[发明专利]煤与瓦斯突出灾变过程中人-机-环受损模拟试验方法

权利要求书

1.一种煤与瓦斯突出灾变过程中“人-机-环”受损模拟试验方法，其特征在于包括以下步骤：

1)组装巷道

1a)以左右并排的方式设置两列十字管接头(1)，左边一列十字管接头(1)的数目为六个，右边一列十字管接头(1)的数目为五个，同列中两相邻十字管接头(1)之间通过纵向方形直管(2)连接，右边一列最前面一个十字管接头(1)通过横向方形直管(4)与左边一列第二个十字管接头(1)连接，右边一列第三个十字管接头(1)通过另一个横向方形直管(4)与左边一列第四个十字管接头(1)连接，左边一列最前面一个十字管接头(1)的前端口连接前小后大的扩口接管(3)，横向方形直管(4)和纵向方形直管(2)上均设有观察窗，在两列最后面一个十字管接头(1)的后端口连接防尘布袋，各十字管接头(1)未使用的端口由挡板密封；

1b)连接巷道与煤与瓦斯突出模拟试验台：在煤与瓦斯突出模拟试验台的试验箱体位置安装爆破片法兰盘，再连接法兰盘与爆破片夹持器，并同时装入试验方案预定规格的爆破片两片以及爆破信号传感器，以完成分级泄爆装置的安装，使用气管将爆破片夹持器与甲烷气瓶相连接；将爆破片夹持器通过引导圆管(11)与巷道前端的扩口接管(3)连接；

2)安装传感器及“人-机”模型

2a)压力与温度传感器：纵向方形直管(2)和横向方形直管(4)上设置传感器的方式相同，即，各方形直管的两端均设有轴向测量断面(A)，方形直管的中部设置侧压测量断面(B)，所述轴向测量断面(A)上设有三个压力传感器(5、6、7)、三个温度传感器(8)和两个浓度传感器(9)，其中，第一压力传感器(5)位于对应方形直管的中心线上，第二压力传感器(6)和第三压力传感器(7)位于以第一压力传感器(5)为圆心，以第二压力传感器(6)和第三压力传感器(7)到第一压力传感器(5)的距离为半径的同心圆上，且第二压力传感器(6)和第三压力传感器(7)在第一压力传感器(5)的同一侧，第二压力传感器(6)位于第一压力传感器(5)的斜上方，第三压力传感器(7)位于第一压力传感器(5)的斜下方，第一、第二、第三压力传感器(5、6、7)的旁边均设有温度传感器(8)；侧压测量断面(B)上设有三个按等腰三角形分布的侧压传感器(10)，其中两个侧压传感器(10)位于方形直管两边侧壁的腰线上，第三个侧压传感器(10)位于方形直管的底壁，所述侧压传感器(10)为压力传感器或温度传感器；上述压力传感器和温度传感器安装后与高速数据采集系统连接；

2b)浓度传感器：各方形直管侧壁的上部和下部均装有浓度传感器(9)，浓度传感器(9)和第二压力传感器(6)分居于第一压力传感器(5)的两侧，浓度传感器(9)的出线端与高速数据采集系统连接；

2c)流量计：在引导圆管(11)上安装流量计(12)，连接流量计(12)与高速数据采集系统；

2d)将人体模型(21)和机器模型(22)放置在巷道内的设定位置；

2e)使用堵板或堵头密封未安装传感器位置的巷道预留孔；

2f)传感器安装完成后，打开数据记录软件，检查所有在用传感器是否工作正常；

3)安装摄像头及高速摄像机

3a)摄像头：在每个十字管接头(1)的顶部安装摄像头，使摄像头位于十字管接头(1)内，调整摄像头的拍摄方向，使其对准煤-瓦斯两相流的来向；

3b)高速摄像机：连接爆破信号传感器与高速摄像机(13)，使用摄像机支架将高速摄像机(13)架设于扩口接管(3)的旁边，使高速摄像机(13)正对扩口接管(3)上开设的透视窗，并连接高速摄像机(13)与可视化电脑主机；

3c)打开摄像头、高速摄像机以及巷道顶部两侧设置的灯带的电源开关，检查高速摄像机以及在用的摄像头及灯带是否正常工作；

3d)将预定的第一、第二、第三压力传感器(5、6、7)，温度传感器(8)和侧压传感器(10)与DEWESoft硬件模块相连接，并将其与可视化电脑主机连接；

4)型煤制作及试验箱体密封

4a)型煤分4层成型，即先在试验箱体底部相应位置铺一层煤样，同时在煤样内埋入传感器，然后加压成型；然后依次进行第二层、第三层、第四层型煤成型；

4b)安装试件箱盖板并检查密封效果；

4c)连接试验箱体传感器和电脑；连接进气管和真空泵及甲烷气瓶；

5)突出孕育

5a)应力加载阶段，开启应力加载及高速数据采集系统，对试验箱体三个方向施加预定水平应力；

5b)瓦斯吸附阶段，首先启动真空泵对煤样进行抽真空，以排出空气杂质，然后关闭真空泵，并打开甲烷气瓶进行充气，按照预定吸附平衡气压进行吸附；

6)突出启动

6a)当试验箱体内煤体吸附至预定状态后，打开高速数据采集系统、摄像头信号采集设备、DEWESoft硬件及它们的相应软件；

6b)对分级泄爆装置进行充气，爆破片泄爆瞬间即关闭甲烷气瓶，此时爆破信号传感器将爆破信号传输至高速摄像机，并启动高速摄像机进行录像；同时各传感器采集的信号传输至电脑储存，DEWESoft硬件接收传感器信号并利用高速摄像机采集的图像进行处理，对巷道中两相流各参数云图的演化规律进行显示；

6c)两相流喷射停止后，保存相关数据，并继续对数据进行监测，至瓦斯浓度以及粉尘浓度降低至预定安全值后，再次储存相关数据，并关闭所有高速数据采集系统；

7)结束试验

7a)突出结束后，通过观察窗对巷道中煤粉的堆积状态进行观测，并拍照记录人体模型(21)和机器模型(22)的相应位置；拆卸观察窗，收集巷道以及防尘布袋中煤样，对所得煤样筛分整理；

7b)清理完巷道中煤样后，拆卸巷道中堵板、传感器、高速摄像机，分类整理后放回原处，以备下次试验使用。