾害，长期以来，由于无法直接观察到煤与瓦斯突出的破坏过程，也就无法预测和预防，因此，由于煤与瓦斯突出造成的事故也比较频繁。
模拟煤与瓦斯突出试验可以为研究、预测和预防煤与瓦斯突出提供理论依据，如何能够模拟瓦斯的压力和煤体物理力，模拟瓦斯气体的快速卸压，尽量接近煤与瓦斯突出的实际情况，是亟待解决的难题。
因此，需要一种实验装置，能够模拟瓦斯的压力和煤体物理力，可以瞬间快速卸压，清楚的观察到并记录模拟煤与瓦斯突出时的状态，直接观察煤的破坏过程，为煤与瓦斯突出的预测和预防提供理论依据。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种煤与瓦斯突出试验装置，能够模拟瓦斯的压力和煤体物理力，可实现瞬间快速卸压，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理论依据。
本发明的煤与瓦斯突出试验装置，包括煤样室、气压加载设备，所述煤样室设置煤与瓦斯喷出口，煤与瓦斯喷出口设置控制阀，气压加载设备的加压气体通道与煤样室内部相通，所述煤样室内在控制阀前设置隔膜，所述隔膜与控制阀之间的空腔为平衡腔，所述平衡腔连接有平衡气压加载设备；
还包括设置在煤样室内的压力采集装置和设置在煤样室外部的摄像机，煤样室与摄像机相对的位置透明设置。
进一步，还包括煤样成型装置，所述煤样成型装置包括可沿煤样室纵向伸入煤样室、并可往复运动的活塞和驱动活塞的压力缸、齿轮齿条或丝杠；
进一步，所述煤样室为一端开口的圆柱形，所述圆柱形煤样室的开口为煤与瓦斯喷出口，所述活塞可从煤与瓦斯喷出口伸入煤样室；
进一步，还包括控制器，所述压力采集装置为压力传感器，所述摄像机和压力传感器分别与控制器相连；
进一步，还包括两个立柱结构的基座和支架，所述煤样室和煤样成型装置设置在支架上，所述每个基座上沿纵向设置至少两个支架安装孔，所述支架通过支架安装孔担在两个基座上；
进一步，所述煤样室采用透明材料制成；
进一步，所述气压加载设备为瓦斯气瓶，平衡气压加载设备为压力气瓶；
进一步，所述控制阀为电磁阀，所述电磁阀的命令输入端连接控制器。
本发明的有益效果：本发明的煤与瓦斯突出试验装置，煤样室采用隔膜封闭煤与瓦斯喷出口，能够模拟瓦斯的压力和煤体物理力，可实现瞬间快速卸压，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理论依据，能够模拟煤体物理力和瓦斯压力使煤与瓦斯从煤与瓦斯喷出口喷出，考察瓦斯压力与煤体物理力在煤与瓦斯突出孕育、发动和发展过程中所起的作用；使用时可以调整煤粉的粒径、成型时的压力和充气压力，观察不同煤粉粒径参数和不同压力下的试验结果，使用灵活；本发明结构简单、体积小、制作成本低，以较低的成本和简单的结构实现连续化和可视化的监测煤与瓦斯突出，操作比较简单。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
附图为本发明的结构示意图。
具体实施方式
附图为本发明的结构示意图，如图所示：本实施例的煤与瓦斯突出试验装置，包括煤样室1、气压加载设备13，煤样室1设置煤与瓦斯喷出口，煤与瓦斯喷出口设置控制阀6，气压加载设备13的加压气体通道与煤样室1内部相通，煤样室1内在控制阀6前设置隔膜7，隔膜7与控制阀6之间的空腔为平衡腔9，所述平衡腔9连接有平衡气压加载设备12；本实施例中的控制阀4为电磁阀，控制简单灵敏，提高试验的可信度，当然，也可以是气动阀等自动阀门；本实施例中，气压加载设备13为瓦斯气瓶，平衡气压加载设备12为压力气瓶，结构简单，容易获得；
还包括控制器5、设置在煤样室1内的压力采集装置2和设置在煤样室1外部的摄像机4，煤样室1整体采用透明材料制成，可方便摄像机4从各个方向获取图像；当然，煤样室1也可以与摄像机4相对的位置透明设置，也可以实现图像获取的目的；压力采集装置2为压力传感器，摄像机4和压力传感器分别与控制器5相连；电磁阀的命令输入端连接控制器5；通过控制器可自动采集和控制摄像机及阀门，实现智能化操作；
本实施例中，还包括煤样成型装置，所述煤样成型装置包括可沿煤样室纵向伸入煤样室1、并可往复运动的活塞8，本实施例中，活塞8通过千斤顶进行驱动，当然也可以采用其它压力方式驱动，或者采用齿轮齿条、丝杠驱动，都能达到发明目的；
本实施例中，煤样室1为一端开口的圆柱形，圆柱形煤样室1的开口为煤与瓦斯喷出口，活塞8可从煤与瓦斯喷出口伸入煤样室1，采用圆柱形结构，可以使活塞运行顺畅，煤样室加工安装方便、体积小，室壁无应力集中；
本实施例中，还包括两个立柱结构的基座10和支架3，所述煤样室1和煤样成型装置设置在支架3上，所述每个基座10上沿纵向设置至少两个支架安装孔11，所述支架3通过支架安装孔11担在两个基座10上；基座10在纵向不同高度设置支架安装孔11，可以使支架按照不同的倾角安装在两个基座10上，可以模拟煤层不同的倾角；
本发明采用隔膜结构的卸压设备，可以使压力突然快速的泄出，使试验结果更接近于煤与瓦斯突出的真实情况；
本发明在使用时，将煤粉置煤样室中，驱动活塞伸入煤样室，将煤粉压成型煤，使活塞从煤样室内移出，安装隔膜和关闭控制阀；通过瓦斯气瓶向煤样室内充气，同时通过平衡气压加载设备向平衡腔充气，保持煤样室和平衡腔之间的压力差小于隔膜的破坏强度，防止隔膜意外***；保持气压一段时间，使瓦斯充分吸附，打开气动阀，使隔膜两侧气压差大于膜的破坏强度，破膜，卸压，通过摄像机和压力传感器采集图像和压力数据，控制器记录煤的破坏过程和气体压力变化；试验完成后，分析煤的破坏过程及其原因，考察煤与瓦斯突出过程中瓦斯压力及煤体物理力学性质对突出的控制作用。
本发明结构简单、操作方便、试验结果直观明了，通过膜阀结合破膜卸压的方法实现煤样受力状态的突然改变，可控性强。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种煤与瓦斯突出试验装置，包括煤样室、气压加载设备，所述煤样室设置煤与瓦斯喷出口，煤与瓦斯喷出口设置控制阀，气压加载设备的加压气体通道与煤样室内部相通，其特征在于：所述煤样室内在控制阀前设置隔膜，所述隔膜与控制阀之间的空腔为平衡腔，所述平衡腔连接有平衡气压加载设备；
还包括设置在煤样室内的压力采集装置和设置在煤样室外部的摄像机，煤样室与摄像机相对的位置透明设置。
2.根据权利要求1所述的煤与瓦斯突出试验装置，其特征在于：还包括煤样成型装置，所述煤样成型装置包括可沿煤样室纵向伸入煤样室、并可往复运动的活塞和驱动活塞的压力缸、齿轮齿条或丝杠。
3.根据权利要求2所述的煤与瓦斯突出试验装置，其特征在于：所述煤样室为一端开口的圆柱形，所述圆柱形煤样室的开口为煤与瓦斯喷出口，所述活塞可从煤与瓦斯喷出口伸入煤样室。
4.根据权利要求3所述的煤与瓦斯突出试验装置，其特征在于：还包括控制器，所述压力采集装置为压力传感器，所述摄像机和压力传感器分别与控制器相连。
5.根据权利要求4所述的煤与瓦斯突出试验装置，其特征在于：还包括两个立柱结构的基座和支架，所述煤样室和煤样成型装置设置在支架上，所述每个基座上沿纵向设置至少两个支架安装孔，所述支架通过支架安装孔担在两个基座上。
6.根据权利要求5所述的煤与瓦斯突出试验装置，其特征在于：所述煤样室采用透明材料制成。
7.根据权利要求6所述的煤与瓦斯突出试验装置，其特征在于：所述气压加载设备为瓦斯气瓶，平衡气压加载设备为压力气瓶。
8.根据权利要求7所述的煤与瓦斯突出试验装置，其特征在于：所述控制阀为电磁阀，所述电磁阀的命令输入端连接控制器。
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