[发明专利]一种用于突出煤粒爆破坏的实验装置

说明书

本发明提供一种用于突出煤粒爆破坏的实验装置，属于煤矿开采技术领域。该装置包括粒爆主体系统、数据采集系统和连锁控制系统，粒爆主体系统包括粒爆室、泄压系统、充气系统、抽气系统、安全防护系统，数据采集系统包括高速摄像机、记录仪、导线、传感器、端子板，连锁控制系统包括泄压球阀、电磁控制阀、继电器。该装置能够在进行实验的同时利用记录仪、导线、传感器等装置，采集粒爆室内的气体压力和温度变化，以及煤体在吸附瓦斯和粒爆过程中的温度、变形量和电阻率等参数，记录煤体各个参数随时间的变化曲线。对矿井瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出等事故的防治以及煤层气高效开发与利用具有重要意义。

技术领域

本发明涉及煤矿开采技术领域，特别是指一种用于突出煤粒爆破坏的实验装置。

背景技术

煤与瓦斯突出是一种复杂的矿井瓦斯动力现象，也是一种非常严重而又比较普遍的威胁煤矿安全生产的自然灾害。煤与瓦斯突出在一瞬间向采掘工作面空间喷出巨量煤与瓦斯流，不仅严重地摧毁巷道设施，毁坏通风系统，而且使附近区域的井全部充满瓦斯与煤粉，造成瓦斯窒息或煤流埋人，甚至会造成煤尘和瓦斯爆炸等严重后果。对瓦斯含量和瓦斯压力大的突出煤层，开采时极易发生煤与瓦斯突出事故。

粒爆破坏是煤与瓦斯突出过程中的一个重要阶段。在以瓦斯压力为主导的煤与瓦斯突出的过程中，由于外部的突然泄压，煤体在瓦斯压力作用下，由内到外发生撕裂破坏，类似连锁式的物理爆炸现象，即“粒爆”连锁效应。“粒爆”效应的发生，使原始煤体孔隙结构、孔表面性能和形状等发生改变，进而影响了瓦斯的放散能力及规律，改变了煤的瓦斯放散初速度。

袁亮院士、姜海纳博士经过研究提出大量的煤粉是促使大型煤与瓦斯突出的主要影响因素。煤粒爆过程中会产生大量不同粒径的煤粒，其中包括极小粒径的煤粒。在粒爆破坏后，所产生极小粒径的煤粒，使煤孔隙裂隙中的瓦斯能够瞬间解吸，产生大量的瓦斯气体，增大了煤与瓦斯突出的外部动力，提高了瓦斯放散初速度，极易诱导煤与瓦斯突出。瓦斯放散能力越强，瓦斯涌出量和瓦斯放散初度越大。而瓦斯放散初速度是衡量煤与瓦斯突出危险性的一个重要参考指标。

因此，弄清煤的粒爆破坏，对于煤与瓦斯突出机理研究具有推动作用，对预测煤与瓦斯突出具有重要意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于突出煤粒爆破坏的实验装置，研究突出煤体在饱和吸附条件下，外部突然泄压时，煤的粒爆破坏及其对瓦斯放散规律的影响。

该装置包括粒爆主体系统、数据采集系统和连锁控制系统，粒爆主体系统包括粒爆室、泄压系统、充气系统、抽气系统、安全防护系统，数据采集系统包括高速摄像机、记录仪、导线、传感器、端子板，连锁控制系统包括泄压球阀、电磁控制阀、继电器；安全防护系统位于该装置底部，粒爆室位于安全防护系统上部，粒爆室分别和泄压系统、充气系统、抽气系统、端子板相连，粒爆室外部设有法兰盘，法兰盘通过螺栓固定；充气系统和抽气系统位于泄压系统上方，端子板设在法兰盘上方；泄压球阀、电磁控制阀、继电器均与高速摄像机、记录仪、导线相连，导线与记录仪相连，继电器控制电磁控制阀，泄压球阀位于该装置上部；传感器位于粒爆室内部上方。

其中，安全防护系统与泄压系统相连；安全防护系统包括底座固定系统和安全防护罩两部分，在固定装置上打眼，利用螺丝和压板将底座固定系统固定，安全防护罩设置于泄压系统处，防止突然泄压时气流的携带煤粒等飞出。

粒爆室由有机玻璃制成，内径为80-120mm，能够承受10MPa的气体压力，同时具有可视化功能。

泄压系统采用电磁放气阀，其体积小，操作简单，开启快，泄压速度极快，可在毫秒数量级内完成泄压，可以和高速摄像机进行连锁控制。

充气系统配备CO₂气体高压气瓶和高压输气管路，通过高压球阀与粒爆室相连，向粒爆室中充气；抽气系统和充气系统集成设计在一起。