CN203858240U - 用于煤与瓦斯突出动力效应模拟实验的动力*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于煤与瓦斯突出动力效应模拟实验的动力***，包括用于充装模拟实验材料的压力容器，压力容器固定在地面且开有容器开口，压力容器上设有容器充气孔及可开闭的进煤口，还包括连接容器开口与实验巷道的出口装置，出口装置内设有用于密封和受压时打开容器开口的泄爆机构；从进煤口向压力容器加入煤体颗粒，从容器充气孔充入瓦斯气体，当压力达到泄爆机构的***点时容器开口瞬间打开，此时压力容器与实验巷道连通，煤体破碎并抛出，动力效应模拟实验得以开始；本实用新型结构简单，有利于更清楚地认识煤与瓦斯突出致灾机理及发生、发展规律，有效控制煤与瓦斯突出灾害。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种矿山灾害模拟实验***，特别涉及一种用于煤与瓦斯突出动力效应模拟实验的动力***。
背景技术
煤与瓦斯突出是我国煤炭开采中最为严重的灾害之一。突出发生时产生的动力效应能够摧毁生产***，造成人员伤亡，且易引发煤尘和瓦斯***等重大事故。因此，要最大限度地降低灾害的破坏作用，就必须对煤与瓦斯突出的致灾机理进行研究，探索有效的灾害控制方法和措施。煤与瓦斯突出的整体过程可以看作是两个不同阶段，其中一个阶段是突出煤体的破碎过程，其主要表现特征是煤体在地应力、瓦斯压力以及采掘活动的共同作用下产生破坏并与煤壁剥离，煤体中的吸附瓦斯不断解吸，游离瓦斯释放，在突出孔洞内部形成煤－瓦斯两相流；另一个阶段是煤体破碎后的抛出过程，即动力效应阶段，也即上一阶段形成的煤－瓦斯两相流喷出突出孔洞并在巷道中分选堆积的过程，该阶段在不考虑顶板垮落的情况下，地应力起次要作用，而瓦斯气体的推动起支配作用。
由于煤与瓦斯突出的复杂性以及研究方法和手段的限制，国内外对煤与瓦斯突出后的致灾理论研究较少。突出动力灾害实验室模拟和现场实际观测都存在着无法克服的困难。虽然目前国内外已经开展了大量的煤与瓦斯突出实验，并取得了许多突破性的进展，但研究成果大多集中在吸附解吸规律、煤体破坏规律、地应力作用、型煤参数等方面，很多问题如煤与瓦斯突出过程中的流体运动参数及流动状态、冲击波形成机理及对主要通风设施的冲击破坏作用、破坏效果、致灾条件及预警防护等方面的研究比较少，其主要原因有：第一，由于固气两相流问题的复杂性，目前仍没有非常成熟的理论成果来解释两相流的运动规律；第二，现有的煤与瓦斯突出实验室突出模型很难达到现场实际条件的要求，动力效应实验效果不明显；第三，突出现场产生动力破坏和冲击的有关描述不够详细，且由于煤矿安全法规和安全设备限制，突出现场图片和视频资料很少，不利于问题的研究。以上这些原因导致突出致灾研究方面相对滞后，人们无法从根本上阐述突出所带来的危害，更无法直接应用理论分析得出的结论来指导实践。
因此，有必要开发一种专门用于煤与瓦斯突出动力效应模拟实验的实验装置，以通过实验室实验了解煤与瓦斯突出的致灾及控制条件，通过动力效应实验研究更清楚地认识煤与瓦斯突出致灾机理及发生、发展规律，有效控制煤与瓦斯突出灾害，而该装置中最为关键的部分即其动力***。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种用于煤与瓦斯突出动力效应模拟实验的动力***，以通过实验室实验了解煤与瓦斯突出的致灾及控制条件，通过动力效应实验研究更清楚地认识煤与瓦斯突出致灾机理及发生、发展规律，有效控制煤与瓦斯突出灾害。
本实用新型的用于煤与瓦斯突出动力效应模拟实验的动力***，包括用于充装模拟实验材料的压力容器，所述压力容器固定在地面且开有容器开口，所述压力容器上设有容器充气孔及可开闭的进煤口，还包括连接所述容器开口与实验巷道的出口装置，所述出口装置内设有用于密封和受压时打开所述容器开口的泄爆机构。
进一步，所述泄爆机构包括至少一个***片。
进一步，所述***片的数量为两个，所述出口装置位于两个所述***片之间的部位形成隔离室并且设有连通所述隔离室的隔离室充气孔。
进一步，所述出口装置包括加厚接管及变径接管，所述加厚接管的一端与所述容器开口连接、另一端与所述变径接管的粗管部通过第一法兰进行连接，所述变径接管的细管部与所述实验巷道通过第二法兰进行连接，两个所述***片分别夹持在所述第一法兰的法兰盘和第二法兰的法兰盘之间，所述隔离室充气孔设置在所述变径接管上。
进一步，所述压力容器为底部设有鞍式支座的卧式压力容器，还包括通过地脚螺栓固定在地面且与所述鞍式支座固定连接的底座，所述底座为层状结构并且各层之间的相对距离可调节，使得所述压力容器与地面间的相对高度可调节。
进一步，所述底座包括上平台和下平台，所述上平台和下平台之间设有用于调节相对距离的调节螺杆。
进一步，所述压力容器、加厚接管及变径接管上均设有用于安装传感器的传感器孔。
本实用新型的有益效果：本实用新型的用于煤与瓦斯突出动力效应模拟实验的动力***，从进煤口向压力容器加入煤体颗粒，从容器充气孔充入瓦斯气体，当压力达到泄爆机构的***点时容器开口瞬间打开，此时压力容器与实验巷道连通，煤体破碎并抛出，动力效应模拟实验得以开始；本实用新型结构简单、使用方便，有利于更清楚地认识煤与瓦斯突出致灾机理及发生、发展规律，有效控制煤与瓦斯突出灾害。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述：
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型的动力原理简图。
具体实施方式
图1为本实用新型的结构示意图，如图所示：本实施例的用于煤与瓦斯突出动力效应模拟实验的动力***，包括用于充装模拟实验材料的压力容器1，所述压力容器1固定在地面且开有容器开口11，所述压力容器1上设有容器充气孔12及可开闭的进煤口13，还包括连接所述容器开口11与实验巷道9的出口装置，所述出口装置内设有用于密封和受压时打开所述容器开口11的泄爆机构；压力容器1为能够承载内部高压的密闭设备；模拟实验材料包括媒体颗粒和瓦斯气体，其中容器充气孔12可与高压气瓶连接、用于充入瓦斯气体，进煤口13设于压力容器1顶部、通过阀门进行开启及关闭；实验巷道9为模拟矿井巷道网络的管道；容器开口11开设在压力容器1下部，通过主要由管道组成的出口装置与实验巷道9连通，并且由泄爆机构进行封闭，以实现压力容器1的整体密封；泄爆机构能够在规定的温度和压力下***、泄放压力；从进煤口13向压力容器1加入煤体颗粒，从容器充气孔12充入瓦斯气体，通过充气加压方式完成煤体颗粒的气体吸附过程，当压力达到泄爆机构的***点时容器开口11瞬间打开，此时压力容器1与实验巷道9连通，煤体破碎并抛出，动力效应模拟实验得以开始。
本实施例中，所述泄爆机构包括至少一个***片2；泄爆机构可采用现有任何结构的***片2，在此不赘述其结构；采用***片2具有结构简单、安装维修方便、价格低廉等优点，而且其耐腐蚀、密封性能可靠，保证压力容器1在动力效应实验开始前的密封性能；***片2的数量则根据实际需要而定；在采用一个***片2时，可将***片2安装在出口装置的任何位置；如需煤体颗粒的气体吸附过程，则先向压力容器1中充入小于且接近***片2***压力的气体，此时***片不会破裂；实验需打开容器开口11时，再向压力容器1内充气，使压力容器1内气体压力超过***片2***压力，***片2破碎，从而实现容器开口11的瞬间打开。
本实施例中，所述***片2的数量为两个，所述出口装置位于两个所述***片2(包括靠近实验巷道9的***片A21和靠近压力容器1的***片B22)之间的部位形成隔离室3并且设有连通所述隔离室3的隔离室充气孔31；隔离室3即出口装置中两个***片2所形成的密闭空间，隔离室充气孔31与容器充气孔12结构及功能均一致；同时使用两个***片2比仅仅使用一个***片2具有更为突出的技术效果，使用一个***片2时，***片2的破损需要对整个压力容器1充气，充气对象体积大，出口打开时间长，***片2破碎时间不易控制；而使用两个***片2时，可通过对隔离室3进行充、放气来改变***片2所承受的压力，出口打开时间短，易于准确控制容器开口1打开时间；具体地说，如图2所示，根据实验要求，如需煤体颗粒的气体吸附过程，则先向压力容器1内充入小于且接近***片B22***压力的气体，此时***片B22不会破裂；吸附过程完成后，实验开始前，首先对隔离室充气孔31和容器充气孔12进行交替间歇充气，使压力容器1内的实验压力达到预设实验压力P0，并保证***片A21、***片B22均不会破裂，此时压力容器气体压力P0＞隔离室气体压力P1＞实验巷道气体压力Pm，且P0－Pm＞***片B的***压力＞P0－P1，而***片A的***压力＞P1－Pm；实验开始时，充气增大或放气减小隔离室3内的气体压力，***片B22和***片A21先后破碎，从而实现出口的瞬间打开；采用充气增压方式打开出口时，***片A21首先破碎；而采用放气减压方式打开出口时，***片B22首先破碎。
本实施例中，所述出口装置包括加厚接管4及变径接管5，所述加厚接管4的一端与所述容器开口11连接、另一端与所述变径接管5的粗管部通过第一法兰61进行连接，所述变径接管5的细管部与所述实验巷道9通过第二法兰62进行连接，两个所述***片2分别夹持在所述第一法兰61的法兰盘和第二法兰62的法兰盘之间，所述隔离室充气孔31设置在所述变径接管5上；为适应容器开口11打开时的强烈高压冲击，容器开口11连接比压力容器1外壁厚度更大的加厚接管4，当然加厚接管4也可以与压力容器1一体成型，以提高连接稳固度；变径接管5使加厚接管4能够与不同尺寸的实验巷道9相连接，增加模拟实验的可控变量；本实施例的加厚接管4的直径为0.3m、长度为0.1m，变径接管5的粗管部直径为0.3m，而细管部的直径大小可根据实验需求调整为0.3m、0.2m、0.1m等不同规格；第一法兰61、第二法兰62均与现有的法兰结构相同，可在加厚接管4、变径接管5及实验巷道9进口的相应连接部位预设法兰盘，再通过螺栓进行密封连接，***片2则相应被夹持在法兰盘之间。
本实施例中，所述压力容器1为底部设有鞍式支座14的卧式压力容器，还包括通过地脚螺栓固定在地面且与所述鞍式支座14固定连接的底座，所述底座为层状结构并且各层之间的相对距离可调节，使得所述压力容器1与地面间的相对高度可调节；压力容器1通过底座固定在地面，以防止压力容器1在冲击反力作用下移动；底座由至少两层相对独立的钢板层构成，其中最底层的钢板层固定在地面，各钢板层之间可以接触连接，也可以不接触连接；钢板层间的相对距离可调节，有利于保持压力容器1的水平度，并可以调整压力容器1的相对高度，便于压力容器1与出口装置的连接。
本实施例中，所述底座包括上平台71和下平台72，所述上平台71和下平台72之间设有用于调节相对距离的调节螺杆73；调节螺杆73穿过上平台71并部分穿入下平台72，可在杆身上设置两段相反旋向的螺纹，螺旋时实现两平台高度的调节。
本实施例中，所述压力容器1、加厚接管4及变径接管5上均设有用于安装传感器的传感器孔8；传感器孔8用于安装压力传感器、温度传感器等传感器，以监测并获取实验过程中的理化数据；如图1所示，传感器孔8的轴线均与设压力容器1、加厚接管4及变径接管5的轴线相垂直，便于开设并且可以提高获取数据的准确性。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种用于煤与瓦斯突出动力效应模拟实验的动力***，其特征在于：包括用于充装模拟实验材料的压力容器，所述压力容器固定在地面且开有容器开口，所述压力容器上设有容器充气孔及可开闭的进煤口，还包括连接所述容器开口与实验巷道的出口装置，所述出口装置内设有用于密封和受压时打开所述容器开口的泄爆机构。
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的动力***，其特征在于：所述泄爆机构包括至少一个***片。
3.根据权利要求2所述的用于煤与瓦斯突出动力效应模拟实验的动力***，其特征在于：所述***片的数量为两个，所述出口装置位于两个所述***片之间的部位形成隔离室并且设有连通所述隔离室的隔离室充气孔。
4.根据权利要求3所述的用于煤与瓦斯突出动力效应模拟实验的动力***，其特征在于：所述出口装置包括加厚接管及变径接管，所述加厚接管的一端与所述容器开口连接、另一端与所述变径接管的粗管部通过第一法兰进行连接，所述变径接管的细管部与所述实验巷道通过第二法兰进行连接，两个所述***片分别夹持在所述第一法兰的法兰盘和第二法兰的法兰盘之间，所述隔离室充气孔设置在所述变径接管上。
5.根据权利要求4所述的用于煤与瓦斯突出动力效应模拟实验的动力***，其特征在于：所述压力容器为底部设有鞍式支座的卧式压力容器，还包括通过地脚螺栓固定在地面且与所述鞍式支座固定连接的底座，所述底座为层状结构并且各层之间的相对距离可调节，使得所述压力容器与地面间的相对高度可调节。
6.根据权利要求5所述的用于煤与瓦斯突出动力效应模拟实验的动力***，其特征在于：所述底座包括上平台和下平台，所述上平台和下平台之间设有用于调节相对距离的调节螺杆。
7.根据权利要求6所述的于煤与瓦斯突出动力效应模拟实验的动力***，其特征在于：所述压力容器、加厚接管及变径接管上均设有用于安装传感器的传感器孔。
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