一種用于物理相似模擬實驗中的瓦斯涌出模擬系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種用于物理相似模擬實驗中的瓦斯涌出模擬系統，包括瓦斯注入機構和瓦斯散逸模擬機構；瓦斯注入機構包括氣瓶柜、瓦斯鋼瓶、氣體減壓閥、氣體總管路、氣體注入控制柜、分氣體質量流量計、微調旋鈕、氣體緩沖罐、數顯壓力表、總氣體質量流量計、數據傳輸線和電腦；所述瓦斯散逸模擬機構包括分管路、開采條鋼、實驗箱體、基座和開采液壓缸。本發明能夠用于模擬煤層開采條件下瓦斯的涌出規律，為研究受采動影響下覆巖中瓦斯運移、瓦斯抽采提供便利。
【專利說明】
一種用于物理相似模擬實驗中的瓦斯涌出模擬系統
技術領域
[0001]本發明涉及煤層開采實驗裝置技術領域，更具體的涉及一種用于物理相似模擬實驗中的瓦斯涌出模擬系統。
【背景技術】
[0002]我國是世界第一產煤大國，煤炭產量占世界的48.3%，同時煤炭又是我國的主要能源，分別占一次能源生產和消費總量的76%和69%。煤與瓦斯安全共采是當今科研一個重大的課題。煤炭的大規模開采，使得煤層開采深度不斷加深，煤層中瓦斯壓力急劇增大，導致工作面瓦斯涌出量急劇上升，嚴重的瓦斯動力現象頻頻出現，甚至發生瓦斯燃燒、爆炸及煤與瓦斯突出之類的惡性事故，嚴重威脅著礦井安全生產，造成了重大的人員傷亡、經濟損失和不良的社會影響。為有效的消除瓦斯災害給經濟社會帶來的損失，學者們進行了大量研究，瓦斯防治的有效手段之一就是制定合理的瓦斯抽采方案，但瓦斯抽采方案的合理與否，與煤層開采瓦斯的運移富集有莫大的關系。現階段，諸多學者為研究煤層開采瓦斯在覆巖裂隙中的運移富集規律，一種有效的手段就是通過物理相似模擬實驗，但現有技術中，準確的模擬煤層開采后瓦斯的涌出仍難以實現，因此有必要研發一種能夠模擬瓦斯涌出的
目.ο
【發明內容】
[0003]本發明的目的在于提供一種用于物理相似模擬實驗中的瓦斯涌出模擬系統，用于模擬煤層開采條件下瓦斯的涌出規律，為研究受采動影響下覆巖中瓦斯運移、瓦斯抽采提供便利。
[0004]本發明是這樣實現的，一種用于物理相似模擬實驗中的瓦斯涌出模擬系統，包括瓦斯注入機構和瓦斯散逸模擬機構；
[0005]所述瓦斯注入機構包括氣瓶柜、瓦斯鋼瓶、氣體減壓閥、氣體總管路、氣體注入控制柜、分氣體質量流量計、微調旋鈕、氣體緩沖罐、數顯壓力表、總氣體質量流量計、數據傳輸線和電腦;所述瓦斯鋼瓶設置于氣瓶柜中，所述氣體注入控制柜內設置有氣體緩沖罐、數顯壓力表、總氣體質量流量計和多個分氣體質量流量計，所述瓦斯鋼瓶設置有氣體減壓閥，所述氣體減壓閥與氣體總管路連通然后接入氣體緩沖罐，所述氣體緩沖罐設置有數顯壓力表，所述氣體緩沖罐通過氣體輸送管路連接總氣體質量流量計，總氣體質量流量計出來的氣體經多通道管路分別連接至各分氣體質量流量計，連接各分氣體質量流量計的每個通道管路進入氣體流量的大小由微調旋鈕進行調節，各分氣體質量流量計的氣體出口分別連接有分管路，所述數顯壓力表、總氣體質量流量計經數據傳輸線連接至電腦；
[0006]所述瓦斯散逸模擬機構包括分管路、開采條鋼、實驗箱體、基座和開采液壓缸，所述實驗箱體的底部設置有基座，所述基座內安裝有開采液壓缸，所述基座的上方設置有多個緊挨在一起的開采條鋼，每個開采條鋼的底部由2個并聯的開采液壓缸支撐，所述分管路將氣體輸送至開采條鋼。
[0007]進一步，所述開采條鋼的內部中空，所述開采條鋼的上表面均勻設置有散逸孔，所述開采條鋼的下表面設置有管路進氣孔并于管路進氣孔處向下固連有鋼管，所述鋼管的下端與分管路連接。
[0008]進一步，所述總氣體質量流量計和分氣體質量流量計均為MF氣體質量流量計。
[0009]本發明具有如下有益效果:
[0010]本發明提供了一種用于物理相似模擬實驗中的瓦斯涌出模擬系統，包括瓦斯注入機構和瓦斯散逸模擬機構，能夠用于模擬煤層開采條件下瓦斯的涌出規律，為研究受采動影響下覆巖中瓦斯運移、瓦斯抽采提供便利。本發明能夠通過調節瓦斯流量模擬瓦斯涌出，在氣路設計上采用緩沖罐緩沖穩壓，模擬瓦斯壓力大小，也是其一大特色，并將壓力、流量等數據時時傳入電腦保存，對實驗后續分析數據有非常大幫助。本發明模擬系統中，氣體由瓦斯鋼瓶到氣體注入控制柜，然后經分管路分別進入條鋼，最后經過條鋼上表面的散逸孔均勻的散逸到采空區，來模擬受采動影響瓦斯涌出也是一大創新，不僅解決了實驗模型的煤層開采問題，也解決了瓦斯分源涌出的模擬問題。
【附圖說明】
[0011]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0012]圖1為本發明實施例提供一種用于物理相似模擬實驗中的瓦斯涌出模擬系統示意圖。
【具體實施方式】
[0013]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0014]圖1示例性的示出了本發明實施例提供的一種用于物理相似模擬實驗中的瓦斯涌出模擬系統示意圖。本發明實施例提供的一種用于物理相似模擬實驗中的瓦斯涌出模擬系統，包括瓦斯注入機構和瓦斯散逸模擬機構；
[0015]如圖1所示，瓦斯注入機構包括氣瓶柜1、瓦斯鋼瓶2、氣體減壓閥3、氣體總管路4、氣體注入控制柜5、分氣體質量流量計6、微調旋鈕7、氣體緩沖罐8、數顯壓力表9、總氣體質量流量計10、數據傳輸線11和電腦12;瓦斯鋼瓶2設置于氣瓶柜I中，氣體注入控制柜5內設置有氣體緩沖罐8、數顯壓力表9、總氣體質量流量計10和多個分氣體質量流量計6，瓦斯鋼瓶2設置有氣體減壓閥3，氣體減壓閥3與氣體總管路4連通然后接入氣體緩沖罐8，氣體緩沖罐8設置有數顯壓力表9，氣體緩沖罐8通過氣體輸送管路連接總氣體質量流量計10，總氣體質量流量計10出來的氣體經多通道管路分別連接至各分氣體質量流量計6，連接各分氣體質量流量計6的每個通道管路進入氣體流量的大小由微調旋鈕7進行調節，各分氣體質量流量計6的氣體出口分別連接有分管路13，數顯壓力表9、總氣體質量流量計10經數據傳輸線11連接至電腦12;
[0016]所述瓦斯散逸模擬機構包括分管路13、開采條鋼14、實驗箱體15、基座16和開采液壓缸17，實驗箱體15的底部設置有基座16，基座16內安裝有開采液壓缸17，基座16的上方設置有多個緊挨在一起的開采條鋼14，每個開采條鋼14由2個并聯的開采液壓缸17支撐，分管路13將氣體輸送至開采條鋼14。
[0017]總氣體質量流量計10和分氣體質量流量計6均為MF5700氣體質量流量計。
[0018]本發明實施例提供的一種用于物理相似模擬實驗中的瓦斯涌出模擬系統，主要用于物理相似模擬實驗中，模擬受采動影響瓦斯的涌出規律，進而研究瓦斯在覆巖裂隙中的運移富集。本發明是將自主設計研發的瓦斯注入機構以及瓦斯散逸模擬機構有機結合，可用于精確的模擬采空區中瓦斯涌出。在利用該系統進行瓦斯涌出規律模擬時，可按照如下方式進行:
[0019](I)通過相似理論計算，得到針對某一特定礦井的煤巖特性，得到相似材料的配比。按照算好的模型制作中各層所需相似材料的量，分別稱出其重量，加水將各種配料裝入攪拌裝置內，攪拌均勻，將攪拌均勻的材料倒入實驗箱體15中，然后進行夯實工作。針對某一特定礦井的巖層柱狀圖，按照配比，繼續配出第二層相似材料，攪拌后裝入實驗平臺箱體15中，以此類推，完成實驗1?型制作，1?型完成后為3m X2.5m X1.8m。
[0020](2)待模型晾干后，開展物理相似模擬實驗，首先是降下開采液壓缸17，帶動開采條鋼14，模擬煤層的開采過程。
[0021](3)打開氣體減壓閥3，瓦斯鋼瓶2的高壓氣體經過減壓閥3減壓后，流經氣體總管路4進入氣體注入控制柜5;氣體注入控制柜5起到兩個作用，第一是穩定充氣壓力，充氣壓力與模擬的煤層瓦斯壓力相似;第二是瓦斯氣體的分流，通過多通道管路，分別與多個布滿微孔的條鋼單獨連接，可以起到精確的模擬瓦斯作用，即可以模擬采空區深部到淺部的瓦斯涌出變化，以及推進速度對瓦斯涌出的影響。
[0022](4)進入氣體注入控制柜5的瓦斯氣體，首先流經氣體緩沖罐8，起降壓和穩壓的作用，然后流經數顯壓力表9、總氣體質量流量計10，流量與壓力數據通過數據傳輸線11時時傳入電腦保存，之后氣體進入多通道管路，每個通路進入流量的大小由微調旋鈕7進行調節，由MF5700氣體質量流量計6顯示，進入的量根據實驗計算得出。
[0023](5)經過每個通路精確調節的流量通過分管路13通過實驗箱體15的基座16進入到開采條鋼14，最后通過微孔均勻的散逸到采空區，精確模擬受煤層采動影響瓦斯的涌出規律。
[0024](6)啟動瓦斯數據采集系統，通過采集采空區深部方向、沿工作面方向以及垂直方向上瓦斯的濃度參數、壓力參數，待實驗結束后，整理數據分析瓦斯在該種巖層地質調下的運移規律，找到富集區域，為瓦斯抽采提供依據。
[0025]盡管已描述了本發明的優選實施例，但本領域內的技術人員一旦得知了基本創造性概念，則可對這些實施例作出另外的變更和修改。所以，所附權利要求意欲解釋為包括優選實施例以及落入本發明范圍的所有變更和修改。
[0026]顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和范圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬于本發明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。
【主權項】
1.一種用于物理相似模擬實驗中的瓦斯涌出模擬系統，其特征在于，包括瓦斯注入機構和瓦斯散逸模擬機構； 所述瓦斯注入機構包括氣瓶柜(I)、瓦斯鋼瓶(2)、氣體減壓閥(3)、氣體總管路(4)、氣體注入控制柜(5)、分氣體質量流量計(6)、微調旋鈕(7)、氣體緩沖罐(8)、數顯壓力表(9)、總氣體質量流量計(10)、數據傳輸線(11)和電腦(12);所述瓦斯鋼瓶(2)設置于氣瓶柜(I)中，所述氣體注入控制柜(5)內設置有氣體緩沖罐(8)、數顯壓力表(9)、總氣體質量流量計(10)和多個分氣體質量流量計(6)，所述瓦斯鋼瓶(2)設置有氣體減壓閥(3)，所述氣體減壓閥(3)與氣體總管路(4)連通然后接入氣體緩沖罐(8)，所述氣體緩沖罐(8)設置有數顯壓力表(9)，所述氣體緩沖罐(8)通過氣體輸送管路連接總氣體質量流量計(10)，總氣體質量流量計(10)出來的氣體經多通道管路分別連接至各分氣體質量流量計(6)，連接各分氣體質量流量計(6)的每個通道管路進入氣體流量的大小由微調旋鈕(7)進行調節，各分氣體質量流量計(6)的氣體出口分別連接有分管路(13)，所述數顯壓力表(9)、總氣體質量流量計(10)經數據傳輸線(11)連接至電腦(12); 所述瓦斯散逸模擬機構包括分管路(13)、開采條鋼(14)、實驗箱體(15)、基座(16)和開采液壓缸(17)，所述實驗箱體(15)的底部設置有基座(16),所述基座(16)內安裝有開采液壓缸(17)，所述基座(16)的上方設置有多個緊挨在一起的開采條鋼(14)，每個開采條鋼(14)由2個并聯的開采液壓缸(17)支撐，所述分管路(13)將氣體輸送至開采條鋼(14)。2.如權利要求1所述的一種用于物理相似模擬實驗中的瓦斯涌出模擬系統，其特征在于，所述開采條鋼(14)的內部中空，所述開采條鋼(14)的上表面均勻設置有散逸孔，所述開采條鋼(14)的下表面設置有管路進氣孔并于管路進氣孔處向下固連有鋼管(18)，所述鋼管(18)的下端與分管路(13)連接。3.如權利要求1所述的一種用于物理相似模擬實驗中的瓦斯涌出模擬系統，其特征在于，所述總氣體質量流量計(10)和分氣體質量流量計(6)均為MF5700氣體質量流量計。
【文檔編號】E21B47/00GK106050295SQ201610298450
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年4月28日
【發明人】林海飛, 魏宗勇, 李樹剛, 潘紅宇, 趙鵬翔, 肖鵬, 丁洋, 李莉, 成連華, 劉超, 嚴敏, 張超
【申請人】西安科技大學