[發(fā)明專利]一種煤與瓦斯突出的檢測裝置和檢測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710334719.2
• 申請日: 2017-05-12
• 公開（公告）號: CN107153062B
• 公開（公告）日: 2019-10-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐樂華;李宣良;姜海納;馮國瑞;胡勝勇;崔家慶;宋誠;楊秀芬;初陽;成雅彤;賀賀;郭子鳳;侯筱辰;陳珂洋;陳鵬;陳昱君
• 申請（專利權(quán)）人: 太原理工大學(xué)
• 主分類號: G01N21/84
• 分類號: G01N21/84
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 申艷玲

1.一種煤與瓦斯突出的檢測裝置，其特征在于：包括高速攝像機、信息采集裝置以及試樣罐；

所述試樣罐置于恒溫水浴中，所述試樣罐用于裝載具有瓦斯吸附性的煤樣或不具有瓦斯吸附性的巖樣樣品，試樣罐分別連接溫度控制裝置、壓力控制閥和高精度壓力表，所述溫度控制裝置由溫度控制器和控制開關(guān)組成；試樣罐上還裝有管路控制閥門；

試樣罐的一端固定連接圓錐形筒，圓錐形筒上帶有刻度，高速攝像機設(shè)置在圓錐形筒的開口處正對面，高速攝像機與信息采集裝置連接；所述帶有刻度的圓錐形筒管內(nèi)部設(shè)有應(yīng)變片瞬時測力器。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤與瓦斯突出的檢測裝置，其特征在于：所述巖樣樣品具有與煤樣樣品相同的密度、粒徑大小，但無吸附性，以巖樣樣品作對比進行煤與瓦斯突出模擬實驗。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤與瓦斯突出的檢測裝置，其特征在于：所述的高精度壓力表，采用精確度為小數(shù)點后三位的數(shù)字壓力表。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤與瓦斯突出的檢測裝置，其特征在于：所述的壓力控制閥，能對閥門進行壓力設(shè)置，使其達到壓力的預(yù)定設(shè)置值時，控制閥門自動開啟，使煤樣中的瓦斯從其薄弱點突出。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤與瓦斯突出的檢測裝置，其特征在于：所述的圓錐形筒由透明的有機材料制成，便于高速攝像機對煤與瓦斯突出瞬態(tài)的圖像信息的采集。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤與瓦斯突出的檢測裝置，其特征在于：所述的應(yīng)變片瞬時測力器均勻設(shè)置在圓錐形筒中，且與圓錐形筒的軸線方向垂直設(shè)置。

7.一種煤與瓦斯突出的檢測方法，采用權(quán)利要求1~6任一項所述的煤與瓦斯突出的檢測裝置，其特征在于包括以下步驟：

步驟1、煤樣的選取與破碎：采集現(xiàn)場煤層的煤樣嚴密封裝，在實驗室進行破碎，用標準篩對破碎后的煤樣進行篩分，使煤樣的粒徑在0.2-0.25mm之間；

步驟2、通過熒光染料對破碎的煤進行染色，得到熒光煤，使高速攝像機能更加清晰的采集圖像信息，采集的信息更加準確、辨識度更高；

步驟3、將煤樣裝入空試樣罐中，經(jīng)煤樣死空間測定裝置進行測定，得到裝煤試樣罐死空間V_煤死；

步驟4、在圓錐形筒中安裝瞬時測力器，檢查系統(tǒng)確保連接的可靠，將恒溫水浴調(diào)整到預(yù)定值30℃；

步驟5、高速攝像機的安裝與調(diào)試：按照設(shè)定的實驗?zāi)康暮蛯嶒瀳鼍胺胖媚繕宋铮瑫r根據(jù)光線強弱對圖像采集的攝像機進行曝光和增益的調(diào)整，以達到實驗的目標；

步驟6、打開第一管路控制閥門與氣體減壓閥進行充氣，將通過第一管路控制閥門向裝煤樣試樣罐以1mL/min的速率充入CH₄高壓氣源，使裝煤試樣罐中的煤粉處于吸附平衡狀態(tài)，當試樣罐中瓦斯壓力達到一定值時，自動控制壓力閥門打開瞬間，突出的煤與瓦斯氣體經(jīng)過連接在試樣罐一端的帶有刻度的圓錐筒管釋放出來；

步驟7、采用高速攝像機視覺成像技術(shù)多角度地將熒光煤的碰撞角度α、瓦斯各個突出氣體體積Q信息的采集，全面準確記錄煤與瓦斯突出發(fā)展過程中的運移情況；

步驟8、采集裝煤試樣罐中的氣體量Q與時間t的數(shù)據(jù)傳送到計算機信息采集裝置中，然后做出Q-t圖；采集各時刻的瞬時測力器上的力值F；

步驟9. 整理實驗記錄，根據(jù)實際氣體狀態(tài)方程PV=nRTZ，分析計算數(shù)據(jù)；根據(jù)熒光煤的碰撞角度α及碰撞后的路徑分析計算出突出瞬間的力值F₀ 及突出時的角度α₀ =α；

步驟10.將試樣罐中的煤樣替換為與煤樣具有相同的密度、粒徑大小，但無吸附性的巖樣樣品，使裝巖樣樣品的試樣罐的死空間滿足V_巖死=V_煤死，重復(fù)上述步驟。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的煤與瓦斯突出的檢測方法，其特征在于：所述的熒光煤，通過熒光染料對粒徑在0.2-0.25mm之間的煤進行染色，染色后可使煤呈現(xiàn)出顏色，便于高速攝像機信息收集，且不改變煤的其他性質(zhì)。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的煤與瓦斯突出的檢測方法，其特征在于：所述煤樣死空間測定裝置包括U型管、裝煤試樣罐和甲烷高壓氣源，甲烷高壓氣源出口設(shè)有第一管路控制閥門，裝煤試樣罐與真空泵連接的管道上設(shè)有第二管路控制閥門，裝煤試樣罐和甲烷高壓氣源連通且連通管道上設(shè)有減壓閥；U型管由底部連通的第一直管和第二直管組成，通過調(diào)節(jié)第一直管和第二直管的相對高度來調(diào)節(jié)U型管內(nèi)液面的高度；第一直管和第二直管底部的連通管上設(shè)有第四管路控制閥門，裝煤試樣罐與U型管的第二直管連接且通過第三管路控制閥門控制其開閉；

煤樣死空間測定方法為：

①首先在U型管內(nèi)通過排水法收集200ml的氦氣，量筒中裝有紅色液體，液體上方為收集的氦氣；

②打開真空泵對裝煤試樣罐進行脫氣，脫氣完畢后裝煤試樣罐中處于負壓狀態(tài)，關(guān)閉第二管路控制閥門；

③打開U型管的第三、第四管路控制閥門，此時試樣罐中為負壓，量筒中的氦氣在負壓作用下會進入到試樣罐中，認為氦氣占據(jù)了試樣罐的死空間，調(diào)節(jié)U型管第一直管和第二直管的相對位置，使得在進氦氣的過程中U形管兩端液面時刻保持持平，設(shè)液面終止高度為V_終，則進入試樣罐中氦氣體積就是200-V_終；

④當量筒內(nèi)的氦氣不再進入試樣罐時，調(diào)整U型管的高度使U型管第一直管和第二直管左右液面高度一致，關(guān)閉U型管第三、第四管路控制閥門，讀取U型管內(nèi)液面終止所在高度，可得到進入試樣罐中的氦氣的體積，即為裝煤試樣罐死空間V_煤死。