測定振動條件下煤對瓦斯解吸特征的實驗系統(tǒng)及實驗方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于煤礦安全技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種測定不同振動條件下煤對瓦斯吸附解吸特征和粉碎解吸特征的實驗系統(tǒng)及實驗方法。
【背景技術(shù)】
[0002]以往的煤對瓦斯的吸附解吸實驗系統(tǒng)未考慮振動荷載對煤樣吸附解吸的影響。煤礦采掘活動中存在采煤機(jī)割煤擾動、井下爆破振動、礦壓顯現(xiàn)、礦震、沖擊地壓等多種振源，振動作用使得瓦斯在煤體骨架表面上的附著力降低，同時振動產(chǎn)生的熱能使煤體溫度升高，由朗格繆爾吸附曲線可知，煤對瓦斯的吸附作用隨著溫度升高逐漸降低；另一方面，受振動影響煤體內(nèi)部原生裂隙再次發(fā)育，增加了煤體透氣性；因此，振動作用對煤體瓦斯解吸擴(kuò)散有較大促進(jìn)作用。已有的實驗系統(tǒng)不能反映采動過程振動效應(yīng)對煤吸附解吸瓦斯的影響。
[0003]目前，研宄煤樣粉碎過程解吸量的實驗系統(tǒng)未考慮不同振動條件時解吸規(guī)律。由于不同的振動擾動活動，振動幅值、振動頻率、振動速度等均不相同，振動產(chǎn)生的熱效應(yīng)及對煤體破碎程度等都有一定差異，瓦斯解吸規(guī)律也存在一定差異。煤樣粉碎過程，不同振動強(qiáng)度對煤樣解吸規(guī)律也有一定影響，目前的實驗系統(tǒng)僅限于研宄最終的解吸總量，不能完成對不同振動條件下煤樣粉碎過程中解吸規(guī)律的實驗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種測定振動條件下煤對瓦斯解吸特征的實驗系統(tǒng)及實驗方法，本發(fā)明能夠測定不同振動條件下煤對瓦斯的吸附解吸特征和粉碎解吸特征。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種測定振動條件下煤對瓦斯解吸特征的實驗系統(tǒng)，包括變頻振動系統(tǒng)、振動監(jiān)測系統(tǒng)、煤樣粉碎系統(tǒng)、脫氣系統(tǒng)、瓦斯吸附系統(tǒng)及瓦斯解吸系統(tǒng)；
[0006]所述變頻振動系統(tǒng)包括振動電機(jī)、振動平臺、減振彈簧、機(jī)座、變頻器、電源按鈕及外接電位器，所述振動電機(jī)固定在振動平臺上，振動平臺設(shè)置在機(jī)座上方，振動平臺與機(jī)座之間通過減振彈簧相連接；在所述振動電機(jī)的上、下兩端分別設(shè)置有第一偏心重錘和第二偏心重錘，所述振動電機(jī)、電位器及電源按鈕分別與變頻器相連接；
[0007]所述振動監(jiān)測系統(tǒng)包括振動傳感器和振動參數(shù)分析儀，所述振動傳感器固定在振動平臺上，其與振動參數(shù)分析儀相連接；
[0008]所述煤樣粉碎系統(tǒng)包括料缽及沖擊塊，所述料缽安裝在振動平臺上，沖擊塊放置在料缽內(nèi)；所述料缽配置有密封蓋，在密封蓋上設(shè)置有氣嘴；在振動平臺上設(shè)置有活動梁，活動梁與料缽密封蓋相接觸；
[0009]所述脫氣系統(tǒng)包括真空泵、第三控制閥、第五控制閥、真空規(guī)管及真空計，所述真空泵與第三控制閥的一端相連接，第三控制閥的另一端一路經(jīng)第五控制閥與料缽密封蓋上的氣嘴相連接，另一路經(jīng)真空規(guī)管與真空計相連接；
[0010]所述瓦斯吸附系統(tǒng)包括高壓氣瓶、第一控制閥、調(diào)壓閥、壓力表及第二控制閥，所述高壓氣瓶的出口經(jīng)第一控制閥與調(diào)壓閥的一端相連接，調(diào)壓閥的另一端經(jīng)壓力表與第二控制閥的一端相連接，第二控制閥的另一端與料缽密封蓋上的氣嘴相連接；
[0011]所述瓦斯解吸系統(tǒng)包括瓦斯解吸速度測定儀及第四控制閥，所述瓦斯解吸速度測定儀固定在水槽內(nèi)，在水槽內(nèi)設(shè)置有溫度計；所述瓦斯解吸速度測定儀通過第四控制閥與料缽密封蓋上的氣嘴相連接。
[0012]所述減振彈簧設(shè)置有六個，減振彈簧與振動電機(jī)的轉(zhuǎn)軸平行設(shè)置。
[0013]在所述振動平臺上設(shè)置有安裝料缽的凹槽，料缽安裝在所述凹槽內(nèi)。
[0014]在所述料缽上設(shè)置有兩個把柄。
[0015]所述沖擊塊為圓柱體，采用硬質(zhì)合金鋼制成。
[0016]在所述料缽與密封蓋的結(jié)合處設(shè)置有密封墊。
[0017]所述氣嘴采用空心螺桿型，氣嘴的底端伸入到料缽密封蓋內(nèi)側(cè)，與料缽腔體相連通。
[0018]在所述活動梁與料缽密封蓋之間設(shè)置有橡膠墊。
[0019]在所述振動平臺上設(shè)置有壓緊把手，活動梁通過壓緊把手壓緊固定密封蓋。
[0020]采用所述的測定振動條件下煤對瓦斯解吸特征的實驗系統(tǒng)的實驗方法，包括不同振動條件下煤對瓦斯的吸附解吸實驗方法和不同振動條件下煤樣粉碎解吸實驗方法；
[0021]不同振動條件下煤對瓦斯的吸附解吸實驗方法，包括如下步驟:
[0022]步驟一:實驗前準(zhǔn)備
[0023]在新鮮的采掘工作面煤壁采集煤樣，進(jìn)行嚴(yán)密封裝后送至實驗室，將煤樣制成顆粒狀或標(biāo)準(zhǔn)正方體或長方體試件，并放入恒溫箱中烘干；將料缽中的沖擊塊取出，實驗過程中料缽內(nèi)不放置沖擊塊；檢查系統(tǒng)內(nèi)各管線是否連接可靠及各通氣裝置的氣密性，首先，高壓氣瓶采用氮氣氣瓶進(jìn)行氣密性檢查；關(guān)閉第二控制閥，打開第一控制閥，觀測壓力表的示數(shù)是否穩(wěn)定，穩(wěn)定則不漏氣，慢速調(diào)節(jié)調(diào)壓閥，檢查調(diào)壓閥是否連接可靠；關(guān)閉第四控制閥和第五控制閥，打開第二控制閥，檢查料缽是否漏氣；打開第四控制閥，檢查瓦斯解吸速度測定儀是否連接可靠；關(guān)閉第二控制閥和第四控制閥；打開第三控制閥，啟動真空泵，檢查真空規(guī)管和真空計是否連接可靠；打開第五控制閥，對料缽抽真空，檢查料缽是否漏氣；通過電源按鈕啟動振動電機(jī)，分別調(diào)節(jié)電位器和變頻器，觀察振動效果，同時檢查振動參數(shù)分析儀是否連接可靠；啟動振動電機(jī)后，重復(fù)上述步驟再次檢測系統(tǒng)內(nèi)各管線是否連接可靠及各通氣裝置的氣密性；
[0024]步驟二:煤樣脫氣
[0025]關(guān)閉第五控制閥，取下料缽，將煤樣放入料缽內(nèi)，并安裝好密封墊和密封蓋，提起把柄將料缽放置在振動平臺上，在料缽密封蓋上放置橡膠墊，將活動梁壓在橡膠墊上，并放下壓緊把手將密封蓋壓緊卡死；
[0026]打開第五控制閥，啟動真空泵對煤樣脫氣，持續(xù)抽真空數(shù)小時，待真空計的壓力示數(shù)保持不變時，關(guān)閉第五控制閥，關(guān)閉真空泵；
[0027]步驟三:煤樣吸附
[0028]高壓氣瓶采用瓦斯氣瓶，打開第二控制閥對煤樣充氣，通過調(diào)壓閥控制充氣壓力使充氣壓力維持穩(wěn)定值；待吸附達(dá)到平衡后，通過電源按鈕啟動振動電機(jī)，使煤樣吸附過程處于振動環(huán)境，通過調(diào)節(jié)電位器改變振動速度，通過調(diào)節(jié)變頻器改變振動頻率，通過調(diào)節(jié)振動電機(jī)上的第一偏心重錘和第二偏心重錘的相對角度改變振動幅值，并通過振動參數(shù)分析儀記錄振動參數(shù)，進(jìn)行不同振動條件下的吸附實驗；
[0029]步驟四:煤樣解吸
[0030]首先，關(guān)閉第一控制閥和第二控制閥，打開第四控制閥，通過電源按鈕啟動振動電機(jī)，使煤樣解吸過程處于振動環(huán)境，通過調(diào)節(jié)電位器改變振動速度，通過調(diào)節(jié)變頻器改變振動頻率，通過調(diào)節(jié)振動電機(jī)上的第一偏心重錘和第二偏心重錘的相對角度改變振動幅值，并通過振動參數(shù)分析儀記錄振動參數(shù)；每隔一定時間觀測并記錄一次瓦斯解吸速度測定儀的讀數(shù)，同時記錄水槽內(nèi)溫度計測得的水溫，并記錄解吸過程中實驗環(huán)境的大氣壓，進(jìn)行不同振動條件下的解吸實驗；
[0031]不同振動條件下煤樣粉碎解吸實驗方法，包括如下步驟:
[0032]步驟