[發明專利]一種用于突出煤粒爆破壞的實驗裝置

有效

• 申請號: 201711239971.1
• 申請日: 2017-11-30
• 公開（公告）號: CN107727827B
• 公開（公告）日: 2020-04-24
• 發明（設計）人: 高玉坤;陳立;李曉彤;王晶晶;張英華;黃志安;王輝
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: G01N33/22
• 分類號: G01N33/22
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發明提供一種用于突出煤粒爆破壞的實驗裝置，屬于煤礦開采技術領域。該裝置包括粒爆主體系統、數據采集系統和連鎖控制系統，粒爆主體系統包括粒爆室、泄壓系統、充氣系統、抽氣系統、安全防護系統，數據采集系統包括高速攝像機、記錄儀、導線、傳感器、端子板，連鎖控制系統包括泄壓球閥、電磁控制閥、繼電器。該裝置能夠在進行實驗的同時利用記錄儀、導線、傳感器等裝置，采集粒爆室內的氣體壓力和溫度變化，以及煤體在吸附瓦斯和粒爆過程中的溫度、變形量和電阻率等參數，記錄煤體各個參數隨時間的變化曲線。對礦井瓦斯爆炸、煤與瓦斯突出等事故的防治以及煤層氣高效開發與利用具有重要意義。

技術領域

本發明涉及煤礦開采技術領域，特別是指一種用于突出煤粒爆破壞的實驗裝置。

背景技術

煤與瓦斯突出是一種復雜的礦井瓦斯動力現象，也是一種非常嚴重而又比較普遍的威脅煤礦安全生產的自然災害。煤與瓦斯突出在一瞬間向采掘工作面空間噴出巨量煤與瓦斯流，不僅嚴重地摧毀巷道設施，毀壞通風系統，而且使附近區域的井全部充滿瓦斯與煤粉，造成瓦斯窒息或煤流埋人，甚至會造成煤塵和瓦斯爆炸等嚴重后果。對瓦斯含量和瓦斯壓力大的突出煤層，開采時極易發生煤與瓦斯突出事故。

粒爆破壞是煤與瓦斯突出過程中的一個重要階段。在以瓦斯壓力為主導的煤與瓦斯突出的過程中，由于外部的突然泄壓，煤體在瓦斯壓力作用下，由內到外發生撕裂破壞，類似連鎖式的物理爆炸現象，即“粒爆”連鎖效應。“粒爆”效應的發生，使原始煤體孔隙結構、孔表面性能和形狀等發生改變，進而影響了瓦斯的放散能力及規律，改變了煤的瓦斯放散初速度。

袁亮院士、姜海納博士經過研究提出大量的煤粉是促使大型煤與瓦斯突出的主要影響因素。煤粒爆過程中會產生大量不同粒徑的煤粒，其中包括極小粒徑的煤粒。在粒爆破壞后，所產生極小粒徑的煤粒，使煤孔隙裂隙中的瓦斯能夠瞬間解吸，產生大量的瓦斯氣體，增大了煤與瓦斯突出的外部動力，提高了瓦斯放散初速度，極易誘導煤與瓦斯突出。瓦斯放散能力越強，瓦斯涌出量和瓦斯放散初度越大。而瓦斯放散初速度是衡量煤與瓦斯突出危險性的一個重要參考指標。

因此，弄清煤的粒爆破壞，對于煤與瓦斯突出機理研究具有推動作用，對預測煤與瓦斯突出具有重要意義。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種用于突出煤粒爆破壞的實驗裝置，研究突出煤體在飽和吸附條件下，外部突然泄壓時，煤的粒爆破壞及其對瓦斯放散規律的影響。

該裝置包括粒爆主體系統、數據采集系統和連鎖控制系統，粒爆主體系統包括粒爆室、泄壓系統、充氣系統、抽氣系統、安全防護系統，數據采集系統包括高速攝像機、記錄儀、導線、傳感器、端子板，連鎖控制系統包括泄壓球閥、電磁控制閥、繼電器；安全防護系統位于該裝置底部，粒爆室位于安全防護系統上部，粒爆室分別和泄壓系統、充氣系統、抽氣系統、端子板相連，粒爆室外部設有法蘭盤，法蘭盤通過螺栓固定；充氣系統和抽氣系統位于泄壓系統上方，端子板設在法蘭盤上方；泄壓球閥、電磁控制閥、繼電器均與高速攝像機、記錄儀、導線相連，導線與記錄儀相連，繼電器控制電磁控制閥，泄壓球閥位于該裝置上部；傳感器位于粒爆室內部上方。

其中，安全防護系統與泄壓系統相連；安全防護系統包括底座固定系統和安全防護罩兩部分，在固定裝置上打眼，利用螺絲和壓板將底座固定系統固定，安全防護罩設置于泄壓系統處，防止突然泄壓時氣流的攜帶煤粒等飛出。

粒爆室由有機玻璃制成，內徑為80-120mm，能夠承受10MPa的氣體壓力，同時具有可視化功能。

泄壓系統采用電磁放氣閥，其體積小，操作簡單，開啟快，泄壓速度極快，可在毫秒數量級內完成泄壓，可以和高速攝像機進行連鎖控制。

充氣系統配備CO₂氣體高壓氣瓶和高壓輸氣管路，通過高壓球閥與粒爆室相連，向粒爆室中充氣；抽氣系統和充氣系統集成設計在一起。