本發(fā)明屬于實驗室模擬煤與瓦斯突出，研究突出過程中煤與瓦斯兩相流運動規(guī)律的突出動力演化實驗裝置。

背景技術(shù)：

煤與瓦斯突出是煤礦生產(chǎn)中極為嚴重的災(zāi)害，突出產(chǎn)生的巨大動力能夠摧毀井下設(shè)施、導(dǎo)致人員傷亡。由于煤與瓦斯突出過程動力演化現(xiàn)場實驗難以開展，實驗室研究煤與瓦斯突出突出的動力演化特征成為的重要手段；已有的煤與瓦斯突出模擬的實驗裝置巷道布置較為簡單，未考慮巷道分叉角度變化對突出過程中動力衰減的影響，且缺少對突出過程中煤粉與瓦斯氣流相互作用實驗參數(shù)的監(jiān)測，而煤粉與瓦斯相互作用是煤與瓦斯突出動力衰減的重要參數(shù)，因此為了更好的研究煤與瓦斯突出沖擊動力演化過程，有必要對已有的實驗裝置進行改進。煤與瓦斯突出動力演化實驗裝置操作較為簡單快捷，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)及圖像均由計算機系統(tǒng)處理，可以測試突出動力在不同分叉角度巷道傳播過程中的速度變化，壓力變化和流型，實現(xiàn)煤粉拋出過程監(jiān)測及不同類型巷道中沖擊氣流衰減規(guī)律測試，揭示突出過后煤與瓦斯兩相流的運動規(guī)律，研究突出后動力演化特征。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了深入研究煤與瓦斯突出后的動力效應(yīng)，深入分析突出后煤粉瓦斯兩相流的運動規(guī)律，提供了一種煤與瓦斯突出沖擊動力演化實驗裝置，該實驗裝置通過監(jiān)測突出煤粉與瓦斯氣流的運移特征，測試不同分叉角度巷道沖擊波壓力，實現(xiàn)模擬多種情況下的煤與瓦斯突出沖擊動力演化特征。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種煤與瓦斯突出沖擊動力演化實驗裝置，包括模擬突出動力系統(tǒng)，巷道模型系統(tǒng)，數(shù)據(jù)圖像采集系統(tǒng)，實驗裝置支撐臺，其中模擬突出動力系統(tǒng)，巷道模型系統(tǒng)和數(shù)據(jù)圖像采集系統(tǒng)均放置在實驗裝置支撐臺上，模擬突出動力系統(tǒng)與巷道模型系統(tǒng)通過法蘭連接，數(shù)據(jù)圖像采集系統(tǒng)連接至巷道模型系統(tǒng)的數(shù)據(jù)圖像采集口處。

所述的模擬突出動力系統(tǒng)包括模擬突出動力室，閥門，壓力表，真空表，充氣口，模擬突出動力室為不銹鋼制成的圓柱形腔體，耐壓強度為5MPa，密封性極好，模擬突出動力室的左端開有充氣口，模擬突出動力室上端裝有壓力表和真空表，實驗過程中通過充氣口可往模擬突出動力室充入一定濃度的瓦斯氣體。

所述的閥門安裝在模擬突出動力室的右端，在煤與瓦斯突出實驗準備過程中，打開閥門，可往模擬突出動力室裝入實驗所需煤粉，煤粉充裝完成后，關(guān)閉閥門，在實驗進行過程中，可旋轉(zhuǎn)打開誘發(fā)突出。

所述的巷道模型系統(tǒng)包括四通管，模擬掘進工作面直巷，模擬上分叉巷，模擬中分叉巷，模擬下分叉巷，法蘭，數(shù)據(jù)圖像采集口，其中模擬掘進工作面直巷，模擬上分叉巷，模擬中分叉巷和模擬下分叉巷上均開有三個數(shù)據(jù)圖像采集口，且模擬掘進工作面直巷的長度為90cm，直徑為10mm，它的左端口通過法蘭和模擬突出動力室的右端口連接，模擬掘進工作面直巷的右端口通過法蘭連接在四通管的左端口，模擬上分叉巷的長度為359.5cm，直徑為10mm，它的下端口通過法蘭連接在四通管的上端口，模擬中分叉巷的長度為194.5cm，直徑為10mm，它的左端口通過法蘭連接在四通管的中端口，模擬下分叉巷的長度為219.5cm，直徑為10mm，它的上端口通過法蘭連接在四通管的下端口，且模擬上分叉巷與模擬中分叉巷的夾角逆時針方向60°，模擬下分叉巷與模擬中分叉巷的夾角順時針方向30°。

所述的數(shù)據(jù)圖像采集系統(tǒng)包括紋影儀，高速攝像機，采集線，數(shù)據(jù)采集器，計算機系統(tǒng)，速度傳感器，壓力傳感器，其中紋影儀一臺，用來觀測流場特征，高速攝像機一臺，用來觀測圖像特征，紋影儀和高速攝像機均為移動使用，可以根據(jù)實驗需要放置在不同的數(shù)據(jù)圖像采集口處觀測。

所述的速度傳感器采用國際標準信號0～5V輸出，測速范圍為0～500m/s，頻率為1000kHz，準確度等級為0.5級，共有九個，速度傳感器的一端安裝在數(shù)據(jù)圖像采集口處，另一端通過采集線連接至數(shù)據(jù)采集器處，且數(shù)據(jù)采集器通過采集線連接至計算機系統(tǒng)內(nèi)。

所述的壓力傳感器采用國際標準信號0～5V輸出，測壓范圍為0～1.0MPa，頻率為1000kHz，準確度等級為0.5級，共有九個，壓力傳感器的一端安裝在數(shù)據(jù)圖像采集口處，另一端通過采集線連接至數(shù)據(jù)采集器處，且數(shù)據(jù)采集器通過采集線連接至計算機系統(tǒng)內(nèi)。

所述的數(shù)據(jù)采集器的采集頻率達1000kHz，兼?zhèn)淞藬?shù)據(jù)采集、記錄和控制器的功能，支持所有的通用類型測量，4-20mA電流輸出。

所述的實驗裝置支撐臺包括左側(cè)支撐臺，右側(cè)支撐臺，連接管，可伸縮支架，其中左側(cè)支撐臺和右側(cè)支撐臺通過連接管連接，左側(cè)支撐臺為實體結(jié)構(gòu)，下端放置在地面上，右側(cè)支撐臺的下端通過可伸縮支架固定在地面上，可伸縮支架設(shè)計為可伸縮結(jié)構(gòu)，可伸縮支架的伸縮可調(diào)整右側(cè)支撐臺的角度。

附圖說明

圖1是本發(fā)明整體實驗裝置示意圖

圖2是本發(fā)明模擬突出動力系統(tǒng)示意圖

圖3是本發(fā)明巷道模型系統(tǒng)示意圖

圖4是本發(fā)明數(shù)據(jù)圖像采集系統(tǒng)示意圖

圖5是本發(fā)明高速攝像機示意圖

圖6是本發(fā)明實驗裝置支撐臺示意圖

具體實施方式

如圖1～圖6所示，本發(fā)明為一種煤與瓦斯突出沖擊動力演化實驗裝置，由模擬突出動力系統(tǒng)1，巷道模型系統(tǒng)2，數(shù)據(jù)圖像采集系統(tǒng)3，實驗裝置支撐臺4，其中模擬突出動力系統(tǒng)1，巷道模型系統(tǒng)2和數(shù)據(jù)圖像采集系統(tǒng)3均放置在實驗裝置支撐臺4上，模擬突出動力系統(tǒng)1與巷道模型系統(tǒng)2通過法蘭2061連接，數(shù)據(jù)圖像采集系統(tǒng)3連接至巷道模型系統(tǒng)2上的數(shù)據(jù)圖像采集口207處；模擬突出動力系統(tǒng)1包括模擬突出動力室101，閥門102，壓力表103，真空表104，充氣口105組成，模擬突出動力室101為不銹鋼制成的圓柱形腔體，耐壓強度為5MPa，密封性極好，模擬突出動力室101的左端開有充氣口105，模擬突出動力室101上端裝有壓力表103和真空表104，模擬突出動力室101的右端裝有閥門102，閥門102打開可誘導(dǎo)氣體突出，同時閥門102是實驗所需煤粉的充裝口，實驗過程中，模擬突出動力室101可通過充氣口105充入實驗所需的瓦斯氣體；巷道模型系統(tǒng)2由四通管201，模擬掘進工作面直巷202，模擬上分叉巷203，模擬中分叉巷204，模擬下分叉巷205，法蘭2061，2062，2063，2064，2065，數(shù)據(jù)圖像采集口207組成，其中模擬掘進工作面直巷202，模擬上分叉巷203，模擬中分叉巷204和模擬下分叉巷205上均開有三個數(shù)據(jù)圖像采集口207，且模擬掘進工作面直巷202的長度為90cm，直徑為10mm，它的左端口通過法蘭2061和模擬突出動力室102的右端口連接，模擬掘進工作面直巷202的右端口通過法蘭2062連接在四通管201的左端口，模擬上分叉巷203的長度為359.5cm，直徑為10mm，它的下端口通過法蘭2063連接在四通管201的上端口，模擬中分叉巷204的長度為194.5cm，直徑為10mm，它的左端口通過法蘭2064連接在四通管201的中端口，模擬下分叉巷205的長度為219.5cm，直徑為10mm，它的上端口通過法蘭2065連接在四通管201的下端口，且模擬上分叉巷203與模擬中分叉巷204的夾角逆時針方向60°，模擬下分叉巷205與模擬中分叉巷204的夾角順時針方向30°；數(shù)據(jù)圖像采集系統(tǒng)3包括紋影儀，高速攝像機301，采集線302，數(shù)據(jù)采集器303，計算機系統(tǒng)304，速度傳感器，壓力傳感器，其中紋影儀一臺，用來觀測流場特征，高速攝像機301一臺，用來觀測圖像特征，紋影儀和高速攝像機301為移動使用，可以根據(jù)實驗需要放置在不同的數(shù)據(jù)圖像采集口207處觀測，速度傳感器和壓力傳感器均有九個，分別安裝在九個數(shù)據(jù)圖像采集口處，并通過采集線302連接至數(shù)據(jù)采集器303處，且數(shù)據(jù)采集器303通過采集線302連接至計算機系統(tǒng)304內(nèi)，速度傳感器采用國際標準信號0～5V輸出，測速范圍為0～500m/s，頻率為1000kHz，準確度等級為0.5級，壓力傳感器采用國際標準信號0～5V輸出，測壓范圍為0～1.0MPa，頻率為1000kHz，準確度等級為0.5級，數(shù)據(jù)采集器303的采集頻率達1000kHz，兼?zhèn)淞藬?shù)據(jù)采集、記錄和控制器的功能，支持所有的通用類型測量，4-20mA電流輸出；實驗裝置支撐臺4包括左側(cè)支撐臺401，右側(cè)支撐臺402，連接管403，可伸縮支架404，其中左側(cè)支撐臺401和右側(cè)支撐臺402通過連接管403連接，左側(cè)支撐臺401為實體結(jié)構(gòu)，下端放置在地面上，右側(cè)支撐臺402的下端通過可伸縮支架404固定在地面上，可伸縮支架404設(shè)計為可伸縮結(jié)構(gòu)，可伸縮支架404的伸縮可調(diào)整右側(cè)支撐臺402的角度。

下面介紹本發(fā)明的一種煤與瓦斯突出沖擊動力演化實驗裝置的原理：

一種煤與瓦斯突出沖擊動力演化實驗裝置核心在于巷道模型可調(diào)整帶來的多樣性與數(shù)據(jù)圖像采集系統(tǒng)的實時性高效性的有機結(jié)合。實驗裝置組裝完成后，巷道模型固定在可調(diào)整角度式支撐臺上，在模擬突出動力室準備階段，首先打開模擬突出動力室右端的閥門，裝入實驗所需煤粉，煤粉充裝完成后，關(guān)閉閥門，然后打開模擬突出動力室左端的充氣口充入實驗所需的瓦斯氣體，充氣完成后，關(guān)閉充氣口；在實驗進行過程中，打開模擬突出動力室右端的閥門誘導(dǎo)瓦斯-煤粉兩相流突出。通過監(jiān)測拋出煤粉運移特征以及瓦斯氣流流線，監(jiān)測突出動力在不同分叉角度巷道中的沖擊氣流的速度變化，壓力變化，實現(xiàn)對煤與瓦斯突出沖擊動力演化特征模擬。