[發明專利]一種多功能煤與瓦斯突出物理模擬裝置

有效

• 申請號: 202110275416.4
• 申請日: 2021-03-15
• 公開（公告）號: CN113030429B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 張超林;王恩元;周西方;王奕博;李忠輝;張奇明;王冬明;張昕
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01N33/22
• 分類號: G01N33/22;G01N15/08;G01N15/02;G01D21/02
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 李悅聲

1.一種多功能煤與瓦斯突出物理模擬裝置，其特征在于：它包括旋轉機構，旋轉機構包括旋轉底座（2），以及設置在旋轉底座（2）上的旋轉框架（1），旋轉框架（1）內設有試驗腔體（9），試驗腔體（9）上設有應力加載系統；

所述旋轉框架（1）包括前后設置的頂板（6）和底板（3），頂板（6）和底板（3）的四角之間設有四根立柱（11）從而構成籠式結構，頂板（6）和底板（3）通過四根立柱（11）固定并提供反力；

所述旋轉底座（2）兩端分別設有兩組支撐柱，旋轉底座（2）上設有旋轉軸座（4），其中旋轉框架（1）的底板（3）的一側與旋轉軸座（4）之間通過旋轉軸（5）活動連接，裝煤樣成型通過旋轉軸座（4）和旋轉軸（5）將試驗腔體（9）旋轉至豎直狀態，測試滲透率時將試驗腔體（9）旋轉至水平狀，旋轉底座（2）一端的支撐柱與水平設置的旋轉框架（1）的頂板（6）位置匹配，使旋轉框架（1）與旋轉底座（2）水平設置，旋轉底座（2）另一端的支撐柱與底板（3）位置匹配，使旋轉框架（1）與旋轉底座（2）垂直設置；旋轉底座（2）中段設有橫梁（7），橫梁（7）與頂板（6）之間設有旋轉油缸（8）；

所述試驗腔體（9）為兩端設有法蘭的圓筒結構，試驗腔體（9）設置在頂板（6）和底板（3）之間，試驗腔體（9）的底端面通過法蘭與底板（3）固定,試驗腔體（9）的頂端面法蘭上設有抱環（13），抱環（13）外側設有箍環（17），試驗腔體（9）內設有加載壓盤（14），抱環（13）與試驗腔體（9）的內壁之間設有密封圈（16b）且通過箍環（17）固定于試驗腔體（9）端面的法蘭上，加載壓盤（14）上設有用于測量透過流量的透氣小孔（18）；試驗腔體（9）的上半部分外側設有設置有進氣口（19），進氣口（19）上設有進氣閥門（25a），試驗腔體（9）的中部外側設有傳感器接口A（20a），試驗腔體（9）的底部設有氣體滲流板（21），氣體滲流板（21）上開有多個滲流槽（22），氣體滲流板（21）與底板（3）接觸，且底板（3）在與氣體滲流板（21）接觸區域的圓心處開有通孔，通孔中通過突出口擋板（23）密封設置有出氣口（24），出氣口（24）上設有出氣閥門（25b）；在試驗腔體（9）內加載壓盤（14）與氣體滲流板（21）之間設有煤樣，其中煤樣充填部分試驗腔體（9）空間，水平設置時煤樣只占試驗腔體（9）下部一部分，上部空間充填瓦斯氣體；

所述應力加載系統包括應力加載油缸（10），應力加載油缸（10）設置在旋轉框架（1）的頂板（6）外側，應力加載油缸（10）與設置在試驗腔體（9）內的加載壓盤（14）之間設有加載壓桿（12），加載壓桿（12）與抱環（13）之間設有導向帶（15）和密封圈（16a）；

拆除突出口擋板（23）和出氣口（24）后底板（3）露出通孔，在底板（3）通孔外側設置誘突結構（26），所述誘突結構（26）包括筒狀結構，筒狀結構內先后間隔設有一級爆破片（27a）和二級爆破片（27b），一級爆破片（27a）和二級爆破片（27b）之間的筒狀結構側壁上設有氣壓控制接口（28），氣壓控制接口（28）上設有控制閥門（25c）；一級爆破片（27a）和二級爆破片（27b）分別連接測控系統，測控系統包括采集板和計算機，能夠控制一級爆破片（27a）和二級爆破片（27b）內部壓力實現精準起爆誘突，同時能實時采集試驗腔體（9）內煤試樣以及突出巷道（29）的應力、瓦斯壓力、溫度、聲發射、電磁輻射、煤粉沖擊力參數，實現突出煤粉流動過程可視化。

2.根據權利要求1所述的多功能煤與瓦斯突出物理模擬裝置，其特征在于：誘突結構（26）的二級爆破片（27b）尾端連接有突出巷道（29），突出巷道（29）為透明材料構成且側壁設有傳感器接口B（20b）。

3.根據權利要求2所述的多功能煤與瓦斯突出物理模擬裝置，其特征在于：突出巷道（29）尾端連接有除塵系統，除塵系統包括煤粉收集箱（30）和過濾袋（32），煤粉收集箱（30）內分別設有一級篩網（31a）和二級篩網（31b），一級篩網（31a）和二級篩網（31b）既可以對不同粒度顆粒進行過濾，同時又不影響氣體流動狀態，過濾袋（32）進一步對一級篩網（31a）和二級篩網（31b）無法過濾掉的小顆粒進行回收，避免突出煤體污染環境且難以完全收集，并用以分析突出煤粉的破碎及粒度分布特征從而研究煤-瓦斯兩相流的沖擊破壞動力效應。

4. 根據權利要求1所述的多功能煤與瓦斯突出物理模擬裝置，其特征在于：突出腔體（9）通過旋轉軸座（4）和旋轉軸（5）過0-90度之間調整模擬不同煤層傾角；試驗腔體（9）的腔體長700 mm，內徑200 mm，可一次成型避免煤樣分層，成型后煤樣距試件腔體頂端的空間用以模擬瓦斯源，且煤樣厚度及瓦斯源體積可根據試驗需求調整。