一種用于物理相似模擬實驗中的瓦斯涌出模擬系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)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(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、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、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、開采條鋼、實驗箱體、基座和開采液壓缸。本發(fā)明能夠用于模擬煤層開采條件下瓦斯的涌出規(guī)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(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及煤層開采實驗裝置技術(shù)領(lǐng)域，更具體的涉及一種用于物理相似模擬實驗中的瓦斯涌出模擬系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]我國是世界第一產(chǎn)煤大國，煤炭產(chǎn)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(chǎn)和消費總量的76%和69%。煤與瓦斯安全共采是當(dāng)今科研一個重大的課題。煤炭的大規(guī)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(dǎo)致工作面瓦斯涌出量急劇上升，嚴(yán)重的瓦斯動力現(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)損失和不良的社會影響。為有效的消除瓦斯災(zāi)害給經(jīng)濟(jì)社會帶來的損失，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，與煤層開采瓦斯的運移富集有莫大的關(guān)系?，F(xiàn)階段，諸多學(xué)者為研究煤層開采瓦斯在覆巖裂隙中的運移富集規(guī)律，一種有效的手段就是通過物理相似模擬實驗，但現(xiàn)有技術(shù)中，準(zhǔn)確的模擬煤層開采后瓦斯的涌出仍難以實現(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驗中的瓦斯涌出模擬系統(tǒng)，用于模擬煤層開采條件下瓦斯的涌出規(guī)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(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種用于物理相似模擬實驗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、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、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)量流量計和多個分氣體質(zhì)量流量計，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氣體輸送管路連接總氣體質(zhì)量流量計，總氣體質(zhì)量流量計出來的氣體經(jīng)多通道管路分別連接至各分氣體質(zhì)量流量計，連接各分氣體質(zhì)量流量計的每個通道管路進(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(shè)置有基座，所述基座內(nèi)安裝有開采液壓缸，所述基座的上方設(shè)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(lián)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(jìn)一步，所述開采條鋼的內(nèi)部中空，所述開采條鋼的上表面均勻設(shè)置有散逸孔，所述開采條鋼的下表面設(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)量流量計和分氣體質(zhì)量流量計均為MF氣體質(zhì)量流量計。
[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驗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采條件下瓦斯的涌出規(guī)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(fā)明能夠通過調(diào)節(jié)瓦斯流量模擬瓦斯涌出，在氣路設(shè)計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)時時傳入電腦保存，對實驗后續(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)過條鋼上表面的散逸孔均勻的散逸到采空區(qū)，來模擬受采動影響瓦斯涌出也是一大創(chuàng)新，不僅解決了實驗?zāi)Ｐ偷拿簩娱_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(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)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(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，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(tǒng)示意圖。
【具體實施方式】
[0013]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，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(tǒng)示意圖。本發(fā)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(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10和多個分氣體質(zhì)量流量計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通過氣體輸送管路連接總氣體質(zhì)量流量計10，總氣體質(zhì)量流量計10出來的氣體經(jīng)多通道管路分別連接至各分氣體質(zhì)量流量計6，連接各分氣體質(zhì)量流量計6的每個通道管路進(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(shè)置有基座16，基座16內(nèi)安裝有開采液壓缸17，基座16的上方設(shè)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(lián)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(zhì)量流量計10和分氣體質(zhì)量流量計6均為MF5700氣體質(zhì)量流量計。
[0018]本發(fā)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(tǒng)，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(guī)律，進(jìn)而研究瓦斯在覆巖裂隙中的運移富集。本發(fā)明是將自主設(shè)計研發(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，可按照如下方式進(jìn)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(nèi)，攪拌均勻，將攪拌均勻的材料倒入實驗箱體15中，然后進(jìn)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(xù)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(jīng)過減壓閥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(qū)深部到淺部的瓦斯涌出變化，以及推進(jìn)速度對瓦斯涌出的影響。
[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10，流量與壓力數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)傳輸線11時時傳入電腦保存，之后氣體進(jìn)入多通道管路，每個通路進(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6顯示，進(jìn)入的量根據(jù)實驗計算得出。
[0023](5)經(jīng)過每個通路精確調(diào)節(jié)的流量通過分管路13通過實驗箱體15的基座16進(jìn)入到開采條鋼14，最后通過微孔均勻的散逸到采空區(qū)，精確模擬受煤層采動影響瓦斯的涌出規(guī)律。
[0024](6)啟動瓦斯數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，通過采集采空區(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)，待實驗結(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，則可對這些實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)人員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改動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和變型在內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種用于物理相似模擬實驗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(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(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(10)和多個分氣體質(zhì)量流量計(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)通過氣體輸送管路連接總氣體質(zhì)量流量計(10)，總氣體質(zhì)量流量計(10)出來的氣體經(jīng)多通道管路分別連接至各分氣體質(zhì)量流量計(6)，連接各分氣體質(zhì)量流量計(6)的每個通道管路進(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(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(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(shè)置有基座(16),所述基座(16)內(nèi)安裝有開采液壓缸(17)，所述基座(16)的上方設(shè)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(lián)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(quán)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(tǒng)，其特征在于，所述開采條鋼(14)的內(nèi)部中空，所述開采條鋼(14)的上表面均勻設(shè)置有散逸孔，所述開采條鋼(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驗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(10)和分氣體質(zhì)量流量計(6)均為MF5700氣體質(zhì)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(fā)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(yán)敏, 張超
【申請人】西安科技大學(xué)