[发明专利]煤与瓦斯突出动力致灾可视化物理模拟试验系统

说明书

本发明公开了一种煤与瓦斯突出动力致灾可视化物理模拟试验系统，在模拟试验台的后方设置模拟巷道管网，该模拟巷道管网具有三列十字管接头，同列中两相邻十字管接头之间通过纵向方形直管连接，同排中两相邻十字管接头之间通过横向方形直管连接，在每个十字管接头的顶部均装有高清摄像头，各方形直管的两端均设有轴向测量断面，方形直管的中部设置侧压测量断面，轴向测量断面上设有三个压力传感器、三个温度传感器和两个浓度传感器，侧压测量断面上设有三个侧压传感器。本发明能够真实模拟矿井巷道网络，数据采集全面，能够利用采集的数据对煤‑瓦斯两相流的致灾机理进行深入研究；可视化程度充足，能够清楚反映煤‑瓦斯两相流的真实运移形态。

技术领域

本发明涉及一种煤与瓦斯突出动力致灾可视化物理模拟试验系统。

背景技术

煤与瓦斯突出是煤矿事故中最为剧烈的一种矿山动力灾害，其抛出的煤岩可直接导致井下作业人员的伤亡，或摧毁井下设施等事故；瞬时喷出的高压瓦斯风暴流能逆风流前进充满几十至上千米长的巷道，甚至会逆流整个矿井，可能造成井下工人窒息死亡，一旦遇上火源，还可能发生瓦斯爆炸、火灾，甚至引起煤尘爆炸等次生灾害，造成重大的人员伤亡和财产损失。

为有效防治煤与瓦斯突出事故的发生，世界各国研究者经过长期大量的工作，提出了多种煤与瓦斯突出机理，基本上形成了一套防突技术和管理体系。但以目前的研究成果、技术管理手段尚不能完全杜绝煤与瓦斯突出灾害，煤与瓦斯突出事故仍时有发生。因此，对煤与瓦斯突出后煤-瓦斯两相流致灾机理的研究就显得尤为重要。但是，现有技术和设备无法直接大量获取煤与瓦斯突出现场煤-瓦斯两相流的运移情况、煤与瓦斯突出冲击波形成过程、对巷道中人员及设备的冲击过程等方面相关资料，导致人们无法从根本上解释煤与瓦斯突出致灾机理，也就不能应用理论分析得出的结论对井下作业人员安全防护以及制定正确有效的灾后应急救援预案等方面提供科学依据，更无法利用相关研究结论有效控制煤与瓦斯突出灾害。部分专家学者为此研发了相应的实验装置，并进行了相关研究。现就主要设备进行叙述：

1、中国矿业大学（2013年）—瓦斯-粉煤流冲击动力效应实验系统(胡维嘉.突出瓦斯—粉煤流冲击动力效应的理论和实验研究[D].中国矿业大学(北京),2013.)。

主要由光源、反射镜系统、刀口、照相系统、支座、试验段模拟巷道、充气及减压装置、瓦斯-粉煤混合装置等组成。其中模拟巷道长2米，形状为拱形，高 20cm，宽20cm，拱半径10cm，制作材料为有机玻璃。

该设备可为研究瓦斯-粉煤流冲击障碍物、掘进机、反向防突风门的冲击动力效应和瓦斯粉煤流流场的变化规律，以及观测冲击过程中的流场规律提供技术手段。

缺点：结构简单，所提供的两相流动力设备仅来自于气瓶，巷道仅为一直线段，与井下实际煤与瓦斯突出环境相去甚远。且无压力、温度等检测数据。

2、中国矿业大学（2013）-突出煤粉瓦斯两相流动力测定实验装置（CN201320879190.X）。

包括地应力加载装置、突出腔体，突出腔体连接有模拟巷道，模拟巷道中设有多个压力传感器和温度传感器及高速摄影装置，压力传感器和温度传感器及高速摄影装置分别与数据采集系统连接。可以通过实验的方式得出突出煤粉瓦斯两相流在不同类型巷道中传播规律，从而为防突风门的安装位置、防突风门需要达到的抗冲击强度设计提供依据。

缺点：结构单一无法模拟矿井网络结构，传感器布设方式简单，无法对两相流致灾机理开展深入研究。

3、黑龙江科技学院（2013）-一种煤与瓦斯突出试验装置（CN 201320342657.7）。