一种用于物理相似模拟实验中的瓦斯涌出模拟系统

摘要

本发明公开了一种用于物理相似模拟实验中的瓦斯涌出模拟系统，包括瓦斯注入机构和瓦斯散逸模拟机构；瓦斯注入机构包括气瓶柜、瓦斯钢瓶、气体减压阀、气体总管路、气体注入控制柜、分气体质量流量计、微调旋钮、气体缓冲罐、数显压力表、总气体质量流量计、数据传输线和电脑；所述瓦斯散逸模拟机构包括分管路、开采条钢、实验箱体、基座和开采液压缸。本发明能够用于模拟煤层开采条件下瓦斯的涌出规律，为研究受采动影响下覆岩中瓦斯运移、瓦斯抽采提供便利。

说明书

技术领域

本发明涉及煤层开采实验装置技术领域，更具体的涉及一种用于物理相似模拟实验中的瓦斯涌出模拟系统。

背景技术

我国是世界第一产煤大国，煤炭产量占世界的48.3％，同时煤炭又是我国的主要能源，分别占一次能源生产和消费总量的76％和69％。煤与瓦斯安全共采是当今科研一个重大的课题。煤炭的大规模开采，使得煤层开采深度不断加深，煤层中瓦斯压力急剧增大，导致工作面瓦斯涌出量急剧上升，严重的瓦斯动力现象频频出现，甚至发生瓦斯燃烧、爆炸及煤与瓦斯突出之类的恶性事故，严重威胁着矿井安全生产，造成了重大的人员伤亡、经济损失和不良的社会影响。为有效的消除瓦斯灾害给经济社会带来的损失，学者们进行了大量研究，瓦斯防治的有效手段之一就是制定合理的瓦斯抽采方案，但瓦斯抽采方案的合理与否，与煤层开采瓦斯的运移富集有莫大的关系。现阶段，诸多学者为研究煤层开采瓦斯在覆岩裂隙中的运移富集规律，一种有效的手段就是通过物理相似模拟实验，但现有技术中，准确的模拟煤层开采后瓦斯的涌出仍难以实现，因此有必要研发一种能够模拟瓦斯涌出的装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于物理相似模拟实验中的瓦斯涌出模拟系统，用于模拟煤层开采条件下瓦斯的涌出规律，为研究受采动影响下覆岩中瓦斯运移、瓦斯抽采提供便利。

本发明是这样实现的，一种用于物理相似模拟实验中的瓦斯涌出模拟系统，包括瓦斯注入机构和瓦斯散逸模拟机构；

所述瓦斯注入机构包括气瓶柜、瓦斯钢瓶、气体减压阀、气体总管路、气体注入控制柜、分气体质量流量计、微调旋钮、气体缓冲罐、数显压力表、总气体质量流量计、数据传输线和电脑；所述瓦斯钢瓶设置于气瓶柜中，所述气体注入控制柜内设置有气体缓冲罐、数显压力表、总气体质量流量计和多个分气体质量流量计，所述瓦斯钢瓶设置有气体减压阀，所述气体减压阀与气体总管路连通然后接入气体缓冲罐，所述气体缓冲罐设置有数显压力表，所述气体缓冲罐通过气体输送管路连接总气体质量流量计，总气体质量流量计出来的气体经多通道管路分别连接至各分气体质量流量计，连接各分气体质量流量计的每个通道管路进入气体流量的大小由微调旋钮进行调节，各分气体质量流量计的气体出口分别连接有分管路，所述数显压力表、总气体质量流量计经数据传输线连接至电脑；

所述瓦斯散逸模拟机构包括分管路、开采条钢、实验箱体、基座和开采液压缸，所述实验箱体的底部设置有基座，所述基座内安装有开采液压缸，所述基座的上方设置有多个紧挨在一起的开采条钢，每个开采条钢的底部由2个并联的开采液压缸支撑，所述分管路将气体输送至开采条钢。

进一步，所述开采条钢的内部中空，所述开采条钢的上表面均匀设置有散逸孔，所述开采条钢的下表面设置有管路进气孔并于管路进气孔处向下固连有钢管，所述钢管的下端与分管路连接。

进一步，所述总气体质量流量计和分气体质量流量计均为MF气体质量流量计。

本发明具有如下有益效果：

本发明提供了一种用于物理相似模拟实验中的瓦斯涌出模拟系统，包括瓦斯注入机构和瓦斯散逸模拟机构，能够用于模拟煤层开采条件下瓦斯的涌出规律，为研究受采动影响下覆岩中瓦斯运移、瓦斯抽采提供便利。本发明能够通过调节瓦斯流量模拟瓦斯涌出，在气路设计上采用缓冲罐缓冲稳压，模拟瓦斯压力大小，也是其一大特色，并将压力、流量等数据时时传入电脑保存，对实验后续分析数据有非常大帮助。本发明模拟系统中，气体由瓦斯钢瓶到气体注入控制柜，然后经分管路分别进入条钢，最后经过条钢上表面的散逸孔均匀的散逸到采空区，来模拟受采动影响瓦斯涌出也是一大创新，不仅解决了实验模型的煤层开采问题，也解决了瓦斯分源涌出的模拟问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供一种用于物理相似模拟实验中的瓦斯涌出模拟系统示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1示例性的示出了本发明实施例提供的一种用于物理相似模拟实验中的瓦斯涌出模拟系统示意图。本发明实施例提供的一种用于物理相似模拟实验中的瓦斯涌出模拟系统，包括瓦斯注入机构和瓦斯散逸模拟机构；

如图1所示，瓦斯注入机构包括气瓶柜1、瓦斯钢瓶2、气体减压阀3、气体总管路4、气体注入控制柜5、分气体质量流量计6、微调旋钮7、气体缓冲罐8、数显压力表9、总气体质量流量计10、数据传输线11和电脑12；瓦斯钢瓶2设置于气瓶柜1中，气体注入控制柜5内设置有气体缓冲罐8、数显压力表9、总气体质量流量计10和多个分气体质量流量计6，瓦斯钢瓶2设置有气体减压阀3，气体减压阀3与气体总管路4连通然后接入气体缓冲罐8，气体缓冲罐8设置有数显压力表9，气体缓冲罐8通过气体输送管路连接总气体质量流量计10，总气体质量流量计10出来的气体经多通道管路分别连接至各分气体质量流量计6，连接各分气体质量流量计6的每个通道管路进入气体流量的大小由微调旋钮7进行调节，各分气体质量流量计6的气体出口分别连接有分管路13，数显压力表9、总气体质量流量计10经数据传输线11连接至电脑12；

所述瓦斯散逸模拟机构包括分管路13、开采条钢14、实验箱体15、基座16和开采液压缸17，实验箱体15的底部设置有基座16，基座16内安装有开采液压缸17，基座16的上方设置有多个紧挨在一起的开采条钢14，每个开采条钢14由2个并联的开采液压缸17支撑，分管路13将气体输送至开采条钢14。

总气体质量流量计10和分气体质量流量计6均为MF5700气体质量流量计。

本发明实施例提供的一种用于物理相似模拟实验中的瓦斯涌出模拟系统，主要用于物理相似模拟实验中，模拟受采动影响瓦斯的涌出规律，进而研究瓦斯在覆岩裂隙中的运移富集。本发明是将自主设计研发的瓦斯注入机构以及瓦斯散逸模拟机构有机结合，可用于精确的模拟采空区中瓦斯涌出。在利用该系统进行瓦斯涌出规律模拟时，可按照如下方式进行：

(1)通过相似理论计算，得到针对某一特定矿井的煤岩特性，得到相似材料的配比。按照算好的模型制作中各层所需相似材料的量，分别称出其重量，加水将各种配料装入搅拌装置内，搅拌均匀，将搅拌均匀的材料倒入实验箱体15中，然后进行夯实工作。针对某一特定矿井的岩层柱状图，按照配比，继续配出第二层相似材料，搅拌后装入实验平台箱体15中，以此类推，完成实验模型制作，模型完成后为3m×2.5m×1.8m。

(2)待模型晾干后，开展物理相似模拟实验，首先是降下开采液压缸17，带动开采条钢14，模拟煤层的开采过程。

(3)打开气体减压阀3，瓦斯钢瓶2的高压气体经过减压阀3减压后，流经气体总管路4进入气体注入控制柜5；气体注入控制柜5起到两个作用，第一是稳定充气压力，充气压力与模拟的煤层瓦斯压力相似；第二是瓦斯气体的分流，通过多通道管路，分别与多个布满微孔的条钢单独连接，可以起到精确的模拟瓦斯作用，即可以模拟采空区深部到浅部的瓦斯涌出变化，以及推进速度对瓦斯涌出的影响。

(4)进入气体注入控制柜5的瓦斯气体，首先流经气体缓冲罐8，起降压和稳压的作用，然后流经数显压力表9、总气体质量流量计10，流量与压力数据通过数据传输线11时时传入电脑保存，之后气体进入多通道管路，每个通路进入流量的大小由微调旋钮7进行调节，由MF5700气体质量流量计6显示，进入的量根据实验计算得出。

(5)经过每个通路精确调节的流量通过分管路13通过实验箱体15的基座16进入到开采条钢14，最后通过微孔均匀的散逸到采空区，精确模拟受煤层采动影响瓦斯的涌出规律。

(6)启动瓦斯数据采集系统，通过采集采空区深部方向、沿工作面方向以及垂直方向上瓦斯的浓度参数、压力参数，待实验结束后，整理数据分析瓦斯在该种岩层地质调下的运移规律，找到富集区域，为瓦斯抽采提供依据。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。