含瓦斯煤復合動力災害工作面預測實驗室測試系統的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種含瓦斯煤復合動力災害工作面預測實驗室測試系統，其包括加載裝置、加氣裝置、抽真空裝置、鉆進裝置和數據采集裝置；所述加載裝置包括設有加煤口的缸體，該缸體的內壁與活塞滑動密封連接，缸體側壁連接壓力表；缸體一側連接三通閥，且通過三通閥分為兩個支路，其中一個連接加氣裝置；另一個連接抽真空裝置；缸體側壁連接鉆進裝置，該鉆進裝置包括順次連接的鉆頭、鉆桿、鉆機和礦用電源；鉆桿上設有與空壓機相連接的供風器，鉆桿設有軸向中心孔，空壓機通過供風器使壓風自鉆桿軸向中心孔進入缸體內；所述數據采集裝置包括天平和置于天平上的簡易除塵器；鉆桿通過管路與簡易除塵器相連接。該系統結構簡單、操作方便、設計合理。
【專利說明】含瓦斯煤復合動力災害工作面預測實驗室測試系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種含瓦斯煤動力災害預測過程中工作面預測實驗室測試系統。
【背景技術】
[0002]進入深部開采之后，礦井的自然條件、瓦斯條件和開采技術條件發生了顯著變化，出現了高地應力、高瓦斯、高非均質性、低滲透性等復雜現象交織的情況，突出的危險性越來越大，煤巖動力災害日趨復雜，除了單純瓦斯災害(或單純沖擊地壓)，又出現了沖擊地壓和煤與瓦斯突出共同作用下的復合礦井災動力害，成為又一重大而復雜的安全隱患。與由一種能量主導型的動力災害不同，復合型動力災害受兩種能量的影響，兩種現象可能互為誘因，互為影響，導致動力災害發生“門檻”比單一型下降，強度比單一型災害增加。
[0003]對于這種復合型的動力災害，現有的預測指標是否同樣適用，預測指標是如何變化，敏感指標如何選擇，臨界值如何確定，這一系列的問題都是煤礦安全生產迫切需要解決的問題。因此，研究深部開采條件下含瓦斯煤復合動力災害工作面預測變化規律是急待解決的科學問題。但是目前多數學者在研究含瓦斯煤動力災害預測指標時多采用現場測試方法，很少在實驗室建立系統進行測試，由于現場條件復雜，不容易改變外界條件，很難考察工作面預測指標隨地應力、瓦斯壓力、煤體強度等這些與動力現象息息相關的因素的變化關系，因此建立含瓦斯煤復合動力災害工作面預測實驗室測試系統，研究預測指標隨地應力、瓦斯壓力、煤體強度的變化規律，為進一步理解高應力環境預測指標與復合動力災害發生條件之間的關系以及復合動力災害敏感指標的選取與臨界值的確定提供實驗依據，對提高復合動力災害預測準確率具有深遠的理論和現實意義。
【發明內容】
[0004]本發明目的在于提供一種結構簡單、操作方便、設計合理、價格低廉的含瓦斯煤復合動力災害工作面預測實驗室測試系統。
[0005]為實現上述目的，本發明采用如下技術方案:
一種含瓦斯煤復合動力災害工作面預測實驗室測試系統，該系統包括加載裝置、加氣裝置、抽真空裝置、鉆進裝置和數據采集裝置；所述加載裝置包括設有加煤口的缸體，該缸體的內壁與活塞滑動密封連接，所述缸體的側壁通過管路連接壓力表；所述缸體一側通過管路連接三通閥，且通過三通閥分為兩個支路，其中一個連接加氣裝置，另一個連接抽真空裝置；所述鉆進裝置包括順次連接的鉆頭、鉆桿、鉆機和礦用電源，所述缸體側壁通過法蘭連接鉆桿，所述法蘭內設有空腔，鉆桿穿過該空腔伸入缸體內，空腔左端的法蘭部分與鉆桿通過拉桿封密封連接；所述鉆桿上設有通過管路與空壓機相連接的供風器，鉆桿設有軸向中心孔，空壓機通過供風器使壓風自鉆桿軸向中心孔進入缸體內；所述數據采集裝置包括天平和置于天平上的簡易除塵器；簡易除塵器上設有甲烷濃度傳感器和流速傳感器；所述法蘭的空腔通過管路與數據采集裝置中的簡易除塵器相連接。
[0006]所述甲烷濃度傳感器和流速傳感器分別固定在簡易除塵器的頂部和出口處，自動記錄甲烷濃度和氣體流速，可通過計算機讀取數據。
[0007]具體的，所述加氣裝置主要由通過管路順次連接的第一閥門、減壓閥和甲烷瓶組成。
[0008]所述抽真空裝置主要由通過管路順次連接的第二閥門和真空泵組成。
[0009]本發明所述系統中的加載裝置包括缸體、活塞、壓力表等，缸體上開設有用于重復裝煤樣的加煤口。通過在缸體內裝入采集來的煤樣來模擬不同條件下的煤層，活塞一方面用于封閉缸體，使缸體在加氣后保持密封狀態；另一方壓力機可通過活塞對煤體加壓。壓力表用來指示缸體內煤體的瓦斯壓力大小。
[0010]本發明中的加氣裝置和抽真空裝置中，真空泵為系統抽真空，甲烷瓶為煤體提供需要的瓦斯壓力。
[0011]本發明所述系統中的鉆進裝置包括鉆頭、鉆桿、鉆機、礦用電源、供風器、空壓機等，其中，礦用電源為鉆機提供動力，鉆機帶動鉆桿和鉆頭鉆進煤體，為下一步數據采集做準備。空壓機通過供風器使壓風通過鉆桿中心孔為系統供風，從而使鉆頭鉆進煤體時產生的鉆屑自法蘭的空腔順利進入簡易除塵器。鉆桿與缸體側壁通過法蘭連接，空腔左端的法蘭部分與鉆桿通過拉桿封密封連接，從而保證在鉆進過程中不漏氣。
[0012]本發明所述系統中的數據采集裝置包括天平，設有甲烷濃度傳感器和流速傳感器的簡易除塵器、計算機等。其中，天平用于稱量鉆屑增加量；簡易除塵器用于收集鉆屑量，并防止較大的粉塵影響傳感器的使用。甲烷濃度傳感器用于測量甲烷濃度；流速傳感器用于測量氣體流速，根據流體力學理論流速乘以出口面積再乘以甲烷濃度可以得出鉆進過程及鉆完后鉆孔的甲烷流量。甲烷濃度傳感器與流量傳感器通過固定在簡易除塵器上來測定參數，并通過與計算機連接采集數據。
[0013]和現有技術相比，本發明所述含瓦斯煤復合動力災害工作面預測實驗室測試系統具有結構簡單、操作方便、設計合理、價格低廉等優點，該測試系統可用于:
1)不同壓力條件下鉆孔瓦斯涌出特征；
2)不同應力條件下鉆孔瓦斯涌出特征；
3)不同堅固性系數條件下鉆孔瓦斯涌出特征；
4)不同壓力條件下鉆屑量排泄特征；
5)不同應力條件下鉆屑量排泄特征；
6)不同堅固性系數條件下鉆屑量排泄特征。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為本發明所述實驗室測試系統的結構示意圖；
圖2為圖1中A處的局部放大示意圖。
【具體實施方式】
[0015]以下結合實施例對本發明的技術方案作進一步說明，但本發明的保護范圍并不局限于此。
[0016]實施例1:
如圖1所示，一種含瓦斯煤復合動力災害工作面預測實驗室測試系統，該系統包括加載裝置、加氣裝置、抽真空裝置、鉆進裝置和數據采集裝置；所述加載裝置包括設有加煤口2的缸體1、該缸體I的內壁與活塞3滑動密封連接，所述缸體I的側壁通過管路連接第三閥門5和壓力表4 ;所述缸體I 一側通過管路順次連接第四閥門6和三通閥7，且通過三通閥7分為兩個支路，其中一個連接加氣裝置；另一個連接抽真空裝置。所述鉆進裝置包括順次連接的鉆頭18、鉆桿16、鉆機14和礦用電源13，所述缸體I側壁通過法蘭26連接鉆桿16，所述法蘭內設有空腔27，鉆桿16穿過該空腔27伸入缸體I內，空腔27左端的法蘭26部分與鉆桿16通過拉桿封17 (V形疊封)密封連接。所述鉆桿16上設有通過管路與空壓機21、第六閥門20相連接的供風器15，鉆桿16設有軸向中心孔，空壓機21通過供風器15使壓風自鉆桿16的軸向中心孔進入缸體I內作為系統供風；所述數據采集裝置包括天平22和置于天平22上的簡易除塵器23，簡易除塵器23上設有甲烷濃度傳感器24和流速傳感器25。所述法蘭26的空腔27通過管路和第五閥門19與數據采集裝置中的簡易除塵器23相連接。所述加氣裝置主要由通過管路順次連接的第一閥門8、減壓閥9和甲烷瓶10組成。所述抽真空裝置主要由通過管路順次連接的第二閥門11和真空泵12組成。
[0017]本發明所述含瓦斯煤復合動力災害工作面預測實驗室測試系統的操作步驟如下:
I)將缸體I放在500t壓力機下，把活塞3移動到缸體I的最頂端，將事先采集來的煤樣磨成煤粉并灑上適量的水充分攪拌后自加煤口 2放入缸體I內，利用壓力機通過活塞3對煤粉加載使其壓實。
[0018]2)關閉第一閥門8、第三閥門5、第五閥門19和第六閥門20，打開第四閥門6和第二閥門11，利用真空泵12對系統抽真空24小時；
3)關閉第二閥門11和真空泵12 ;打開第一閥門8向系統充入甲烷氣體，同時打開第三閥門5，觀測缸體I內的煤體瓦斯壓力。當達到預定瓦斯壓力時，關閉第四閥門6和第一閥門8，平衡48小時,記錄瓦斯壓力。
[0019]4)打開第五閥門19放出游離氣體，同時啟動鉆機14進行鉆進，并打開壓風機21通過供風器15、鉆桿16中心孔向系統供風，同時利用甲烷濃度傳感器24、流速傳感器25記錄瓦斯濃度和流速。根據流體力學原理:流速乘以出口面積再乘以甲烷濃度，可以得出鉆進過程及鉆完后鉆孔的甲烷流量。
[0020]5)鉆到預定深度后用天平22測定鉆屑量的重量，并換算為Im長鉆孔長度鉆屑量。
[0021]此外，變化軸壓、瓦斯壓力、煤體強度等指標參數，重復以上步驟可以得到不同軸壓、瓦斯壓力、煤體強度條件下鉆孔瓦斯涌出特征、鉆屑量排泄特征。
【權利要求】
1.一種含瓦斯煤復合動力災害工作面預測實驗室測試系統，其特征在于，該系統包括加載裝置、加氣裝置、抽真空裝置、鉆進裝置和數據采集裝置；所述加載裝置包括設有加煤口的缸體，該缸體的內壁與活塞滑動密封連接，所述缸體的側壁通過管路連接壓力表；所述缸體一側通過管路連接三通閥，且通過三通閥分為兩個支路，其中一個連接加氣裝置，另一個連接抽真空裝置；所述鉆進裝置包括順次連接的鉆頭、鉆桿、鉆機和礦用電源，所述缸體側壁通過法蘭連接鉆桿，所述法蘭內設有空腔，鉆桿穿過該空腔伸入缸體內，空腔左端的法蘭部分與鉆桿通過拉桿封密封連接；所述鉆桿上設有通過管路與空壓機相連接的供風器，鉆桿設有軸向中心孔，空壓機通過供風器使壓風自鉆桿軸向中心孔進入缸體內；所述數據采集裝置包括天平和置于天平上的簡易除塵器；簡易除塵器上設有甲烷濃度傳感器和流速傳感器；所述法蘭的空腔通過管路與數據采集裝置中的簡易除塵器相連接。
2.如權利要求1所述含瓦斯煤復合動力災害工作面預測實驗室測試系統，其特征在于，所述加氣裝置主要由通過管路順次連接的第一閥門、減壓閥和甲烷瓶組成。
3.如權利要求1所述含瓦斯煤復合動力災害工作面預測實驗室測試系統，其特征在于，所述抽真空裝置主要由通過管路順次連接的第二閥門和真空泵組成。
【文檔編號】G01V9/00GK104330835SQ201410603635
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月30日 優先權日:2014年10月30日
【發明者】史廣山, 魏風清, 程沛棟, 杜曉奇 申請人:河南理工大學