[发明专利]煤与瓦斯突出动力效应模拟实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种矿山灾害模拟实验装置，特别涉及一种用于煤与瓦斯突出动力效应模拟实验的装置。

背景技术

煤与瓦斯突出是我国煤炭开采中最为严重的灾害之一。突出发生时产生的动力效应能够摧毁生产系统，造成人员伤亡，且易引发煤尘和瓦斯爆炸等重大事故。因此，要最大限度地降低灾害的破坏作用，就必须对煤与瓦斯突出的致灾机理进行研究，探索有效的灾害控制方法和措施。煤与瓦斯突出的整体过程可以看作是两个不同阶段，其中一个阶段是突出煤体的破碎过程，其主要表现特征是煤体在地应力、瓦斯压力以及采掘活动的共同作用下产生破坏并与煤壁剥离，煤体中的吸附瓦斯不断解吸，游离瓦斯释放，在突出孔洞内部形成煤－瓦斯两相流；另一个阶段是煤体破碎后的抛出过程，即动力效应阶段，也即上一阶段形成的煤－瓦斯两相流喷出突出孔洞并在巷道中分选堆积的过程，该阶段在不考虑顶板垮落的情况下，地应力起次要作用，而瓦斯气体的推动起支配作用。

由于煤与瓦斯突出的复杂性以及研究方法和手段的限制，国内外对煤与瓦斯突出后的致灾理论研究较少。突出动力灾害实验室模拟和现场实际观测都存在着无法克服的困难。虽然目前国内外已经开展了大量的煤与瓦斯突出实验，并取得了许多突破性的进展，但研究成果大多集中在吸附解吸规律、煤体破坏规律、地应力作用、型煤参数等方面，很多问题如煤与瓦斯突出过程中的流体运动参数及流动状态、冲击波形成机理及对主要通风设施的冲击破坏作用、破坏效果、致灾条件及预警防护等方面的研究比较少，其主要原因有：第一，由于固气两相流问题的复杂性，目前仍没有非常成熟的理论成果来解释两相流的运动规律；第二，现有的煤与瓦斯突出实验室突出模型很难达到现场实际条件的要求，动力效应实验效果不明显；第三，突出现场产生动力破坏和冲击的有关描述不够详细，且由于煤矿安全法规和安全设备限制，突出现场图片和视频资料很少，不利于问题的研究。以上这些原因导致突出致灾研究方面相对滞后，人们无法从根本上阐述突出所带来的危害，更无法直接应用理论分析得出的结论来指导实践。

因此，有必要开发一种专门用于煤与瓦斯突出动力效应模拟实验的实验装置，以通过实验室实验了解煤与瓦斯突出的致灾及控制条件，通过动力效应实验研究更清楚地认识煤与瓦斯突出致灾机理及发生、发展规律，有效控制煤与瓦斯突出灾害。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种专门用于煤与瓦斯突出动力效应模拟实验的实验装置，以通过实验室实验了解煤与瓦斯突出的致灾及控制条件，通过动力效应实验研究更清楚地认识煤与瓦斯突出致灾机理及发生、发展规律，有效控制煤与瓦斯突出灾害。

本发明的煤与瓦斯突出动力效应模拟实验装置，包括依次连接的动力系统、管道系统和除尘系统，所述动力系统包括用于充装模拟实验材料的压力容器，所述压力容器固定在地面且开有容器开口，所述压力容器上设有容器充气孔及可开闭的进煤口，所述动力系统还包括连接所述容器开口与所述管道系统的出口装置，所述出口装置内设有用于密封和受压时打开所述容器开口的泄爆机构，所述泄爆机构包括至少一个爆破片；所述管道系统包括管道组件和连接所述动力系统及所述管道组件入口的连接管，所述管道组件为由管道单元通过法兰连接组成的多分支结构，所述管道单元包括组成单个分支的直管、连接两个分支的第一连接管和连接三个分支的第二连接管，所述管道单元上设有观测孔和/或测试孔，所述观测孔安装用于观测粉煤堆积状态的观测组件，所述测试孔安装用于固定传感装置的测试组件；所述除尘系统包括从上往下依次连接的上部箱体、中部箱体和下部箱体，所述上部箱体开有净气出口，所述下部箱体设有用于与所述管道系统连接的管道接口及可开闭的清灰口，所述中部箱体内设有至少两个布袋除尘装置及用于驱动所述布袋除尘装置产生振动的振动装置。

进一步，所述爆破片的数量为两个，所述出口装置位于两个所述爆破片之间的部位形成隔离室并且设有连通所述隔离室的隔离室充气孔。

进一步，所述出口装置包括加厚接管及变径接管，所述加厚接管的一端与所述容器开口连接、另一端与所述变径接管的粗管部通过第一法兰进行连接，所述变径接管的细管部与所述连接管通过第二法兰进行连接，两个所述爆破片分别夹持在所述第一法兰的法兰盘和第二法兰的法兰盘之间，所述隔离室充气孔设置在所述变径接管上。

进一步，所述压力容器为底部设有鞍式支座的卧式压力容器，还包括通过地脚螺栓固定在地面且与所述鞍式支座固定连接的底座，所述底座包括上平台和下平台，所述上平台和下平台之间设有用于调节两平台之间相对距离的调节螺杆。