煤与瓦斯突出致灾可视化模拟实验系统技术方案

本发明专利技术涉及一种煤与瓦斯突出致灾可视化模拟实验系统，属于煤矿技术领域。该系统包括依次连接的突出源及发生装置、可视化模拟巷道和数据监测装置；所述突出源及发生装置包括气源补充罐、突出腔体、腔体加长组件、高压注气管、夹持器、爆破片一、爆破片二和爆破装置；突出腔体及腔体加长组件充装煤粉材料及气体，突出腔体前端与爆破装置连接，后端与气源补充罐连接，气源补充罐通过高压注气管向突出腔体及腔体加长组件进行均匀充气；爆破装置通过夹持器固定住爆破片一和爆破片二，在一定压力下，爆破片一和爆破片二实现爆破。

【技术实现步骤摘要】
煤与瓦斯突出致灾可视化模拟实验系统
本专利技术属于煤矿
，涉及煤与瓦斯突出致灾可视化模拟实验系统。
技术介绍
随着煤炭生产企业规模化、集约化和现代化水平的逐渐增强，大型煤炭基地内的煤炭资源将逐步进入深部开采阶段。突出过程产生的破碎煤岩及瓦斯流动是一种复杂的动力现象，会造成严重的人员伤亡及设备损失。而如何及时、精准判断突出发生时间和可能的波及范围一直是突出监测、预警的难题。由于煤与瓦斯突出灾害的突发性及危害性，现场能够获取的可用于分析灾害发生、致灾的数据有限，采用模型实验的方法，获取突出灾害过程中巷道内冲击气流、瓦斯压力、煤粉冲击力、浓度、风速的致灾特征参数的演变规律，是研究突出破碎煤岩及瓦斯致灾效应的有效方法。现有用于煤与瓦斯突出机理研究的模型实验装置多侧重于突出发生条件的分析。而现有的煤与瓦斯突出致灾模拟实验装置(煤与瓦斯突出动力致灾可视化物理模拟试验系统(ZL201710492160.6)、瓦斯风压诱导井巷分支风流紊乱的定量实验装置(ZL201610584202.4)、一种煤与瓦斯突出冲击动力演化实验装置(ZL201611187025.2)、突出煤粉瓦斯两相流动力测定实验装置(ZL201320879190.X))等，在突出箱体设计时未考虑突出过程瓦斯持续解吸过程，且由于其可视化监测设备放置在巷道内部或者巷道模拟装置并非完全透明，使其监测数据或精度有限。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种煤与瓦斯突出致灾可视化模拟实验系统。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：煤与瓦斯突出致灾可视化模拟实验系统，包括依次连接的突出源及发生装置、可视化模拟巷道和数据监测装置；所述突出源及发生装置包括气源补充罐、突出腔体、腔体加长组件、高压注气管、夹持器、爆破片一、爆破片二和爆破装置；突出腔体及腔体加长组件充装煤粉材料及气体，突出腔体前端与爆破装置连接，后端与气源补充罐连接，气源补充罐通过高压注气管向突出腔体及腔体加长组件进行均匀充气；爆破装置通过夹持器固定住爆破片一和爆破片二，在一定压力下，爆破片一和爆破片二实现爆破；所述数据监测装置包括流量计、气体压力传感器、温度传感器、气体浓度传感器、风速传感器和实验风机。可选的，所述气源补充罐内腔φ300×640，内腔体积0.09m3，承压2MPa，突出腔体内腔φ300×450，承压2MPa，端部中心及面进气，材质为304不锈钢；腔体加长组件φ300×150，承压2MPa，材质为304不锈钢；高压注气管φ25不锈钢管，承压2MPa；夹持器的内腔直径150mm、承压≥2MPa，材质为304不锈钢；爆破装置的内腔直径150mm、承压≥2MPa，材质为304不锈钢。可选的，所述突出腔体为不锈钢制高压密封容器，设计承压能力2MPa；突出腔体的主体部分内径为300mm，长为450mm；突出腔体的突出口延长部分内径为100mm，长为100mm；突出腔体的尾部设置注气孔，上部设置传感器接口，两侧设置补气口。可选的，所述突出腔体还通过法兰与两节管道连接，其中一节管道上部设置气压传感器接口，两侧设置补气口。可选的，所述气源补充罐长640mm，内径为300mm；气源补充罐的前后设置注气口，上部设置气压传感器接口。可选的，所述法兰的内缘孔与夹持器突出方向法兰连接，外缘孔与可视化模拟巷道连接。可选的，所述可视化模拟巷道采用有机玻璃管制成，由直管、三通管和除尘系统连接部件组成；可视化模拟巷道的一端与爆破装置连接，另一端通过除尘系统连接部件与现有除尘系统连接；可视化模拟巷道上设置有传感器安装接口。可选的，所述可视化模拟巷道设置45节，每节之间用法兰盘连接；可视化模拟巷道的截面为圆形，内径为150mm，外径为190mm；所述可视化模拟巷道为三通管，管转角包括90°、120°和150°三套。可选的，所述系统还包括突出腔体支架、可视化模拟巷道支架、压煤装置和振动装置；所述突出腔体支架设置在突出腔体下方；所述可视化模拟巷道支架设置在可视化模拟巷道下方；所述压煤装置设置在突出腔体及腔体加长组件下方；所述振动装置用于振动使腔体内的煤粒充分填实；振动装置上固定装有物料的突出腔，启动振动装置让突出腔内的物料达到一定的紧密度；可选的，所述系统还包括煤仓；所述煤仓用于存放煤粉，顶部有防尘装置，内部有可置换气体管路，置换出煤粉中的瓦斯气体，防止煤粉自燃。本专利技术的有益效果在于：利用煤与瓦斯突出致灾可视化模拟实验系统，开展不同条件下的煤与瓦斯突出致灾实验，进行煤与瓦斯突出灾变过程煤-瓦斯运移规律研究，通风系统风流动态演化规律研究以及突出次生灾害危险区域评估及实例分析。煤与瓦斯突出致灾可视化模拟实验系统1套及附属配件，系统主要由突出源及发生装置、可视化模拟巷道、数据监测装置构成。本专利技术重点考虑突出过程瓦斯持续解吸过程，即通过设置突出源，实现可视化监测。当系统放置在巷道内部或者巷道模拟装置完全透明，提高了监测精度。本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作优选的详细描述，其中：图1为本专利技术系统示意图；图2为突出腔体示意图；图2(a)为俯视图；图2(b)为左视图；图3为高压管道示意图；图3(a)为俯视图；图3(b)为左视图；图4为补气罐示意图；图4(a)为俯视图；图4(b)为左视图；图5为突出口控制装置示意图；图5(a)为夹持器及爆破片左视图；图5(b)为密封罐体侧视图；图5(c)为密封罐体左视图；图6为突出口控制装置总体示意图；图7为法兰盘示意图；图8为罐体内部示意图；图9为模拟巷道示意图；图9(a)为俯视图；图9(b)为左视图；图10为三通管示意图；图11为三通管与除尘系统连接示意图；图11(a)为右视图；图11(b)为俯视图；图11(c)为左视图；图12为模拟巷道布置图；图13为突出腔体支架和可视化模拟巷道支架示意图；图13(a)为正视图；图13(b)为左视图；图14为煤仓示意图；图14(a)为正视图；图14(b)为右视图；图14(c)为俯视图；图14(d)为仰视图；图15为整体安装示意图。附图标记：气源补充罐1、突出腔体2、腔体加长组件3、高压注气管4、夹持器5、爆破片一6、爆破片二7和爆破装置8。具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.煤与瓦斯突出致灾可视化模拟实验系统，其特征在于：包括依次连接的突出源及发生装置、可视化模拟巷道和数据监测装置；/n所述突出源及发生装置包括气源补充罐、突出腔体、腔体加长组件、高压注气管、夹持器、爆破片一、爆破片二和爆破装置；/n突出腔体及腔体加长组件充装煤粉材料及气体，突出腔体前端与爆破装置连接，后端与气源补充罐连接，气源补充罐通过高压注气管向突出腔体及腔体加长组件进行均匀充气；/n爆破装置通过夹持器固定住爆破片一和爆破片二，在一定压力下，爆破片一和爆破片二实现爆破；/n所述数据监测装置包括流量计、气体压力传感器、温度传感器、气体浓度传感器、风速传感器和实验风机。/n

【技术特征摘要】
1.煤与瓦斯突出致灾可视化模拟实验系统，其特征在于：包括依次连接的突出源及发生装置、可视化模拟巷道和数据监测装置；
所述突出源及发生装置包括气源补充罐、突出腔体、腔体加长组件、高压注气管、夹持器、爆破片一、爆破片二和爆破装置；
突出腔体及腔体加长组件充装煤粉材料及气体，突出腔体前端与爆破装置连接，后端与气源补充罐连接，气源补充罐通过高压注气管向突出腔体及腔体加长组件进行均匀充气；
爆破装置通过夹持器固定住爆破片一和爆破片二，在一定压力下，爆破片一和爆破片二实现爆破；
所述数据监测装置包括流量计、气体压力传感器、温度传感器、气体浓度传感器、风速传感器和实验风机。


2.根据权利要求1所述的煤与瓦斯突出致灾可视化模拟实验系统，其特征在于：所述气源补充罐内腔φ300×640，内腔体积0.09m3，承压2MPa，
突出腔体内腔φ300×450，承压2MPa，端部中心及面进气，材质为304不锈钢；
腔体加长组件φ300×150，承压2MPa，材质为304不锈钢；
高压注气管φ25不锈钢管，承压2MPa；
夹持器的内腔直径150mm、承压≥2MPa，材质为304不锈钢；
爆破装置的内腔直径150mm、承压≥2MPa，材质为304不锈钢。


3.根据权利要求1所述的煤与瓦斯突出致灾可视化模拟实验系统，其特征在于：所述突出腔体为不锈钢制高压密封容器，设计承压能力2MPa；
突出腔体的主体部分内径为300mm，长为450mm；
突出腔体的突出口延长部分内径为100mm，长为100mm；
突出腔体的尾部设置注气孔，上部设置传感器接口，两侧设置补气口。


4.根据权利要求3所述的煤与瓦斯突出致灾可视化模拟实验系统，其特征在于：所述突出腔体还通过法兰与两节管道连接，其中一节管道上部设置气压传感器接口，两侧设...

【专利技术属性】
技术研发人员：文光才，赵旭生，戴林超，曹偈，王波，孙海涛，刘延保，孙东玲，杨雪林，蒋安飞，
申请(专利权)人：中煤科工集团重庆研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆;50