一種瓦斯瞬時解吸試驗裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于煤礦安全生產(chǎn)領(lǐng)域，具體涉及一種瓦斯瞬時解吸試驗裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]煤與瓦斯突出(簡稱突出)是煤礦生產(chǎn)過程中一種極其復(fù)雜的動力現(xiàn)象。它能在極短的時間內(nèi)，由煤體向巷道或采場突然噴出大量的瓦斯及碎煤，在煤體中形成特殊形狀的空洞，并造成一定的動力效應(yīng)，如推倒礦車、破壞支架等。煤與瓦斯突出時，粉煤可能充填數(shù)百米長的巷道，噴出的瓦斯-粉煤流有時帶有暴風(fēng)般的性質(zhì)，瓦斯可以逆風(fēng)流運行，充滿數(shù)千米長的巷道。因此，煤與瓦斯突出是威脅煤礦安全生產(chǎn)的嚴(yán)重災(zāi)害之一，制約著煤炭工業(yè)的發(fā)展。
[0003]在煤與瓦斯突出機(jī)理研究方面普遍接受的是綜合作用假說，該假說認(rèn)為煤與瓦斯突出是由地應(yīng)力、瓦斯壓力和煤的物理力學(xué)性質(zhì)綜合作用的結(jié)果，但到目前為止三因素各自在突出過程中的作用機(jī)理尚不明確，需進(jìn)一步解釋該假說中三因素的綜合作用機(jī)制。因煤與瓦斯突出的災(zāi)害性極大，在現(xiàn)場發(fā)生煤與瓦斯突出災(zāi)害時開展實時跟蹤研究極為困難，只能依托實驗室進(jìn)行模擬試驗。國內(nèi)外相關(guān)科研機(jī)構(gòu)已開展了大量的煤與瓦斯突出相似模擬試驗研究工作，研制了一系列煤與瓦斯突出模擬實驗裝置，促進(jìn)了煤與瓦斯突出機(jī)理研究。但在上述突出模擬中，未獲得瓦斯瞬時解吸特征，而該特征對于煤與瓦斯突出具有重要影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]—種瓦斯瞬時解吸試驗裝置，該裝置包括煤樣容器、開口裝置、瓦斯壓力測試裝置、供放氣裝置。
[0005]所述煤樣容器為圓筒形，用于裝填試驗煤體。煤樣容器一端為裝煤口，裝煤口由12個雙頭螺栓緊固第一法蘭盤、第一墊片和第二法蘭盤形成。第二法蘭盤與煤樣容器端面密封焊接；第一墊片為金屬纏繞墊，用于密閉兩法蘭盤之間的空隙。煤樣容器另一端為內(nèi)螺紋安裝孔，用于連接開口裝置。煤樣容器圓筒上設(shè)置兩個壓力傳感器安裝孔、一個壓力表安裝孔及第一三通接頭安裝孔。所述兩個壓力傳感器安裝孔分別安裝第一壓力傳感器和第二壓力傳感器，所述壓力傳感器通過第一數(shù)據(jù)線和第二數(shù)據(jù)線連接數(shù)據(jù)采集儀，采集儀通過第四數(shù)據(jù)線連接計算機(jī)。所述壓力傳感器用于測試煤樣容器內(nèi)氣體壓力，壓力值由采集儀采集并儲存到計算機(jī)，由計算機(jī)進(jìn)行顯示和數(shù)據(jù)處理。所述第一壓力表通過連接頭安裝于煤樣容器圓筒上的壓力表安裝孔，實時顯示煤樣容器氣體壓力值。所述第一三通連接頭安裝孔連接第一三通接頭，第一三通接頭一端安裝第一針型閥，另一端通過第一高壓管與第一減壓閥和第一高壓氣瓶連接；第一高壓氣瓶內(nèi)為瓦斯，當(dāng)往煤樣容器中充入瓦斯氣體時，由第一減壓閥調(diào)節(jié)第一高壓氣瓶出口壓力，然后擰開第一針型閥，往煤樣容器中注入瓦斯氣體。
[0006]所述開口裝置由外螺紋連接頭、第三法蘭盤、第四法蘭盤、內(nèi)爆破片、外爆破片、充放氣連接頭安裝孔、第三壓力傳感器安裝孔、內(nèi)夾持器、中夾持器、外夾持器和第二雙頭螺栓組成。所述外螺紋連接頭一端與內(nèi)螺紋安裝孔以螺紋連接；外螺紋連接頭另一端焊接第三法蘭盤，并在外螺紋連接頭凸起與煤樣容器之間形成密封槽，密封槽內(nèi)設(shè)置密封圈；由雙頭螺栓將第三法蘭盤、內(nèi)夾持器、內(nèi)爆破片、中夾持器、外爆破片、外夾持器、第四法蘭盤緊固在一起。所述兩爆破片在中夾持器間形成隔離腔，中夾持器側(cè)壁上布置有第三壓力傳感器安裝孔及充放氣連接頭安裝孔。所述第三壓力傳感器安裝孔用于安裝第三壓力傳感器，第三壓力傳感器通過第三數(shù)據(jù)線連接數(shù)據(jù)采集儀和計算機(jī)。第三壓力傳感器用于測試開口裝置隔離腔內(nèi)氣體壓力，壓力值由采集儀采集并儲存到計算機(jī)，由計算機(jī)進(jìn)行顯示和數(shù)據(jù)處理。所述中夾持器充放氣連接頭安裝孔連接充放氣接頭，充放氣接頭通過第二高壓管接第二三通接頭，第二三通接頭第二通道通過高壓管連接第三三通接頭和第四三通接頭，第三三通接頭安裝第二壓力表，第四三通接頭連接第二針型閥；第二三通接頭第三通道通過高壓管連接第五三通接頭、第二減壓閥和第二高壓氣瓶，第五三通接頭安裝第三針型閥；由于第二高壓氣瓶僅向開口裝置隔離腔提供一定壓力氣體，該氣體不與煤樣發(fā)生吸附解吸作用，因此第二高壓氣瓶內(nèi)氣體為空氣。所述第二高壓氣瓶往開口裝置隔離腔中充入氣體時，先由第二減壓閥調(diào)整第二高壓氣瓶出口壓力，然后擰開第三針型閥，往開口裝置隔離腔中充入空氣。
[0007]進(jìn)行瓦斯瞬時解吸試驗時，依次進(jìn)行以下操作:(1)安裝開口裝置；(2)安裝充放氣系統(tǒng)；(3)安裝氣體壓力測試系統(tǒng)；(4)裝入粉煤，封閉裝煤口 ；(5)氣密性測試；(6)粉煤瓦斯吸附平衡；(7)粉煤瓦斯解吸壓力測試。
[0008]具體來說，先安裝開口裝置，通過螺紋連接開口裝置與煤樣容器。然后連接煤樣容器圓筒上第一針型閥，并通過第一高壓管連接第一減壓閥和第一高壓氣瓶。由開口裝置隔離腔充放氣連接頭安裝孔連接充放氣連接頭，充放氣連接頭經(jīng)高壓管連接第二三通接頭，第二三通接頭第二通道連接第三三通接頭、第四三通接頭，第三三通接頭安裝第二壓力表，第四三通接頭安裝第二針型閥；第二三通接頭第三通道連接第五三通接頭、第二減壓閥和第二高壓氣瓶，第五三通接頭上安裝第三針型閥。煤樣容器圓筒上安裝第一壓力表，第一壓力表和第二壓力表分別實時顯不煤樣容器和開口裝置隔離腔內(nèi)氣體壓力。安裝煤樣容器上第一壓力傳感器和第二壓力傳感器及開口裝置隔離腔上第三壓力傳感器，上述三個壓力傳感器經(jīng)數(shù)據(jù)線連接采集儀和計算機(jī)。
[0009]所述一種瓦斯瞬時解吸試驗裝置連接完成后，在煤樣容器中裝入粉煤，封閉裝煤口，關(guān)閉第二針型閥，通過第一減壓閥和第二減壓閥調(diào)節(jié)第一高壓氣瓶和第二高壓氣瓶出口壓力為密閉檢測壓力，開啟第一針型閥和第三針型閥，分別對煤樣容器和開口裝置隔離腔的密閉性進(jìn)行檢測。確定兩者密閉性滿足要求后，調(diào)整第二減壓閥到試驗設(shè)計值，向隔離腔中充入設(shè)計壓力空氣。由于開口裝置隔離腔壓力不改變，第二壓力表達(dá)到設(shè)計壓力后，關(guān)閉第三針型閥。與此同時，調(diào)整第一減壓閥到試驗設(shè)計值，向煤樣容器內(nèi)充入設(shè)計壓力瓦斯氣體，保持煤樣容器壓力大于開口裝置隔離腔壓力，且兩者壓力小于內(nèi)爆破片極限承載值；開口裝置隔離腔壓力與大氣壓力之差小于外爆破片極限承載值。煤樣容器內(nèi)瓦斯被煤體吸附時，瓦斯壓力降低，因此，第一針型閥應(yīng)保持開啟一定時間，直到煤樣容器壓力表數(shù)值穩(wěn)定，關(guān)閉第一針型閥。通過檢查確保采集儀連接正確后，運行壓力傳感器采集程序，開始采集。然后，打開第二針型閥，開口裝置隔離腔快速放氣，壓力降低，內(nèi)爆破片兩側(cè)壓差急劇增大，當(dāng)壓差達(dá)到內(nèi)爆破片爆開壓力時，內(nèi)爆破片爆開。此時，外爆破片壓差不超過外爆破片爆開壓力。通過三個壓力傳感器獲取煤樣容器和開口裝置隔離腔實時壓力數(shù)據(jù)，用于分析煤樣容器壓力快速降低時，解吸瓦斯壓力的變化情況。
[0010]本發(fā)明設(shè)計合理、結(jié)構(gòu)簡單、實施容易，密封性能好，數(shù)據(jù)采集方便，通過爆破片爆開實現(xiàn)煤樣容器的瞬時降壓，對明確煤與瓦斯突出過程中瓦斯壓力變化規(guī)律，深入研究煤與瓦斯突出機(jī)理，減少煤與瓦斯突出事故提供了重要手段。
【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明一種瓦斯瞬時解吸試驗裝置的示意圖。
[0012]圖2為本發(fā)