用于煤與瓦斯突出模擬實(shí)驗(yàn)的管道系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種用于煤與瓦斯突出模擬實(shí)驗(yàn)的管道系統(tǒng)，包括管道組件和連接動力系統(tǒng)及管道組件入口的連接管，管道組件為由管道單元通過法蘭連接組成的多分支結(jié)構(gòu)，管道單元包括組成單個(gè)分支的直管、連接兩個(gè)分支的第一連接管和連接三個(gè)分支的第二連接管，管道單元上設(shè)有觀測孔和/或測試孔，觀測孔安裝用于觀測粉煤堆積狀態(tài)的觀測組件，測試孔安裝用于固定傳感裝置的測試組件；本實(shí)用新型通過直管、第一連接管、第二連接管的增減或調(diào)整進(jìn)行自由組合，能夠模擬簡易的具有多分支結(jié)構(gòu)的礦井巷道網(wǎng)絡(luò)；管道單元上設(shè)置的觀測組件和測試組件，能夠肉眼觀測粉煤堆積形態(tài)，并儀器測量兩相流速度、巷道氣體壓力、粉煤堆積高度，煤巖運(yùn)動距離等參數(shù)。
【專利說明】用于煤與瓦斯突出模擬實(shí)驗(yàn)的管道系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種礦山災(zāi)害模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，特別涉及一種用于煤與瓦斯突出模擬實(shí)驗(yàn)的管道系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]煤與瓦斯突出是我國煤炭開采中最為嚴(yán)重的災(zāi)害之一。突出發(fā)生時(shí)產(chǎn)生的動力效應(yīng)能夠摧毀生產(chǎn)系統(tǒng)，造成人員傷亡，且易引發(fā)煤塵和瓦斯爆炸等重大事故。因此，要最大限度地降低災(zāi)害的破壞作用，就必須對煤與瓦斯突出的致災(zāi)機(jī)理進(jìn)行研究，探索有效的災(zāi)害控制方法和措施。煤與瓦斯突出的整體過程可以看作是兩個(gè)不同階段，其中一個(gè)階段是突出煤體的破碎過程，其主要表現(xiàn)特征是煤體在地應(yīng)力、瓦斯壓力以及采掘活動的共同作用下產(chǎn)生破壞并與煤壁剝離，煤體中的吸附瓦斯不斷解吸，游離瓦斯釋放，在突出孔洞內(nèi)部形成煤一瓦斯兩相流；另一個(gè)階段是煤體破碎后的拋出過程，即動力效應(yīng)階段，也即上一階段形成的煤一瓦斯兩相流噴出突出孔洞并在巷道中分選堆積的過程，該階段在不考慮頂板垮落的情況下，地應(yīng)力起次要作用，而瓦斯氣體的推動起支配作用。
[0003]由于煤與瓦斯突出的復(fù)雜性以及研究方法和手段的限制，國內(nèi)外對煤與瓦斯突出后的致災(zāi)理論研究較少。突出動力災(zāi)害實(shí)驗(yàn)室模擬和現(xiàn)場實(shí)際觀測都存在著無法克服的困難。雖然目前國內(nèi)外已經(jīng)開展了大量的煤與瓦斯突出實(shí)驗(yàn)，并取得了許多突破性的進(jìn)展，但研究成果大多集中在吸附解吸規(guī)律、煤體破壞規(guī)律、地應(yīng)力作用、型煤參數(shù)等方面，很多問題如煤與瓦斯突出過程中的流體運(yùn)動參數(shù)及流動狀態(tài)、沖擊波形成機(jī)理及對主要通風(fēng)設(shè)施的沖擊破壞作用、破壞效果、致災(zāi)條件及預(yù)警防護(hù)等方面的研究比較少，其主要原因有:第一，由于固氣兩相流問題的復(fù)雜性，目前仍沒有非常成熟的理論成果來解釋兩相流的運(yùn)動規(guī)律；第二，現(xiàn)有的煤與瓦斯突出實(shí)驗(yàn)室突出模型很難達(dá)到現(xiàn)場實(shí)際條件的要求，動力效應(yīng)實(shí)驗(yàn)效果不明顯；第三，突出現(xiàn)場產(chǎn)生動力破壞和沖擊的有關(guān)描述不夠詳細(xì)，且由于煤礦安全法規(guī)和安全設(shè)備限制，突出現(xiàn)場圖片和視頻資料很少，不利于問題的研究。以上這些原因?qū)е峦怀鲋聻?zāi)研究方面相對滯后，人們無法從根本上闡述突出所帶來的危害，更無法直接應(yīng)用理論分析得出的結(jié)論來指導(dǎo)實(shí)踐。
[0004]因此，有必要開發(fā)一種專門用于煤與瓦斯突出動力效應(yīng)模擬實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)裝置，以通過實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)了解煤與瓦斯突出的致災(zāi)及控制條件，通過動力效應(yīng)實(shí)驗(yàn)研究更清楚地認(rèn)識煤與瓦斯突出致災(zāi)機(jī)理及發(fā)生、發(fā)展規(guī)律，有效控制煤與瓦斯突出災(zāi)害，而用于模擬礦井巷道網(wǎng)絡(luò)的管道系統(tǒng)則為其必不可少的部分。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]有鑒于此，本實(shí)用新型的目的在于提供一種用于煤與瓦斯突出模擬實(shí)驗(yàn)的管道系統(tǒng)，以通過實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)了解煤與瓦斯突出的致災(zāi)及控制條件，通過動力效應(yīng)實(shí)驗(yàn)研究更清楚地認(rèn)識煤與瓦斯突出致災(zāi)機(jī)理及發(fā)生、發(fā)展規(guī)律，有效控制煤與瓦斯突出災(zāi)害。
[0006]本實(shí)用新型的用于煤與瓦斯突出模擬實(shí)驗(yàn)的管道系統(tǒng)，包括管道組件和連接動力系統(tǒng)及所述管道組件入口的連接管，所述管道組件為由管道單元通過法蘭連接組成的多分支結(jié)構(gòu)，所述管道單元包括組成單個(gè)分支的直管、連接兩個(gè)分支的第一連接管和連接三個(gè)分支的第二連接管，所述管道單元上設(shè)有觀測孔和/或測試孔，所述觀測孔安裝用于觀測粉煤堆積狀態(tài)的觀測組件，所述測試孔安裝用于固定傳感裝置的測試組件。
[0007]進(jìn)一步，所述連接管包括與動力系統(tǒng)出口連接的子管和與所述管道組件入口連接的母管，所述子管套入所述母管并且可沿所述母管的軸向運(yùn)動，所述母管前端設(shè)有定位孔，定位件穿過所述定位孔對所述子管進(jìn)行定位，所述子管后端設(shè)有用于安裝密封圈的密封圈安裝槽。
[0008]進(jìn)一步，所述管道單元還包括傾角調(diào)節(jié)管，所述傾角調(diào)節(jié)管的兩端分別連接所述直管并且用于調(diào)節(jié)管道傾角或者方位角。
[0009]進(jìn)一步，所述管道單元均為方形管，所述測試孔設(shè)在所述管道單元的頂面，所述觀測孔設(shè)在所述管道單元上與頂面相鄰的側(cè)面。
[0010]進(jìn)一步，所述觀測孔的邊沿四周加工出孔座I，所述觀測組件包括與所述孔座I適配的孔蓋I及密封固定在所述孔座I與孔蓋I之間的可視玻璃。
[0011]進(jìn)一步，所述測試孔的邊沿四周加工出孔座II，所述測試組件包括與所述孔座II適配的孔蓋II及固定在所述孔蓋II上并伸入所述管道單元內(nèi)的傳感器。
[0012]進(jìn)一步，本管道系統(tǒng)還包括用于支撐所述管道組件的組合支架，所述組合支架包括由Π形鋼梁拼接而成的底架及連接在所述底架上的固定高度支架和活動高度支架，所述活動高度支架支撐相鄰的具有不同高度的所述直管以適應(yīng)所述直管由于傾角變化而引起的高度變化。
[0013]進(jìn)一步，每一所述孔蓋II上共設(shè)置三個(gè)沿流體運(yùn)動方向等間距的用于安裝所述傳感器的傳感器安裝孔。
[0014]進(jìn)一步，所述可視玻璃為鋼化硼硅玻璃。
[0015]進(jìn)一步，所述第一連接管為直角彎管，所述第二連接管為三通管。
[0016]本實(shí)用新型的有益效果:本實(shí)用新型的用于煤與瓦斯突出模擬實(shí)驗(yàn)的管道系統(tǒng)，通過直管、第一連接管、第二連接管的增減或調(diào)整進(jìn)行自由組合，能夠模擬簡易的具有多分支結(jié)構(gòu)的礦井巷道網(wǎng)絡(luò)；管道單元上設(shè)置的觀測組件和測試組件，能夠肉眼觀測粉煤堆積形態(tài)，并儀器測量兩相流速度、巷道氣體壓力、粉煤堆積高度，煤巖運(yùn)動距離等參數(shù)，有利于更清楚地認(rèn)識煤與瓦斯突出致災(zāi)機(jī)理及發(fā)生、發(fā)展規(guī)律，有效控制煤與瓦斯突出災(zāi)害。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述:
[0018]圖1為本實(shí)用新型的俯視圖；
[0019]圖2為本實(shí)用新型的主視圖；
[0020]圖3為圖1中A處放大圖；
[0021]圖4為本實(shí)用新型的傾角調(diào)節(jié)管的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖5為圖1中B處放大圖；
[0023]圖6為圖2中C處放大圖。

【具體實(shí)施方式】
[0024]圖1為，如圖所示:本實(shí)施例的用于煤與瓦斯突出模擬實(shí)驗(yàn)的管道系統(tǒng)，包括管道組件和連接動力系統(tǒng)及所述管道組件入口的連接管2，所述管道組件為由管道單元通過法蘭連接組成的多分支結(jié)構(gòu)，所述管道單元包括組成單個(gè)分支的直管11、連接兩個(gè)分支的第一連接管12和連接三個(gè)分支的第二連接管13，所述管道單元上設(shè)有觀測孔和/或測試孔，所述觀測孔安裝用于觀測粉煤堆積狀態(tài)的觀測組件，所述測試孔安裝用于固定傳感裝置的測試組件；動力系統(tǒng)為突出模擬實(shí)驗(yàn)中充裝實(shí)驗(yàn)材料的壓力容器，實(shí)驗(yàn)材料在容器中反應(yīng)并模擬突出動力的發(fā)生；入口、出口均以流體運(yùn)動方向?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)，流體進(jìn)入的一端為入口 ；管道組件具有至少三條分支，每一分支即由直管11連續(xù)組成的直形管道；第一連接管12為兩端開口的彎管，第二連接管13則為具有三個(gè)開口的管道；通過直管11、第一連接管12、第二連接管13的增減或調(diào)整進(jìn)行自由組合，能夠模擬簡易的具有多分支結(jié)構(gòu)的礦井巷道網(wǎng)絡(luò)；管道單元上設(shè)置的觀測組件和測試組件，能夠肉眼觀測粉煤堆積形態(tài)，并儀器測量兩相流速度、巷道氣體壓力、粉煤堆積高度，煤巖運(yùn)動距離等參數(shù)，有利于更清楚地認(rèn)識煤與瓦斯突出致災(zāi)機(jī)理及發(fā)生、發(fā)展規(guī)律，有效控制煤與瓦斯突出災(zāi)害。
[0025]本實(shí)施例中，所述連接管2包括與動力系統(tǒng)出口連接的子管21和與所述管道組件入口連接的母管22，所述子管21套入所述母管22并且可沿所述母管22的軸向運(yùn)動，所述母管22前端設(shè)有定位孔22a，定位件穿過所述定位孔22a對所述子管21進(jìn)行定位，所述子管21后端設(shè)有用于安裝密封圈的密封圈安裝槽21a ;連接管2兩端分別與動力系統(tǒng)、管道組件密封連接，其為伸縮套管式結(jié)構(gòu)，使連接管2的整體長度可進(jìn)行微調(diào)，最大調(diào)整長度為0.1m,以便于連接處的拆裝更換；定位件可采用緊固螺栓，子管21上設(shè)有至少三個(gè)與定位孔22a對應(yīng)連接的孔；前端、后端均以流體運(yùn)動方向?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)，流體首先經(jīng)過的一端為前端。
[0026]本實(shí)施例中，所述管道單元還包括傾角調(diào)節(jié)管3，所述傾角調(diào)節(jié)管3的兩端分別連接所述直管11并且用于調(diào)節(jié)管道傾角或者方位角；傾角調(diào)節(jié)管3兩端面之間的夾角α可為10° -20° ;如圖4所示，傾角調(diào)節(jié)管3使本管道系統(tǒng)具有傾角變化，形成與實(shí)際礦井巷道網(wǎng)絡(luò)更為相似的管道結(jié)構(gòu)，使流體運(yùn)動與實(shí)際突發(fā)效應(yīng)接近，實(shí)驗(yàn)過程更能反映實(shí)際情況，實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加準(zhǔn)確。
[0027]本實(shí)施例中，所述管道單元均為方形管，所述測試孔設(shè)在所述管道單元的頂面，所述觀測孔設(shè)在所述管道單元上與頂面相鄰的側(cè)面；方形管道與實(shí)際礦井巷道網(wǎng)絡(luò)更為相似，進(jìn)一步使流體運(yùn)動與實(shí)際突發(fā)效應(yīng)接近，實(shí)驗(yàn)過程更能反映實(shí)際情況，實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加準(zhǔn)確；頂面即管道單元放置時(shí)的上表面，測試孔設(shè)置在頂面，增強(qiáng)傳感裝置的感應(yīng)準(zhǔn)確度，而且工作人員還可以從測試孔對管道進(jìn)行清潔工作，設(shè)在頂面便于清潔；觀測孔設(shè)置在側(cè)面，便于對管道內(nèi)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察。
[0028]本實(shí)施例中，所述觀測孔的邊沿四周加工出孔座I 41，所述觀測組件包括與所述孔座I 41適配的孔蓋I 51及密封固定在所述孔座I 41與孔蓋I 51之間的可視玻璃52;孔座I 41與孔蓋I 51具有配合連接的法蘭盤結(jié)構(gòu)，便于進(jìn)行密封連接；可視玻璃52形成透明視窗，并且能夠承載實(shí)驗(yàn)壓力，以觀察模擬煤礦巷道瓦斯爆破現(xiàn)象。
[0029]本實(shí)施例中，所述測試孔的邊沿四周加工出孔座II 61，所述測試組件包括與所述孔座II 61適配的孔蓋II 71及固定在所述孔蓋II 71上并伸入所述管道單元內(nèi)的傳感器73 ；孔座II 61與孔蓋II 71具有配合連接的法蘭盤結(jié)構(gòu)，便于進(jìn)行密封連接；傳感器73用于檢測實(shí)驗(yàn)過程中的溫度、壓力等實(shí)驗(yàn)參數(shù)，完善實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)。
[0030]本實(shí)施例中，本管道系統(tǒng)還包括用于支撐所述管道組件的組合支架，所述組合支架包括由Π形鋼梁拼接而成的底架81及連接在所述底架81上的固定高度支架82和活動高度支架(圖中未示出)，所述活動高度支架支撐相鄰的具有不同高度的所述直管11以適應(yīng)所述直管11由于傾角變化而引起的高度變化；底架81主要由Π形鋼、橫梁和聯(lián)接螺釘組成，用于保持管道組件整體的平整；為了便于運(yùn)輸和拆裝，底架81被分成長度不等的數(shù)段，通過聯(lián)接螺釘聯(lián)接成一個(gè)整體鋪設(shè)在地面上，其整體鋪設(shè)形式與管道組件相同；固定高度支架82由二腳支架、四腳支架和五腳支架組成，其中二腳支架主要用于支承帶有觀測組件的管道單元，以防止支架頂部鋼管遮擋視窗；五腳支架用于支承第一連接管12，以提高管道穩(wěn)固性；其他管道組件采用四腳支架進(jìn)行支承；每個(gè)支架腳部都有地腳法蘭，用于聯(lián)接固定高度支架82和底架81 ;活動高度支架則支撐傾角調(diào)節(jié)管3及經(jīng)過傾角調(diào)節(jié)管3改變高度的直管11。
[0031]本實(shí)施例中，每一所述孔蓋II 71上共設(shè)置三個(gè)沿流體運(yùn)動方向等間距的用于安裝所述傳感器73的傳感器安裝孔74 ;傳感器74的數(shù)量可根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求進(jìn)行設(shè)定，當(dāng)不安裝傳感器73時(shí)，傳感器安裝孔74用螺栓密封。
[0032]本實(shí)施例中，所述可視玻璃42為鋼化硼硅玻璃；鋼化硼硅玻璃的耐高溫性能穩(wěn)定，可長時(shí)間處在450°C高溫環(huán)境下工作，瞬間耐溫高達(dá)650°C，經(jīng)過半鋼化處理后，可以顯著提高玻璃的抗熱沖擊性能，提高玻璃的機(jī)械強(qiáng)度，熱膨脹系數(shù)低，透明度高，耐水、耐堿、耐酸性能良好，高強(qiáng)度、高硬度、具有超強(qiáng)的抗爆能力。
[0033]本實(shí)施例中，所述第一連接管12為直角彎管，所述第二連接管13為三通管；直角彎管、三通管均容易制造，有利于降低生產(chǎn)成本。
[0034]最后說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.一種用于煤與瓦斯突出模擬實(shí)驗(yàn)的管道系統(tǒng)，其特征在于:包括管道組件和連接動力系統(tǒng)及所述管道組件入口的連接管，所述管道組件為由管道單元通過法蘭連接組成的多分支結(jié)構(gòu)，所述管道單元包括組成單個(gè)分支的直管、連接兩個(gè)分支的第一連接管和連接三個(gè)分支的第二連接管，所述管道單元上設(shè)有觀測孔和/或測試孔，所述觀測孔安裝用于觀測粉煤堆積狀態(tài)的觀測組件，所述測試孔安裝用于固定傳感裝置的測試組件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于煤與瓦斯突出模擬實(shí)驗(yàn)的管道系統(tǒng)，其特征在于:所述連接管包括與動力系統(tǒng)出口連接的子管和與所述管道組件入口連接的母管，所述子管套入所述母管并且可沿所述母管的軸向運(yùn)動，所述母管前端設(shè)有定位孔，定位件穿過所述定位孔對所述子管進(jìn)行定位，所述子管后端設(shè)有用于安裝密封圈的密封圈安裝槽。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于煤與瓦斯突出模擬實(shí)驗(yàn)的管道系統(tǒng)，其特征在于:所述管道單元還包括傾角調(diào)節(jié)管，所述傾角調(diào)節(jié)管的兩端分別連接所述直管并且用于調(diào)節(jié)管道傾角或者方位角。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于煤與瓦斯突出模擬實(shí)驗(yàn)的管道系統(tǒng)，其特征在于:所述管道單元均為方形管，所述測試孔設(shè)在所述管道單元的頂面，所述觀測孔設(shè)在所述管道單元上與頂面相鄰的側(cè)面。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于煤與瓦斯突出模擬實(shí)驗(yàn)的管道系統(tǒng)，其特征在于:所述觀測孔的邊沿四周加工出孔座I，所述觀測組件包括與所述孔座I適配的孔蓋I及密封固定在所述孔座I與孔蓋I之間的可視玻璃。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于煤與瓦斯突出模擬實(shí)驗(yàn)的管道系統(tǒng)，其特征在于:所述測試孔的邊沿四周加工出孔座II，所述測試組件包括與所述孔座II適配的孔蓋II及固定在所述孔蓋II上并伸入所述管道單元內(nèi)的傳感器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于煤與瓦斯突出模擬實(shí)驗(yàn)的管道系統(tǒng)，其特征在于:還包括用于支撐所述管道組件的組合支架，所述組合支架包括由Π形鋼梁拼接而成的底架及連接在所述底架上的固定高度支架和活動高度支架，所述活動高度支架支撐相鄰的具有不同高度的所述直管以適應(yīng)所述直管由于傾角變化而引起的高度變化。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于煤與瓦斯突出模擬實(shí)驗(yàn)的管道系統(tǒng)，其特征在于:每一所述孔蓋II上共設(shè)置三個(gè)沿流體運(yùn)動方向等間距的用于安裝所述傳感器的傳感器安裝孔。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于煤與瓦斯突出模擬實(shí)驗(yàn)的管道系統(tǒng)，其特征在于:所述可視玻璃為鋼化硼硅玻璃。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的用于煤與瓦斯突出模擬實(shí)驗(yàn)的管道系統(tǒng)，其特征在于:所述第一連接管為直角彎管，所述第二連接管為三通管。
【文檔編號】G09B25/00GK203858239SQ201420312613
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年6月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月12日
【發(fā)明者】胡千庭, 孫東玲, 文光才, 苗法田, 楊慧明, 王波, 隆清明, 張淑同, 戴林超, 于海云 申請人:中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司