一種用于物理相似模擬實(shí)驗(yàn)中的瓦斯涌出模擬系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用于物理相似模擬實(shí)驗(yàn)中的瓦斯涌出模擬系統(tǒng)，包括瓦斯注入機(jī)構(gòu)和瓦斯散逸模擬機(jī)構(gòu)；瓦斯注入機(jī)構(gòu)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(zhì)量流量計(jì)、微調(diào)旋鈕、氣體緩沖罐、數(shù)顯壓力表、總氣體質(zhì)量流量計(jì)、數(shù)據(jù)傳輸線和電腦；所述瓦斯散逸模擬機(jī)構(gòu)包括分管路、開(kāi)采條鋼、實(shí)驗(yàn)箱體、基座和開(kāi)采液壓缸。本發(fā)明能夠用于模擬煤層開(kāi)采條件下瓦斯的涌出規(guī)律，為研究受采動(dòng)影響下覆巖中瓦斯運(yùn)移、瓦斯抽采提供便利。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種用于物理相似模擬實(shí)驗(yàn)中的瓦斯涌出模擬系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及煤層開(kāi)采實(shí)驗(yàn)裝置技術(shù)領(lǐng)域，更具體的涉及一種用于物理相似模擬實(shí)驗(yàn)中的瓦斯涌出模擬系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]我國(guó)是世界第一產(chǎn)煤大國(guó)，煤炭產(chǎn)量占世界的48.3%，同時(shí)煤炭又是我國(guó)的主要能源，分別占一次能源生產(chǎn)和消費(fèi)總量的76%和69%。煤與瓦斯安全共采是當(dāng)今科研一個(gè)重大的課題。煤炭的大規(guī)模開(kāi)采，使得煤層開(kāi)采深度不斷加深，煤層中瓦斯壓力急劇增大，導(dǎo)致工作面瓦斯涌出量急劇上升，嚴(yán)重的瓦斯動(dòng)力現(xiàn)象頻頻出現(xiàn)，甚至發(fā)生瓦斯燃燒、爆炸及煤與瓦斯突出之類(lèi)的惡性事故，嚴(yán)重威脅著礦井安全生產(chǎn)，造成了重大的人員傷亡、經(jīng)濟(jì)損失和不良的社會(huì)影響。為有效的消除瓦斯災(zāi)害給經(jīng)濟(jì)社會(huì)帶來(lái)的損失，學(xué)者們進(jìn)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(kāi)采瓦斯的運(yùn)移富集有莫大的關(guān)系。現(xiàn)階段，諸多學(xué)者為研究煤層開(kāi)采瓦斯在覆巖裂隙中的運(yùn)移富集規(guī)律，一種有效的手段就是通過(guò)物理相似模擬實(shí)驗(yàn)，但現(xiàn)有技術(shù)中，準(zhǔn)確的模擬煤層開(kāi)采后瓦斯的涌出仍難以實(shí)現(xiàn)，因此有必要研發(fā)一種能夠模擬瓦斯涌出的
目.ο

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種用于物理相似模擬實(shí)驗(yàn)中的瓦斯涌出模擬系統(tǒng)，用于模擬煤層開(kāi)采條件下瓦斯的涌出規(guī)律，為研究受采動(dòng)影響下覆巖中瓦斯運(yùn)移、瓦斯抽采提供便利。
[0004]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種用于物理相似模擬實(shí)驗(yàn)中的瓦斯涌出模擬系統(tǒng)，包括瓦斯注入機(jī)構(gòu)和瓦斯散逸模擬機(jī)構(gòu)；
[0005]所述瓦斯注入機(jī)構(gòu)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(zhì)量流量計(jì)、微調(diào)旋鈕、氣體緩沖罐、數(shù)顯壓力表、總氣體質(zhì)量流量計(jì)、數(shù)據(jù)傳輸線和電腦;所述瓦斯鋼瓶設(shè)置于氣瓶柜中，所述氣體注入控制柜內(nèi)設(shè)置有氣體緩沖罐、數(shù)顯壓力表、總氣體質(zhì)量流量計(jì)和多個(gè)分氣體質(zhì)量流量計(jì)，所述瓦斯鋼瓶設(shè)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(shè)置有數(shù)顯壓力表，所述氣體緩沖罐通過(guò)氣體輸送管路連接總氣體質(zhì)量流量計(jì)，總氣體質(zhì)量流量計(jì)出來(lái)的氣體經(jīng)多通道管路分別連接至各分氣體質(zhì)量流量計(jì)，連接各分氣體質(zhì)量流量計(jì)的每個(gè)通道管路進(jìn)入氣體流量的大小由微調(diào)旋鈕進(jìn)行調(diào)節(jié)，各分氣體質(zhì)量流量計(jì)的氣體出口分別連接有分管路，所述數(shù)顯壓力表、總氣體質(zhì)量流量計(jì)經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸線連接至電腦；
[0006]所述瓦斯散逸模擬機(jī)構(gòu)包括分管路、開(kāi)采條鋼、實(shí)驗(yàn)箱體、基座和開(kāi)采液壓缸，所述實(shí)驗(yàn)箱體的底部設(shè)置有基座，所述基座內(nèi)安裝有開(kāi)采液壓缸，所述基座的上方設(shè)置有多個(gè)緊挨在一起的開(kāi)采條鋼，每個(gè)開(kāi)采條鋼的底部由2個(gè)并聯(lián)的開(kāi)采液壓缸支撐，所述分管路將氣體輸送至開(kāi)采條鋼。
[0007]進(jìn)一步，所述開(kāi)采條鋼的內(nèi)部中空，所述開(kāi)采條鋼的上表面均勻設(shè)置有散逸孔，所述開(kāi)采條鋼的下表面設(shè)置有管路進(jìn)氣孔并于管路進(jìn)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(jìn)一步，所述總氣體質(zhì)量流量計(jì)和分氣體質(zhì)量流量計(jì)均為MF氣體質(zhì)量流量計(jì)。
[0009]本發(fā)明具有如下有益效果:
[0010]本發(fā)明提供了一種用于物理相似模擬實(shí)驗(yàn)中的瓦斯涌出模擬系統(tǒng)，包括瓦斯注入機(jī)構(gòu)和瓦斯散逸模擬機(jī)構(gòu)，能夠用于模擬煤層開(kāi)采條件下瓦斯的涌出規(guī)律，為研究受采動(dòng)影響下覆巖中瓦斯運(yùn)移、瓦斯抽采提供便利。本發(fā)明能夠通過(guò)調(diào)節(jié)瓦斯流量模擬瓦斯涌出，在氣路設(shè)計(jì)上采用緩沖罐緩沖穩(wěn)壓，模擬瓦斯壓力大小，也是其一大特色，并將壓力、流量等數(shù)據(jù)時(shí)時(shí)傳入電腦保存，對(duì)實(shí)驗(yàn)后續(xù)分析數(shù)據(jù)有非常大幫助。本發(fā)明模擬系統(tǒng)中，氣體由瓦斯鋼瓶到氣體注入控制柜，然后經(jīng)分管路分別進(jìn)入條鋼，最后經(jīng)過(guò)條鋼上表面的散逸孔均勻的散逸到采空區(qū)，來(lái)模擬受采動(dòng)影響瓦斯涌出也是一大創(chuàng)新，不僅解決了實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷拿簩娱_(kāi)采問(wèn)題，也解決了瓦斯分源涌出的模擬問(wèn)題。
【附圖說(shuō)明】
[0011]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0012]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供一種用于物理相似模擬實(shí)驗(yàn)中的瓦斯涌出模擬系統(tǒng)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0014]圖1示例性的示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的一種用于物理相似模擬實(shí)驗(yàn)中的瓦斯涌出模擬系統(tǒng)示意圖。本發(fā)明實(shí)施例提供的一種用于物理相似模擬實(shí)驗(yàn)中的瓦斯涌出模擬系統(tǒng)，包括瓦斯注入機(jī)構(gòu)和瓦斯散逸模擬機(jī)構(gòu)；
[0015]如圖1所示，瓦斯注入機(jī)構(gòu)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(zhì)量流量計(jì)6、微調(diào)旋鈕7、氣體緩沖罐8、數(shù)顯壓力表9、總氣體質(zhì)量流量計(jì)10、數(shù)據(jù)傳輸線11和電腦12;瓦斯鋼瓶2設(shè)置于氣瓶柜I中，氣體注入控制柜5內(nèi)設(shè)置有氣體緩沖罐8、數(shù)顯壓力表9、總氣體質(zhì)量流量計(jì)10和多個(gè)分氣體質(zhì)量流量計(jì)6，瓦斯鋼瓶2設(shè)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(shè)置有數(shù)顯壓力表9，氣體緩沖罐8通過(guò)氣體輸送管路連接總氣體質(zhì)量流量計(jì)10，總氣體質(zhì)量流量計(jì)10出來(lái)的氣體經(jīng)多通道管路分別連接至各分氣體質(zhì)量流量計(jì)6，連接各分氣體質(zhì)量流量計(jì)6的每個(gè)通道管路進(jìn)入氣體流量的大小由微調(diào)旋鈕7進(jìn)行調(diào)節(jié)，各分氣體質(zhì)量流量計(jì)6的氣體出口分別連接有分管路13，數(shù)顯壓力表9、總氣體質(zhì)量流量計(jì)10經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸線11連接至電腦12;
[0016]所述瓦斯散逸模擬機(jī)構(gòu)包括分管路13、開(kāi)采條鋼14、實(shí)驗(yàn)箱體15、基座16和開(kāi)采液壓缸17，實(shí)驗(yàn)箱體15的底部設(shè)置有基座16，基座16內(nèi)安裝有開(kāi)采液壓缸17，基座16的上方設(shè)置有多個(gè)緊挨在一起的開(kāi)采條鋼14，每個(gè)開(kāi)采條鋼14由2個(gè)并聯(lián)的開(kāi)采液壓缸17支撐，分管路13將氣體輸送至開(kāi)采條鋼14。
[0017]總氣體質(zhì)量流量計(jì)10和分氣體質(zhì)量流量計(jì)6均為MF5700氣體質(zhì)量流量計(jì)。
[0018]本發(fā)明實(shí)施例提供的一種用于物理相似模擬實(shí)驗(yàn)中的瓦斯涌出模擬系統(tǒng)，主要用于物理相似模擬實(shí)驗(yàn)中，模擬受采動(dòng)影響瓦斯的涌出規(guī)律，進(jìn)而研究瓦斯在覆巖裂隙中的運(yùn)移富集。本發(fā)明是將自主設(shè)計(jì)研發(fā)的瓦斯注入機(jī)構(gòu)以及瓦斯散逸模擬機(jī)構(gòu)有機(jī)結(jié)合，可用于精確的模擬采空區(qū)中瓦斯涌出。在利用該系統(tǒng)進(jìn)行瓦斯涌出規(guī)律模擬時(shí)，可按照如下方式進(jìn)行:
[0019](I)通過(guò)相似理論計(jì)算，得到針對(duì)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(chēng)出其重量，加水將各種配料裝入攪拌裝置內(nèi)，攪拌均勻，將攪拌均勻的材料倒入實(shí)驗(yàn)箱體15中，然后進(jìn)行夯實(shí)工作。針對(duì)某一特定礦井的巖層柱狀圖，按照配比，繼續(xù)配出第二層相似材料，攪拌后裝入實(shí)驗(yàn)平臺(tái)箱體15中，以此類(lèi)推，完成實(shí)驗(yàn)1?型制作，1?型完成后為3m X2.5m X1.8m。
[0020](2)待模型晾干后，開(kāi)展物理相似模擬實(shí)驗(yàn)，首先是降下開(kāi)采液壓缸17，帶動(dòng)開(kāi)采條鋼14，模擬煤層的開(kāi)采過(guò)程。
[0021](3)打開(kāi)氣體減壓閥3，瓦斯鋼瓶2的高壓氣體經(jīng)過(guò)減壓閥3減壓后，流經(jīng)氣體總管路4進(jìn)入氣體注入控制柜5;氣體注入控制柜5起到兩個(gè)作用，第一是穩(wěn)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(guò)多通道管路，分別與多個(gè)布滿微孔的條鋼單獨(dú)連接，可以起到精確的模擬瓦斯作用，即可以模擬采空區(qū)深部到淺部的瓦斯涌出變化，以及推進(jìn)速度對(duì)瓦斯涌出的影響。
[0022](4)進(jìn)入氣體注入控制柜5的瓦斯氣體，首先流經(jīng)氣體緩沖罐8，起降壓和穩(wěn)壓的作用，然后流經(jīng)數(shù)顯壓力表9、總氣體質(zhì)量流量計(jì)10，流量與壓力數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸線11時(shí)時(shí)傳入電腦保存，之后氣體進(jìn)入多通道管路，每個(gè)通路進(jìn)入流量的大小由微調(diào)旋鈕7進(jìn)行調(diào)節(jié)，由MF5700氣體質(zhì)量流量計(jì)6顯示，進(jìn)入的量根據(jù)實(shí)驗(yàn)計(jì)算得出。
[0023](5)經(jīng)過(guò)每個(gè)通路精確調(diào)節(jié)的流量通過(guò)分管路13通過(guò)實(shí)驗(yàn)箱體15的基座16進(jìn)入到開(kāi)采條鋼14，最后通過(guò)微孔均勻的散逸到采空區(qū)，精確模擬受煤層采動(dòng)影響瓦斯的涌出規(guī)律。
[0024](6)啟動(dòng)瓦斯數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，通過(guò)采集采空區(qū)深部方向、沿工作面方向以及垂直方向上瓦斯的濃度參數(shù)、壓力參數(shù)，待實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，整理數(shù)據(jù)分析瓦斯在該種巖層地質(zhì)調(diào)下的運(yùn)移規(guī)律，找到富集區(qū)域，為瓦斯抽采提供依據(jù)。
[0025]盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對(duì)這些實(shí)施例作出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實(shí)施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。
[0026]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于物理相似模擬實(shí)驗(yàn)中的瓦斯涌出模擬系統(tǒng)，其特征在于，包括瓦斯注入機(jī)構(gòu)和瓦斯散逸模擬機(jī)構(gòu)； 所述瓦斯注入機(jī)構(gòu)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(zhì)量流量計(jì)(6)、微調(diào)旋鈕(7)、氣體緩沖罐(8)、數(shù)顯壓力表(9)、總氣體質(zhì)量流量計(jì)(10)、數(shù)據(jù)傳輸線(11)和電腦(12);所述瓦斯鋼瓶(2)設(shè)置于氣瓶柜(I)中，所述氣體注入控制柜(5)內(nèi)設(shè)置有氣體緩沖罐(8)、數(shù)顯壓力表(9)、總氣體質(zhì)量流量計(jì)(10)和多個(gè)分氣體質(zhì)量流量計(jì)(6)，所述瓦斯鋼瓶(2)設(shè)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(shè)置有數(shù)顯壓力表(9)，所述氣體緩沖罐(8)通過(guò)氣體輸送管路連接總氣體質(zhì)量流量計(jì)(10)，總氣體質(zhì)量流量計(jì)(10)出來(lái)的氣體經(jīng)多通道管路分別連接至各分氣體質(zhì)量流量計(jì)(6)，連接各分氣體質(zhì)量流量計(jì)(6)的每個(gè)通道管路進(jìn)入氣體流量的大小由微調(diào)旋鈕(7)進(jìn)行調(diào)節(jié)，各分氣體質(zhì)量流量計(jì)(6)的氣體出口分別連接有分管路(13)，所述數(shù)顯壓力表(9)、總氣體質(zhì)量流量計(jì)(10)經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸線(11)連接至電腦(12); 所述瓦斯散逸模擬機(jī)構(gòu)包括分管路(13)、開(kāi)采條鋼(14)、實(shí)驗(yàn)箱體(15)、基座(16)和開(kāi)采液壓缸(17)，所述實(shí)驗(yàn)箱體(15)的底部設(shè)置有基座(16),所述基座(16)內(nèi)安裝有開(kāi)采液壓缸(17)，所述基座(16)的上方設(shè)置有多個(gè)緊挨在一起的開(kāi)采條鋼(14)，每個(gè)開(kāi)采條鋼(14)由2個(gè)并聯(lián)的開(kāi)采液壓缸(17)支撐，所述分管路(13)將氣體輸送至開(kāi)采條鋼(14)。2.如權(quán)利要求1所述的一種用于物理相似模擬實(shí)驗(yàn)中的瓦斯涌出模擬系統(tǒng)，其特征在于，所述開(kāi)采條鋼(14)的內(nèi)部中空，所述開(kāi)采條鋼(14)的上表面均勻設(shè)置有散逸孔，所述開(kāi)采條鋼(14)的下表面設(shè)置有管路進(jìn)氣孔并于管路進(jìn)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(quán)利要求1所述的一種用于物理相似模擬實(shí)驗(yàn)中的瓦斯涌出模擬系統(tǒng)，其特征在于，所述總氣體質(zhì)量流量計(jì)(10)和分氣體質(zhì)量流量計(jì)(6)均為MF5700氣體質(zhì)量流量計(jì)。
【文檔編號(hào)】E21B47/00GK106050295SQ201610298450
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年4月28日
【發(fā)明人】林海飛, 魏宗勇, 李樹(shù)剛, 潘紅宇, 趙鵬翔, 肖鵬, 丁洋, 李莉, 成連華, 劉超, 嚴(yán)敏, 張超
【申請(qǐng)人】西安科技大學(xué)