煤與瓦斯突出動力效應(yīng)模擬實驗裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種煤與瓦斯突出動力效應(yīng)模擬實驗裝置，包括動力系統(tǒng)、管道系統(tǒng)和除塵系統(tǒng)，動力系統(tǒng)包括開有容器開口的壓力容器及連接容器開口與管道系統(tǒng)的出口裝置，出口裝置內(nèi)設(shè)有用于密封和受壓時打開容器開口的泄爆機構(gòu)，管道系統(tǒng)包括管道組件和連接管，管道組件為由管道單元通過法蘭連接組成的多分支結(jié)構(gòu)，管道單元包括直管、第一連接管和第二連接管，管道單元上設(shè)有觀測孔和/或測試孔；除塵系統(tǒng)包括上部箱體、中部箱體和下部箱體，上部箱體開有凈氣出口，下部箱體設(shè)有管道接口及可開閉的清灰口，中部箱體內(nèi)設(shè)有至少兩個布袋除塵裝置；利用本發(fā)明能夠更清楚地認(rèn)識煤與瓦斯突出致災(zāi)機理及發(fā)生、發(fā)展規(guī)律，有效控制煤與瓦斯突出災(zāi)害。
【專利說明】煤與瓦斯突出動力效應(yīng)模擬實驗裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種礦山災(zāi)害模擬實驗裝置，特別涉及一種用于煤與瓦斯突出動力效應(yīng)模擬實驗的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]煤與瓦斯突出是我國煤炭開采中最為嚴(yán)重的災(zāi)害之一。突出發(fā)生時產(chǎn)生的動力效應(yīng)能夠摧毀生產(chǎn)系統(tǒng)，造成人員傷亡，且易引發(fā)煤塵和瓦斯爆炸等重大事故。因此，要最大限度地降低災(zāi)害的破壞作用，就必須對煤與瓦斯突出的致災(zāi)機理進(jìn)行研究，探索有效的災(zāi)害控制方法和措施。煤與瓦斯突出的整體過程可以看作是兩個不同階段，其中一個階段是突出煤體的破碎過程，其主要表現(xiàn)特征是煤體在地應(yīng)力、瓦斯壓力以及采掘活動的共同作用下產(chǎn)生破壞并與煤壁剝離，煤體中的吸附瓦斯不斷解吸，游離瓦斯釋放，在突出孔洞內(nèi)部形成煤一瓦斯兩相流；另一個階段是煤體破碎后的拋出過程，即動力效應(yīng)階段，也即上一階段形成的煤一瓦斯兩相流噴出突出孔洞并在巷道中分選堆積的過程，該階段在不考慮頂板垮落的情況下，地應(yīng)力起次要作用，而瓦斯氣體的推動起支配作用。
[0003]由于煤與瓦斯突出的復(fù)雜性以及研究方法和手段的限制，國內(nèi)外對煤與瓦斯突出后的致災(zāi)理論研究較少。突出動力災(zāi)害實驗室模擬和現(xiàn)場實際觀測都存在著無法克服的困難。雖然目前國內(nèi)外已經(jīng)開展了大量的煤與瓦斯突出實驗，并取得了許多突破性的進(jìn)展，但研究成果大多集中在吸附解吸規(guī)律、煤體破壞規(guī)律、地應(yīng)力作用、型煤參數(shù)等方面，很多問題如煤與瓦斯突出過程中的流體運動參數(shù)及流動狀態(tài)、沖擊波形成機理及對主要通風(fēng)設(shè)施的沖擊破壞作用、破壞效果、致災(zāi)條件及預(yù)警防護(hù)等方面的研究比較少，其主要原因有:第一，由于固氣兩相流問題的復(fù)雜性，目前仍沒有非常成熟的理論成果來解釋兩相流的運動規(guī)律；第二，現(xiàn)有的煤與瓦斯突出實驗室突出模型很難達(dá)到現(xiàn)場實際條件的要求，動力效應(yīng)實驗效果不明顯；第三，突出現(xiàn)場產(chǎn)生動力破壞和沖擊的有關(guān)描述不夠詳細(xì)，且由于煤礦安全法規(guī)和安全設(shè)備限制，突出現(xiàn)場圖片和視頻資料很少，不利于問題的研究。以上這些原因?qū)е峦怀鲋聻?zāi)研究方面相對滯后，人們無法從根本上闡述突出所帶來的危害，更無法直接應(yīng)用理論分析得出的結(jié)論來指導(dǎo)實踐。
[0004]因此，有必要開發(fā)一種專門用于煤與瓦斯突出動力效應(yīng)模擬實驗的實驗裝置，以通過實驗室實驗了解煤與瓦斯突出的致災(zāi)及控制條件，通過動力效應(yīng)實驗研究更清楚地認(rèn)識煤與瓦斯突出致災(zāi)機理及發(fā)生、發(fā)展規(guī)律，有效控制煤與瓦斯突出災(zāi)害。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種專門用于煤與瓦斯突出動力效應(yīng)模擬實驗的實驗裝置，以通過實驗室實驗了解煤與瓦斯突出的致災(zāi)及控制條件，通過動力效應(yīng)實驗研究更清楚地認(rèn)識煤與瓦斯突出致災(zāi)機理及發(fā)生、發(fā)展規(guī)律，有效控制煤與瓦斯突出災(zāi)害。
[0006]本發(fā)明的煤與瓦斯突出動力效應(yīng)模擬實驗裝置，包括依次連接的動力系統(tǒng)、管道系統(tǒng)和除塵系統(tǒng)，所述動力系統(tǒng)包括用于充裝模擬實驗材料的壓力容器，所述壓力容器固定在地面且開有容器開口，所述壓力容器上設(shè)有容器充氣孔及可開閉的進(jìn)煤口，所述動力系統(tǒng)還包括連接所述容器開口與所述管道系統(tǒng)的出口裝置，所述出口裝置內(nèi)設(shè)有用于密封和受壓時打開所述容器開口的泄爆機構(gòu)，所述泄爆機構(gòu)包括至少一個爆破片；所述管道系統(tǒng)包括管道組件和連接所述動力系統(tǒng)及所述管道組件入口的連接管，所述管道組件為由管道單元通過法蘭連接組成的多分支結(jié)構(gòu)，所述管道單元包括組成單個分支的直管、連接兩個分支的第一連接管和連接三個分支的第二連接管，所述管道單元上設(shè)有觀測孔和/或測試孔，所述觀測孔安裝用于觀測粉煤堆積狀態(tài)的觀測組件，所述測試孔安裝用于固定傳感裝置的測試組件；所述除塵系統(tǒng)包括從上往下依次連接的上部箱體、中部箱體和下部箱體，所述上部箱體開有凈氣出口，所述下部箱體設(shè)有用于與所述管道系統(tǒng)連接的管道接口及可開閉的清灰口，所述中部箱體內(nèi)設(shè)有至少兩個布袋除塵裝置及用于驅(qū)動所述布袋除塵裝置產(chǎn)生振動的振動裝置。
[0007]進(jìn)一步，所述爆破片的數(shù)量為兩個，所述出口裝置位于兩個所述爆破片之間的部位形成隔離室并且設(shè)有連通所述隔離室的隔離室充氣孔。
[0008]進(jìn)一步，所述出口裝置包括加厚接管及變徑接管，所述加厚接管的一端與所述容器開口連接、另一端與所述變徑接管的粗管部通過第一法蘭進(jìn)行連接，所述變徑接管的細(xì)管部與所述連接管通過第二法蘭進(jìn)行連接，兩個所述爆破片分別夾持在所述第一法蘭的法蘭盤和第二法蘭的法蘭盤之間，所述隔離室充氣孔設(shè)置在所述變徑接管上。
[0009]進(jìn)一步，所述壓力容器為底部設(shè)有鞍式支座的臥式壓力容器，還包括通過地腳螺栓固定在地面且與所述鞍式支座固定連接的底座，所述底座包括上平臺和下平臺，所述上平臺和下平臺之間設(shè)有用于調(diào)節(jié)兩平臺之間相對距離的調(diào)節(jié)螺桿。
[0010]進(jìn)一步，所述連接管包括與所述細(xì)管部連接的子管和與所述管道組件入口連接的母管，所述子管套入所述母管并且可沿所述母管的軸向運動，所述母管前端設(shè)有定位孔，定位件穿過所述定位孔對所述子管進(jìn)行定位，所述子管后端設(shè)有用于安裝密封圈的密封圈安裝槽。
[0011]進(jìn)一步，所述管道單元還包括傾角調(diào)節(jié)管，所述傾角調(diào)節(jié)管的兩端分別連接所述直管并且用于調(diào)節(jié)管道傾角或者方位角；所述第一連接管為直角彎管，所述第二連接管為
三通管。
[0012]進(jìn)一步，所述管道單元均為方形管，所述測試孔設(shè)在所述管道單元的頂面，所述觀測孔設(shè)在所述管道單元上與頂面相鄰的側(cè)面；所述觀測孔的邊沿四周加工出孔座I，所述觀測組件包括與所述孔座I適配的孔蓋I及密封固定在所述孔座I與孔蓋I之間的可視玻璃；所述測試孔的邊沿四周加工出孔座II，所述測試組件包括與所述孔座II適配的孔蓋II及固定在所述孔蓋II上并伸入所述管道單元內(nèi)的傳感器。
[0013]進(jìn)一步，本發(fā)明的煤與瓦斯突出動力效應(yīng)模擬實驗裝置還包括用于支撐所述管道組件的組合支架，所述組合支架包括由Π形鋼梁拼接而成的底架及連接在所述底架上的固定高度支架和活動高度支架，所述活動高度支架支撐相鄰的具有不同高度的所述直管以適應(yīng)所述直管由于傾角變化而引起的高度變化。
[0014]進(jìn)一步，所述布袋除塵裝置包括圓筒型的固定架及套設(shè)在所述固定架上的濾袋，所述振動裝置包括安裝在所述中部箱體的上開口處的振動板及固定在所述振動板上的振動器，所述布袋除塵裝置上部的開口處固定在所述振動板上。[0015]進(jìn)一步，所述中部箱體內(nèi)位于所述布袋除塵機構(gòu)下方的位置設(shè)有用于將含塵氣體均勻?qū)胨霾即龎m機構(gòu)的風(fēng)流均勻裝置。
[0016]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明的煤與瓦斯突出動力效應(yīng)模擬實驗裝置采用了包括動力系統(tǒng)、管道系統(tǒng)、和除塵系統(tǒng)在內(nèi)的模塊化設(shè)計，整體功能齊全，各個模塊的功能與實驗要求配合，可形成不同管道網(wǎng)絡(luò)的實驗條件，然后通過調(diào)節(jié)煤量、氣體量方法來實現(xiàn)不同材料和動力參數(shù)的實驗?zāi)M；具體地，從進(jìn)煤口向壓力容器加入煤體顆粒，從容器充氣孔充入瓦斯氣體，通過充氣加壓方式完成煤體顆粒的氣體吸附過程，當(dāng)壓力達(dá)到泄爆機構(gòu)的爆破點時容器開口瞬間打開，此時壓力容器與實驗巷道連通，煤體破碎并拋出，動力效應(yīng)模擬實驗得以開始；通過直管、第一連接管、第二連接管的增減或調(diào)整進(jìn)行自由組合，能夠模擬簡易的具有多分支結(jié)構(gòu)的礦井巷道網(wǎng)絡(luò)；管道單元上設(shè)置的觀測組件和測試組件，能夠肉眼觀測粉煤堆積形態(tài)，并儀器測量兩相流速度、巷道氣體壓力、粉煤堆積高度，煤巖運動距離等參數(shù)；動力效應(yīng)實驗所產(chǎn)生的粉塵通過布袋除塵裝置實現(xiàn)除塵，除塵效率高、避免二次污染，除塵過程中，布袋除塵裝置隨振動裝置擺動，從而使粉塵不易附著而造成堵塞，有利于提高除塵效率而且除塵系統(tǒng)利用實驗沖擊氣流作為動力來克服自身阻力，無需額外增設(shè)動力裝置；利用本發(fā)明能夠更清楚地認(rèn)識煤與瓦斯突出致災(zāi)機理及發(fā)生、發(fā)展規(guī)律，有效控制煤與瓦斯突出災(zāi)害。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
[0018]圖1為本發(fā)明的俯視圖；
[0019]圖2為本發(fā)明的主視圖；
[0020]圖3為本發(fā)明的動力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖4為本發(fā)明的動力系統(tǒng)的動力原理簡圖；
[0022]圖5為圖1中A處放大圖；
[0023]圖6為本發(fā)明的傾角調(diào)節(jié)管的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖7為圖1中B處放大圖；
[0025]圖8為圖2中C處放大圖；
[0026]圖9為本發(fā)明的除塵系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖10為圖9的左視圖；
[0028]圖11為圖9的俯視圖。
【具體實施方式】
[0029]圖1為本發(fā)明的俯視圖，圖2為本發(fā)明的主視圖，圖3為本發(fā)明的動力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，圖9為本發(fā)明的除塵系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示:本發(fā)明的煤與瓦斯突出動力效應(yīng)模擬實驗裝置，包括依次連接的動力系統(tǒng)、管道系統(tǒng)和除塵系統(tǒng)，所述動力系統(tǒng)包括用于充裝模擬實驗材料的壓力容器101，所述壓力容器101固定在地面且開有容器開口 111，所述壓力容器101上設(shè)有容器充氣孔112及可開閉的進(jìn)煤口 113，所述動力系統(tǒng)還包括連接所述容器開口 111與所述管道系統(tǒng)的出口裝置，所述出口裝置內(nèi)設(shè)有用于密封和受壓時打開所述容器開口 111的泄爆機構(gòu)，所述泄爆機構(gòu)包括至少一個爆破片102 ;所述管道系統(tǒng)包括管道組件和連接所述動力系統(tǒng)及所述管道組件入口的連接管202，所述管道組件為由管道單元通過法蘭連接組成的多分支結(jié)構(gòu)，所述管道單元包括組成單個分支的直管211、連接兩個分支的第一連接管212和連接三個分支的第二連接管212，所述管道單元上設(shè)有觀測孔和/或測試孔，所述觀測孔安裝用于觀測粉煤堆積狀態(tài)的觀測組件，所述測試孔安裝用于固定傳感裝置的測試組件；所述除塵系統(tǒng)包括從上往下依次連接的上部箱體301、中部箱體302和下部箱體303，所述上部箱體301開有凈氣出口(位于上部箱體301的一側(cè)，圖中未示出)，所述下部箱體303設(shè)有用于與所述管道系統(tǒng)連接的管道接口 311及可開閉的清灰口 312，所述中部箱體302內(nèi)設(shè)有至少兩個布袋除塵裝置及用于驅(qū)動所述布袋除塵裝置產(chǎn)生振動的振動裝置；壓力容器101為能夠承載內(nèi)部高壓的密閉設(shè)備；模擬實驗材料包括媒體顆粒和瓦斯氣體，其中容器充氣孔112可與高壓氣瓶連接、用于充入瓦斯氣體，進(jìn)煤口 113設(shè)于壓力容器101頂部、通過閥門進(jìn)行開啟及關(guān)閉；管道系統(tǒng)為模擬礦井巷道網(wǎng)絡(luò)的管道；容器開口 111開設(shè)在壓力容器101下部，通過主要由管道組成的出口裝置與管道系統(tǒng)連通，并且由泄爆機構(gòu)進(jìn)行封閉，以實現(xiàn)壓力容器101的整體密封；泄爆機構(gòu)能夠在規(guī)定的溫度和壓力下爆破、泄放壓力；從進(jìn)煤口 113向壓力容器101加入煤體顆粒，從容器充氣孔112充入瓦斯氣體，通過充氣加壓方式完成煤體顆粒的氣體吸附過程，當(dāng)壓力達(dá)到泄爆機構(gòu)的爆破點時容器開口 111瞬間打開，此時壓力容器101與實驗巷道連通，煤體破碎并拋出，動力效應(yīng)模擬實驗得以開始；泄爆機構(gòu)可采用現(xiàn)有任何結(jié)構(gòu)的爆破片102，在此不贅述其結(jié)構(gòu)；采用爆破片102具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝維修方便、價格低廉等優(yōu)點，而且其耐腐蝕、密封性能可靠，保證壓力容器101在動力效應(yīng)實驗開始前的密封性能；爆破片102的數(shù)量則根據(jù)實際需要而定；在采用一個爆破片102時，可將爆破片102安裝在出口裝置的任何位置；如需煤體顆粒的氣體吸附過程，則先向壓力容器101中充入小于且接近爆破片102爆破壓力的氣體，此時爆破片102不會破裂；實驗需打開容器開口 111時，再向壓力容器101內(nèi)充氣，使壓力容器101內(nèi)氣 體壓力超過爆破片102爆破壓力，爆破片102破碎，從而實現(xiàn)容器開口 111的瞬間打開；管道系統(tǒng)的入口、出口均以流體運動方向為標(biāo)準(zhǔn)，流體進(jìn)入的一端為入口 ；管道組件具有至少三條分支，每一分支即由直管211連續(xù)組成的直形管道；第一連接管212為兩端開口的彎管，第二連接管212則為具有三個開口的管道；通過直管211、第一連接管212、第二連接管212的增減或調(diào)整進(jìn)行自由組合，能夠模擬簡易的具有多分支結(jié)構(gòu)的礦井巷道網(wǎng)絡(luò)；管道單元上設(shè)置的觀測組件和測試組件，能夠肉眼觀測粉煤堆積形態(tài)，并儀器測量兩相流速度、巷道氣體壓力、粉煤堆積高度，煤巖運動距離等參數(shù)；中部箱體302為除塵系統(tǒng)的主要工作部件，其內(nèi)部中空形成除塵室，中部箱體302的上開口與上部箱體301對接、上開口與下部箱體303對接，上部箱體301用于出氣，下部箱體303則用于進(jìn)氣及清灰；管道接口 311與管道系統(tǒng)法蘭連接；清灰口 312為可以密封和開啟的閥門式結(jié)構(gòu)；布袋除塵裝置懸掛在除塵室，利用纖維編制物制作的袋式過濾元件來捕集含塵氣體中固體顆粒物；動力效應(yīng)實驗所產(chǎn)生的粉塵通過布袋除塵裝置實現(xiàn)除塵，除塵效率高、避免二次污染；除塵過程中，布袋除塵裝置隨振動裝置擺動，從而使粉塵不易附著而造成堵塞，有利于提高除塵效率，而且除塵系統(tǒng)利用實驗沖擊氣流作為動力來克服自身阻力，無需額外增設(shè)動力
>j-U ρ?α裝直。
[0030]本實施例中，所述爆破片102的數(shù)量為兩個，所述出口裝置位于兩個所述爆破片102 (包括靠近管道系統(tǒng)的爆破片Α1021和靠近壓力容器101的爆破片Β1022)之間的部位形成隔離室103并且設(shè)有連通所述隔離室103的隔離室充氣孔131 ;隔離室103即出口裝置中兩個爆破片102所形成的密閉空間，隔離室充氣孔131與容器充氣孔112結(jié)構(gòu)及功能均一致；同時使用兩個爆破片102比僅僅使用一個爆破片102具有更為突出的技術(shù)效果，使用一個爆破片102時，爆破片102的破損需要對整個壓力容器101充氣，充氣對象體積大，出口打開時間長，爆破片102破碎時間不易控制；而使用兩個爆破片102時，可通過對隔離室103進(jìn)行充、放氣來改變爆破片102所承受的壓力，出口打開時間短，易于準(zhǔn)確控制容器開口 111打開時間；具體地說，如圖4所示，根據(jù)實驗要求，如需煤體顆粒的氣體吸附過程，則先向壓力容器101內(nèi)充入小于且接近爆破片B1022爆破壓力的氣體，此時爆破片B1022不會破裂；吸附過程完成后，實驗開始前，首先對隔離室充氣孔131和容器充氣孔112進(jìn)行交替間歇充氣，使壓力容器101內(nèi)的實驗壓力達(dá)到預(yù)設(shè)實驗壓力P。，并保證爆破片A1021、爆破片B1022均不會破裂，此時壓力容器氣體壓力Ptl >隔離室氣體壓力P1 >管道系統(tǒng)氣體壓力Pm，且P。一 Pm >爆破片B的爆破壓力> P。一 P1，而爆破片A的爆破壓力> P1 — Pm ;實驗開始時，充氣增大或放氣減小隔離室103內(nèi)的氣體壓力，爆破片B1022和爆破片A1021先后破碎，從而實現(xiàn)出口的瞬間打開；采用充氣增壓方式打開出口時，爆破片A1021首先破碎；而采用放氣減壓方式打開出口時，爆破片B1022首先破碎。
[0031]本實施例中，所述出口裝置包括加厚接管104及變徑接管105，所述加厚接管104的一端與所述容器開口 111連接、另一端與所述變徑接管105的粗管部通過第一法蘭161進(jìn)行連接，所述變徑接管105的細(xì)管部與所述連接管202通過第二法蘭162進(jìn)行連接，兩個所述爆破片102分別夾持在所述第一法蘭161的法蘭盤和第二法蘭162的法蘭盤之間，所述隔離室充氣孔131設(shè)置在所述變徑接管105上；為適應(yīng)容器開口 111打開時的強烈高壓沖擊，容器開口 111連接比壓力容器101外壁厚度更大的加厚接管104，當(dāng)然加厚接管104也可以與壓力容器101 —體成型，以提高連接穩(wěn)固度；變徑接管105使加厚接管104能夠與不同尺寸的管道系統(tǒng)相連接，增加模擬實驗的可控變量；本實施例的加厚接管104的直徑為0.3m、長度為0.1m,變徑接管105的粗管部直徑為0.3m，而細(xì)管部的直徑大小可根據(jù)實驗需求調(diào)整為0.3m、0.2m、0.1m等不同規(guī)格；第一法蘭161、第二法蘭162均與現(xiàn)有的法蘭結(jié)構(gòu)相同，可在加厚接管104、變徑接管105及管道系統(tǒng)進(jìn)口的相應(yīng)連接部位預(yù)設(shè)法蘭盤，再通過螺栓進(jìn)行密封連接，爆破片102則相應(yīng)被夾持在法蘭盤之間。
[0032]本實施例中，所述壓力容器101為底部設(shè)有鞍式支座114的臥式壓力容器，還包括通過地腳螺栓固定在地面且與所述鞍式支座114固定連接的底座，所述底座包括上平臺171和下平臺172，所述上平臺171和下平臺172之間設(shè)有用于調(diào)節(jié)兩平臺之間相對距離的調(diào)節(jié)螺桿173 ;壓力容器101通過底座固定在地面，以防止壓力容器101在沖擊反力作用下移動；底座由至少兩層相對獨立的鋼板層構(gòu)成，其中最底層的鋼板層固定在地面，各鋼板層之間可以接觸連接，也可以不接觸連接；鋼板層間的相對距離可調(diào)節(jié)，有利于保持壓力容器101的水平度，并可以調(diào)整壓力容器101的相對高度，便于壓力容器101與出口裝置的連接；調(diào)節(jié)螺桿173穿過上平臺171并部分穿入下平臺172，可在桿身上設(shè)置兩段相反旋向的螺紋，螺旋時實現(xiàn)兩平臺高度的調(diào)節(jié)；壓力容器101、加厚接管104及變徑接管105上均設(shè)有用于安裝傳感器的傳感器孔A108;傳感器孔A108用于安裝壓力傳感器、溫度傳感器等傳感器，以監(jiān)測并獲取實驗過程中的理化數(shù)據(jù)；傳感器孔A108的軸線均與設(shè)壓力容器101、加厚接管104及變徑接管105的軸線相垂直，便于開設(shè)并且可以提高獲取數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。[0033]本實施例中，所述連接管202包括與所述細(xì)管部連接的子管221和與所述管道組件入口連接的母管222，所述子管221套入所述母管222并且可沿所述母管222的軸向運動，所述母管222前端設(shè)有定位孔222a，定位件穿過所述定位孔222a對所述子管221進(jìn)行定位，所述子管221后端設(shè)有用于安裝密封圈的密封圈安裝槽；連接管202兩端分別與動力系統(tǒng)、管道組件密封連接，其為伸縮套管式結(jié)構(gòu)，使連接管202的整體長度可進(jìn)行微調(diào)，最大調(diào)整長度為0.1m,以便于連接處的拆裝更換；定位件可采用緊固螺栓，子管221上設(shè)有至少三個與定位孔222a對應(yīng)連接的孔221a ;前端、后端均以流體運動方向為標(biāo)準(zhǔn)，流體首先經(jīng)過的一端為前端。
[0034]本實施例中，所述管道單元還包括傾角調(diào)節(jié)管203，所述傾角調(diào)節(jié)管203的兩端分別連接所述直管211并且用于調(diào)節(jié)管道傾角或者方位角；傾角調(diào)節(jié)管203兩端面之間的夾角α為10° -20° ;所述第一連接管212為直角彎管，所述第二連接管212為三通管；如圖6所示，傾角調(diào)節(jié)管203使管道系統(tǒng)具有傾角變化，形成與實際礦井巷道網(wǎng)絡(luò)更為相似的管道結(jié)構(gòu)，使流體運動與實際突發(fā)效應(yīng)接近，實驗過程更能反映實際情況，實驗結(jié)果更加準(zhǔn)確；直角彎管、三通管均容易制造，有利于降低生產(chǎn)成本。
[0035]本實施例中，所述管道單元均為方形管，所述測試孔設(shè)在所述管道單元的頂面，所述觀測孔設(shè)在所述管道單元上與頂面相鄰的側(cè)面；所述觀測孔的邊沿四周加工出孔座I 241，所述觀測組件包括與所述孔座I 241適配的孔蓋I 251及密封固定在所述孔座
I241與孔蓋I 251之間的可視玻璃252;所述測試孔的邊沿四周加工出孔座II 261，所述測試組件包括與所述孔座II 261適配的孔蓋II 271及固定在所述孔蓋II 271上并伸入所述管道單元內(nèi)的傳感器273;方形管道與實際礦井巷道網(wǎng)絡(luò)更為相似，進(jìn)一步使流體運動與實際突發(fā)效應(yīng)接近，實驗過程更能反映實際情況，實驗結(jié)果更加準(zhǔn)確；頂面即管道單元放置時的上表面，測試孔設(shè)置在頂面，增強傳感裝置的感應(yīng)準(zhǔn)確度，而且工作人員還可以從測試孔對管道進(jìn)行清潔工作，設(shè)在頂面便于清潔；觀測孔設(shè)置在側(cè)面，便于對管道內(nèi)情況進(jìn)行實時觀察；孔座I 241與孔蓋I 251具有配合連接的法蘭盤結(jié)構(gòu)，便于進(jìn)行密封連接；可視玻璃252形成透明視窗，并且能夠承載實驗壓力，以觀察模擬煤礦巷道瓦斯爆破現(xiàn)象；可視玻璃252優(yōu)選為鋼化硼硅玻璃，鋼化硼硅玻璃的耐高溫性能穩(wěn)定，可長時間處在450°C高溫環(huán)境下工作，瞬間耐溫高達(dá)650°C，經(jīng)過半鋼化處理后，可以顯著提高玻璃的抗熱沖擊性能，提高玻璃的機械強度，熱膨脹系數(shù)低，透明度高，耐水、耐堿、耐酸性能良好，高強度、高硬度、具有超強的抗爆能力；孔座II 261與孔蓋II 271具有配合連接的法蘭盤結(jié)構(gòu)，便于進(jìn)行密封連接；傳感器273用于檢測實驗過程中的溫度、壓力等理化因素，完善實驗結(jié)果數(shù)據(jù)；每一孔蓋II 271上共設(shè)置三個沿流體運動方向等間距的用于安裝傳感器273的傳感器安裝孔274 ;傳感器273的數(shù)量可根據(jù)實驗需求進(jìn)行設(shè)定，當(dāng)不安裝傳感器273時，傳感器安裝孔274用螺栓密封。
[0036]本實施例中，本發(fā)明的煤與瓦斯突出動力效應(yīng)模擬實驗裝置還包括用于支撐所述管道組件的組合支架，所述組合支架包括由Π形鋼梁拼接而成的底架281及連接在所述底架281上的固定高度支架282和活動高度支架(圖中未示出)，所述活動高度支架支撐相鄰的具有不同高度的所述直管211以適應(yīng)所述直管211由于傾角變化而引起的高度變化；底架281主要由Π形鋼、橫梁和聯(lián)接螺釘組成，用于保持管道組件整體的平整；為了便于運輸和拆裝，底架281被分成長度不等的數(shù)段，通過聯(lián)接螺釘聯(lián)接成一個整體鋪設(shè)在地面上，其整體鋪設(shè)形式與管道組件相同；固定高度支架282由二腳支架、四腳支架和五腳支架組成，其中二腳支架主要用于支承帶有觀測組件的管道單元，以防止支架頂部鋼管遮擋視窗；五腳支架用于支承第一連接管212，以提高管道穩(wěn)固性；其他管道組件采用四腳支架進(jìn)行支承；每個支架腳部都有地腳法蘭，用于聯(lián)接固定高度支架282和底架281 ;活動高度支架則支撐傾角調(diào)節(jié)管203及經(jīng)過傾角調(diào)節(jié)管203改變高度的直管211。
[0037]本實施例中，所述布袋除塵裝置包括圓筒型的固定架341及套設(shè)在所述固定架341上的濾袋342，所述振動裝置包括安裝在所述中部箱體302的上開口處的振動板351及固定在所述振動板351上的振動器352，所述布袋除塵裝置上部的開口處固定在所述振動板351上；固定架341用于支撐濾袋342，防止濾袋342塌陷，同時有助于塵餅的清除和重新分布；含塵氣體經(jīng)過布袋除塵裝置時，粉塵被捕集在濾袋342的外表面，而干凈氣體通過濾料進(jìn)入濾袋342內(nèi)部；振動板351與中部箱體302的上蓋板之間設(shè)有彈性元件如彈簧，使振動板351能夠形成諧振；振動器352為一位于振動板351中央的偏振機構(gòu)，其可以由外部電源驅(qū)動，也可以由各個布袋除塵裝置之間因過濾壓力不一而形成初始偏振，隨后則因慣性而不斷振動，從而推動振動板351振動；中部箱體302為圓筒體，減少氣體流動阻力，沿中部箱體302的內(nèi)腔周向均勻設(shè)置六個布袋除塵裝置；除塵室也呈圓筒狀；各個固定架341的圓心處于以除塵室中心為圓心的一個圓上，以保證中部箱體302的平衡性；凈氣出口連接有通風(fēng)管道381，通風(fēng)管道381由固定在地面上的支撐桿382支撐；通風(fēng)管道381將干凈氣體引導(dǎo)至適合排放的區(qū)域，避免對實驗區(qū)域造成污染，而且由于動力實驗需要使用到沼氣，引導(dǎo)式排放能夠防止造成中毒事故；中部箱體302的外表面與下部箱體303的上表面之間連接有加強筋391，能夠加強中部箱體302與下部箱體303連接的穩(wěn)固度，減少中部箱體302外壁的震動；下部箱體303的上表面用于提升運輸?shù)牡醵?92 ;吊耳392共設(shè)置四個，均勻布置在下部箱體303的上表面，保證運輸時的平衡；中部箱體302的外表面與下部箱體303的上表面之間連接有用于攀爬的爬梯393，便于對本除塵系統(tǒng)進(jìn)行檢修、安裝；下部箱體303和支撐桿382均通過地腳螺栓固定在地面上，防止除塵系統(tǒng)在沖擊反力作用下移動。
[0038]本實施例中，所述中部箱體302內(nèi)位于所述布袋除塵機構(gòu)下方的位置設(shè)有用于將含塵氣體均勻?qū)胨霾即龎m機構(gòu)的風(fēng)流均勻裝置306 ;如圖9所示，風(fēng)流均勻裝置306為垂直氣流分隔板；含塵氣體進(jìn)入下部箱體303時將形成高速渦流，會對濾袋342形成強烈沖刷作用，增設(shè)風(fēng)流均勻裝置306則能夠降低含塵氣體的氣流流速并使氣流分布均勻，提高本除塵系統(tǒng)的除塵效率，同時也提高濾袋342的使用壽命。
[0039]最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.一種煤與瓦斯突出動力效應(yīng)模擬實驗裝置，包括依次連接的動力系統(tǒng)、管道系統(tǒng)和除塵系統(tǒng)，其特征在于:所述動力系統(tǒng)包括用于充裝模擬實驗材料的壓力容器，所述壓力容器固定在地面且開有容器開口，所述壓力容器上設(shè)有容器充氣孔及可開閉的進(jìn)煤口，所述動力系統(tǒng)還包括連接所述容器開口與所述管道系統(tǒng)的出口裝置，所述出口裝置內(nèi)設(shè)有用于密封和受壓時打開所述容器開口的泄爆機構(gòu)，所述泄爆機構(gòu)包括至少一個爆破片；所述管道系統(tǒng)包括管道組件和連接所述動力系統(tǒng)及所述管道組件入口的連接管，所述管道組件為由管道單元通過法蘭連接組成的多分支結(jié)構(gòu)，所述管道單元包括組成單個分支的直管、連接兩個分支的第一連接管和連接三個分支的第二連接管，所述管道單元上設(shè)有觀測孔和/或測試孔，所述觀測孔安裝用于觀測粉煤堆積狀態(tài)的觀測組件，所述測試孔安裝用于固定傳感裝置的測試組件；所述除塵系統(tǒng)包括從上往下依次連接的上部箱體、中部箱體和下部箱體，所述上部箱體開有凈氣出口，所述下部箱體設(shè)有用于與所述管道系統(tǒng)連接的管道接口及可開閉的清灰口，所述中部箱體內(nèi)設(shè)有至少兩個布袋除塵裝置及用于驅(qū)動所述布袋除塵裝置產(chǎn)生振動的振動裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤與瓦斯突出動力效應(yīng)模擬實驗裝置，其特征在于:所述爆破片的數(shù)量為兩個，所述出口裝置位于兩個所述爆破片之間的部位形成隔離室并且設(shè)有連通所述隔離室的隔離室充氣孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的煤與瓦斯突出動力效應(yīng)模擬實驗裝置，其特征在于:所述出口裝置包括加厚接管及變徑接管，所述加厚接管的一端與所述容器開口連接、另一端與所述變徑接管的粗管部通過第一法蘭進(jìn)行連接，所述變徑接管的細(xì)管部與所述連接管通過第二法蘭進(jìn)行連接，兩個所述爆破片分別夾持在所述第一法蘭的法蘭盤和第二法蘭的法蘭盤之間，所述隔離室充氣孔設(shè)置在所述變徑接管上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的煤與瓦斯突出動力效應(yīng)模擬實驗裝置，其特征在于:所述壓力容器為底部設(shè)有鞍式支 座的臥式壓力容器，還包括通過地腳螺栓固定在地面且與所述鞍式支座固定連接的底座，所述底座包括上平臺和下平臺，所述上平臺和下平臺之間設(shè)有用于調(diào)節(jié)兩平臺之間相對距離的調(diào)節(jié)螺桿。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的煤與瓦斯突出動力效應(yīng)模擬實驗裝置，其特征在于:所述連接管包括與所述細(xì)管部連接的子管和與所述管道組件入口連接的母管，所述子管套入所述母管并且可沿所述母管的軸向運動，所述母管前端設(shè)有定位孔，定位件穿過所述定位孔對所述子管進(jìn)行定位，所述子管后端設(shè)有用于安裝密封圈的密封圈安裝槽。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的煤與瓦斯突出動力效應(yīng)模擬實驗裝置，其特征在于:所述管道單元還包括傾角調(diào)節(jié)管，所述傾角調(diào)節(jié)管的兩端分別連接所述直管并且用于調(diào)節(jié)管道傾角或者方位角；所述第一連接管為直角彎管，所述第二連接管為三通管。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的煤與瓦斯突出動力效應(yīng)模擬實驗裝置，其特征在于:所述管道單元均為方形管，所述測試孔設(shè)在所述管道單元的頂面，所述觀測孔設(shè)在所述管道單元上與頂面相鄰的側(cè)面；所述觀測孔的邊沿四周加工出孔座I，所述觀測組件包括與所述孔座I適配的孔蓋I及密封固定在所述孔座I與孔蓋I之間的可視玻璃；所述測試孔的邊沿四周加工出孔座II，所述測試組件包括與所述孔座II適配的孔蓋II及固定在所述孔蓋II上并伸入所述管道單元內(nèi)的傳感器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的煤與瓦斯突出動力效應(yīng)模擬實驗裝置，其特征在于:還包括用于支撐所述管道組件的組合支架，所述組合支架包括由Π形鋼梁拼接而成的底架及連接在所述底架上的固定高度支架和活動高度支架，所述活動高度支架支撐相鄰的具有不同高度的所述直管以適應(yīng)所述直管由于傾角變化而引起的高度變化。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的煤與瓦斯突出動力效應(yīng)模擬實驗裝置，其特征在于:所述布袋除塵裝置包括圓筒型的固定架及套設(shè)在所述固定架上的濾袋，所述振動裝置包括安裝在所述中部箱體的上開口處的振動板及固定在所述振動板上的振動器，所述布袋除塵裝置上部的開口處固定在所述振動板上。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的煤與瓦斯突出動力效應(yīng)模擬實驗裝置，其特征在于:所述中部箱體內(nèi)位于所述 布袋除塵機構(gòu)下方的位置設(shè)有用于將含塵氣體均勻?qū)胨霾即龎m機構(gòu)的風(fēng)流均勻裝置。
【文檔編號】G01N33/22GK103995092SQ201410260247
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年6月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月12日
【發(fā)明者】胡千庭, 文光才, 孫東玲, 龔小兵, 馬代輝, 苗法田, 楊慧明, 王波, 劉奎, 隆清明, 劉延保, 張淑同, 戴林超, 于海云 申請人:中煤科工集團重慶研究院有限公司