含瓦斯煤復(fù)合動(dòng)力災(zāi)害工作面預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種含瓦斯煤復(fù)合動(dòng)力災(zāi)害工作面預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試系統(tǒng)，其包括加載裝置、加氣裝置、抽真空裝置、鉆進(jìn)裝置和數(shù)據(jù)采集裝置；所述加載裝置包括設(shè)有加煤口的缸體，該缸體的內(nèi)壁與活塞滑動(dòng)密封連接，缸體側(cè)壁連接壓力表；缸體一側(cè)連接三通閥，且通過(guò)三通閥分為兩個(gè)支路，其中一個(gè)連接加氣裝置；另一個(gè)連接抽真空裝置；缸體側(cè)壁連接鉆進(jìn)裝置，該鉆進(jìn)裝置包括順次連接的鉆頭、鉆桿、鉆機(jī)和礦用電源；鉆桿上設(shè)有與空壓機(jī)相連接的供風(fēng)器，鉆桿設(shè)有軸向中心孔，空壓機(jī)通過(guò)供風(fēng)器使壓風(fēng)自鉆桿軸向中心孔進(jìn)入缸體內(nèi)；所述數(shù)據(jù)采集裝置包括天平和置于天平上的簡(jiǎn)易除塵器；鉆桿通過(guò)管路與簡(jiǎn)易除塵器相連接。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、設(shè)計(jì)合理。
【專利說(shuō)明】含瓦斯煤復(fù)合動(dòng)力災(zāi)害工作面預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種含瓦斯煤動(dòng)力災(zāi)害預(yù)測(cè)過(guò)程中工作面預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]進(jìn)入深部開采之后，礦井的自然條件、瓦斯條件和開采技術(shù)條件發(fā)生了顯著變化，出現(xiàn)了高地應(yīng)力、高瓦斯、高非均質(zhì)性、低滲透性等復(fù)雜現(xiàn)象交織的情況，突出的危險(xiǎn)性越來(lái)越大，煤巖動(dòng)力災(zāi)害日趨復(fù)雜，除了單純瓦斯災(zāi)害(或單純沖擊地壓)，又出現(xiàn)了沖擊地壓和煤與瓦斯突出共同作用下的復(fù)合礦井災(zāi)動(dòng)力害，成為又一重大而復(fù)雜的安全隱患。與由一種能量主導(dǎo)型的動(dòng)力災(zāi)害不同，復(fù)合型動(dòng)力災(zāi)害受兩種能量的影響，兩種現(xiàn)象可能互為誘因，互為影響，導(dǎo)致動(dòng)力災(zāi)害發(fā)生“門檻”比單一型下降，強(qiáng)度比單一型災(zāi)害增加。
[0003]對(duì)于這種復(fù)合型的動(dòng)力災(zāi)害，現(xiàn)有的預(yù)測(cè)指標(biāo)是否同樣適用，預(yù)測(cè)指標(biāo)是如何變化，敏感指標(biāo)如何選擇，臨界值如何確定，這一系列的問(wèn)題都是煤礦安全生產(chǎn)迫切需要解決的問(wèn)題。因此，研究深部開采條件下含瓦斯煤復(fù)合動(dòng)力災(zāi)害工作面預(yù)測(cè)變化規(guī)律是急待解決的科學(xué)問(wèn)題。但是目前多數(shù)學(xué)者在研究含瓦斯煤動(dòng)力災(zāi)害預(yù)測(cè)指標(biāo)時(shí)多采用現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法，很少在實(shí)驗(yàn)室建立系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，由于現(xiàn)場(chǎng)條件復(fù)雜，不容易改變外界條件，很難考察工作面預(yù)測(cè)指標(biāo)隨地應(yīng)力、瓦斯壓力、煤體強(qiáng)度等這些與動(dòng)力現(xiàn)象息息相關(guān)的因素的變化關(guān)系，因此建立含瓦斯煤復(fù)合動(dòng)力災(zāi)害工作面預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試系統(tǒng)，研究預(yù)測(cè)指標(biāo)隨地應(yīng)力、瓦斯壓力、煤體強(qiáng)度的變化規(guī)律，為進(jìn)一步理解高應(yīng)力環(huán)境預(yù)測(cè)指標(biāo)與復(fù)合動(dòng)力災(zāi)害發(fā)生條件之間的關(guān)系以及復(fù)合動(dòng)力災(zāi)害敏感指標(biāo)的選取與臨界值的確定提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)，對(duì)提高復(fù)合動(dòng)力災(zāi)害預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率具有深遠(yuǎn)的理論和現(xiàn)實(shí)意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、設(shè)計(jì)合理、價(jià)格低廉的含瓦斯煤復(fù)合動(dòng)力災(zāi)害工作面預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試系統(tǒng)。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種含瓦斯煤復(fù)合動(dòng)力災(zāi)害工作面預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括加載裝置、加氣裝置、抽真空裝置、鉆進(jìn)裝置和數(shù)據(jù)采集裝置；所述加載裝置包括設(shè)有加煤口的缸體，該缸體的內(nèi)壁與活塞滑動(dòng)密封連接，所述缸體的側(cè)壁通過(guò)管路連接壓力表；所述缸體一側(cè)通過(guò)管路連接三通閥，且通過(guò)三通閥分為兩個(gè)支路，其中一個(gè)連接加氣裝置，另一個(gè)連接抽真空裝置；所述鉆進(jìn)裝置包括順次連接的鉆頭、鉆桿、鉆機(jī)和礦用電源，所述缸體側(cè)壁通過(guò)法蘭連接鉆桿，所述法蘭內(nèi)設(shè)有空腔，鉆桿穿過(guò)該空腔伸入缸體內(nèi)，空腔左端的法蘭部分與鉆桿通過(guò)拉桿封密封連接；所述鉆桿上設(shè)有通過(guò)管路與空壓機(jī)相連接的供風(fēng)器，鉆桿設(shè)有軸向中心孔，空壓機(jī)通過(guò)供風(fēng)器使壓風(fēng)自鉆桿軸向中心孔進(jìn)入缸體內(nèi)；所述數(shù)據(jù)采集裝置包括天平和置于天平上的簡(jiǎn)易除塵器；簡(jiǎn)易除塵器上設(shè)有甲烷濃度傳感器和流速傳感器；所述法蘭的空腔通過(guò)管路與數(shù)據(jù)采集裝置中的簡(jiǎn)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(jiǎn)易除塵器的頂部和出口處，自動(dòng)記錄甲烷濃度和氣體流速，可通過(guò)計(jì)算機(jī)讀取數(shù)據(jù)。
[0007]具體的，所述加氣裝置主要由通過(guò)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(guò)管路順次連接的第二閥門和真空泵組成。
[0009]本發(fā)明所述系統(tǒng)中的加載裝置包括缸體、活塞、壓力表等，缸體上開設(shè)有用于重復(fù)裝煤樣的加煤口。通過(guò)在缸體內(nèi)裝入采集來(lái)的煤樣來(lái)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(tài)；另一方壓力機(jī)可通過(guò)活塞對(duì)煤體加壓。壓力表用來(lái)指示缸體內(nèi)煤體的瓦斯壓力大小。
[0010]本發(fā)明中的加氣裝置和抽真空裝置中，真空泵為系統(tǒng)抽真空，甲烷瓶為煤體提供需要的瓦斯壓力。
[0011]本發(fā)明所述系統(tǒng)中的鉆進(jìn)裝置包括鉆頭、鉆桿、鉆機(jī)、礦用電源、供風(fēng)器、空壓機(jī)等，其中，礦用電源為鉆機(jī)提供動(dòng)力，鉆機(jī)帶動(dòng)鉆桿和鉆頭鉆進(jìn)煤體，為下一步數(shù)據(jù)采集做準(zhǔn)備。空壓機(jī)通過(guò)供風(fēng)器使壓風(fēng)通過(guò)鉆桿中心孔為系統(tǒng)供風(fēng)，從而使鉆頭鉆進(jìn)煤體時(shí)產(chǎn)生的鉆屑自法蘭的空腔順利進(jìn)入簡(jiǎn)易除塵器。鉆桿與缸體側(cè)壁通過(guò)法蘭連接，空腔左端的法蘭部分與鉆桿通過(guò)拉桿封密封連接，從而保證在鉆進(jìn)過(guò)程中不漏氣。
[0012]本發(fā)明所述系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集裝置包括天平，設(shè)有甲烷濃度傳感器和流速傳感器的簡(jiǎn)易除塵器、計(jì)算機(jī)等。其中，天平用于稱量鉆屑增加量；簡(jiǎn)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(cè)量甲烷濃度；流速傳感器用于測(cè)量氣體流速，根據(jù)流體力學(xué)理論流速乘以出口面積再乘以甲烷濃度可以得出鉆進(jìn)過(guò)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(guò)固定在簡(jiǎn)易除塵器上來(lái)測(cè)定參數(shù)，并通過(guò)與計(jì)算機(jī)連接采集數(shù)據(jù)。
[0013]和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述含瓦斯煤復(fù)合動(dòng)力災(zāi)害工作面預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、設(shè)計(jì)合理、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，該測(cè)試系統(tǒng)可用于:
1)不同壓力條件下鉆孔瓦斯涌出特征；
2)不同應(yīng)力條件下鉆孔瓦斯涌出特征；
3)不同堅(jiān)固性系數(shù)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(yīng)力條件下鉆屑量排泄特征；
6)不同堅(jiān)固性系數(shù)條件下鉆屑量排泄特征。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為本發(fā)明所述實(shí)驗(yàn)室測(cè)試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為圖1中A處的局部放大示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0015]以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此。
[0016]實(shí)施例1:
如圖1所示，一種含瓦斯煤復(fù)合動(dòng)力災(zāi)害工作面預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括加載裝置、加氣裝置、抽真空裝置、鉆進(jìn)裝置和數(shù)據(jù)采集裝置；所述加載裝置包括設(shè)有加煤口2的缸體1、該缸體I的內(nèi)壁與活塞3滑動(dòng)密封連接，所述缸體I的側(cè)壁通過(guò)管路連接第三閥門5和壓力表4 ;所述缸體I 一側(cè)通過(guò)管路順次連接第四閥門6和三通閥7，且通過(guò)三通閥7分為兩個(gè)支路，其中一個(gè)連接加氣裝置；另一個(gè)連接抽真空裝置。所述鉆進(jìn)裝置包括順次連接的鉆頭18、鉆桿16、鉆機(jī)14和礦用電源13，所述缸體I側(cè)壁通過(guò)法蘭26連接鉆桿16，所述法蘭內(nèi)設(shè)有空腔27，鉆桿16穿過(guò)該空腔27伸入缸體I內(nèi)，空腔27左端的法蘭26部分與鉆桿16通過(guò)拉桿封17 (V形疊封)密封連接。所述鉆桿16上設(shè)有通過(guò)管路與空壓機(jī)21、第六閥門20相連接的供風(fēng)器15，鉆桿16設(shè)有軸向中心孔，空壓機(jī)21通過(guò)供風(fēng)器15使壓風(fēng)自鉆桿16的軸向中心孔進(jìn)入缸體I內(nèi)作為系統(tǒng)供風(fēng)；所述數(shù)據(jù)采集裝置包括天平22和置于天平22上的簡(jiǎn)易除塵器23，簡(jiǎn)易除塵器23上設(shè)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(guò)管路和第五閥門19與數(shù)據(jù)采集裝置中的簡(jiǎn)易除塵器23相連接。所述加氣裝置主要由通過(guò)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(guò)管路順次連接的第二閥門11和真空泵12組成。
[0017]本發(fā)明所述含瓦斯煤復(fù)合動(dòng)力災(zāi)害工作面預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試系統(tǒng)的操作步驟如下:
I)將缸體I放在500t壓力機(jī)下，把活塞3移動(dòng)到缸體I的最頂端，將事先采集來(lái)的煤樣磨成煤粉并灑上適量的水充分?jǐn)嚢韬笞约用嚎?2放入缸體I內(nèi)，利用壓力機(jī)通過(guò)活塞3對(duì)煤粉加載使其壓實(shí)。
[0018]2)關(guān)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(duì)系統(tǒng)抽真空24小時(shí)；
3)關(guān)閉第二閥門11和真空泵12 ;打開第一閥門8向系統(tǒng)充入甲烷氣體，同時(shí)打開第三閥門5，觀測(cè)缸體I內(nèi)的煤體瓦斯壓力。當(dāng)達(dá)到預(yù)定瓦斯壓力時(shí)，關(guān)閉第四閥門6和第一閥門8，平衡48小時(shí),記錄瓦斯壓力。
[0019]4)打開第五閥門19放出游離氣體，同時(shí)啟動(dòng)鉆機(jī)14進(jìn)行鉆進(jìn)，并打開壓風(fēng)機(jī)21通過(guò)供風(fēng)器15、鉆桿16中心孔向系統(tǒng)供風(fēng)，同時(shí)利用甲烷濃度傳感器24、流速傳感器25記錄瓦斯?jié)舛群土魉?。根?jù)流體力學(xué)原理:流速乘以出口面積再乘以甲烷濃度，可以得出鉆進(jìn)過(guò)程及鉆完后鉆孔的甲烷流量。
[0020]5)鉆到預(yù)定深度后用天平22測(cè)定鉆屑量的重量，并換算為Im長(zhǎng)鉆孔長(zhǎng)度鉆屑量。
[0021]此外，變化軸壓、瓦斯壓力、煤體強(qiáng)度等指標(biāo)參數(shù)，重復(fù)以上步驟可以得到不同軸壓、瓦斯壓力、煤體強(qiáng)度條件下鉆孔瓦斯涌出特征、鉆屑量排泄特征。
【權(quán)利要求】
1.一種含瓦斯煤復(fù)合動(dòng)力災(zāi)害工作面預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括加載裝置、加氣裝置、抽真空裝置、鉆進(jìn)裝置和數(shù)據(jù)采集裝置；所述加載裝置包括設(shè)有加煤口的缸體，該缸體的內(nèi)壁與活塞滑動(dòng)密封連接，所述缸體的側(cè)壁通過(guò)管路連接壓力表；所述缸體一側(cè)通過(guò)管路連接三通閥，且通過(guò)三通閥分為兩個(gè)支路，其中一個(gè)連接加氣裝置，另一個(gè)連接抽真空裝置；所述鉆進(jìn)裝置包括順次連接的鉆頭、鉆桿、鉆機(jī)和礦用電源，所述缸體側(cè)壁通過(guò)法蘭連接鉆桿，所述法蘭內(nèi)設(shè)有空腔，鉆桿穿過(guò)該空腔伸入缸體內(nèi)，空腔左端的法蘭部分與鉆桿通過(guò)拉桿封密封連接；所述鉆桿上設(shè)有通過(guò)管路與空壓機(jī)相連接的供風(fēng)器，鉆桿設(shè)有軸向中心孔，空壓機(jī)通過(guò)供風(fēng)器使壓風(fēng)自鉆桿軸向中心孔進(jìn)入缸體內(nèi)；所述數(shù)據(jù)采集裝置包括天平和置于天平上的簡(jiǎn)易除塵器；簡(jiǎn)易除塵器上設(shè)有甲烷濃度傳感器和流速傳感器；所述法蘭的空腔通過(guò)管路與數(shù)據(jù)采集裝置中的簡(jiǎn)易除塵器相連接。
2.如權(quán)利要求1所述含瓦斯煤復(fù)合動(dòng)力災(zāi)害工作面預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述加氣裝置主要由通過(guò)管路順次連接的第一閥門、減壓閥和甲烷瓶組成。
3.如權(quán)利要求1所述含瓦斯煤復(fù)合動(dòng)力災(zāi)害工作面預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述抽真空裝置主要由通過(guò)管路順次連接的第二閥門和真空泵組成。
【文檔編號(hào)】G01V9/00GK104330835SQ201410603635
【公開日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月30日
【發(fā)明者】史廣山, 魏風(fēng)清, 程沛棟, 杜曉奇 申請(qǐng)人:河南理工大學(xué)