煤體破壞過程中瓦斯異常解吸特性試驗(yàn)裝置與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于瓦斯解吸模擬試驗(yàn)裝置技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種煤體破壞過程中瓦斯異常解吸特性試驗(yàn)裝置與方法。
【背景技術(shù)】
[0002]煤與瓦斯突出是由地應(yīng)力、瓦斯壓力、煤體結(jié)構(gòu)綜合作用的，嚴(yán)重威脅煤礦安全生產(chǎn)的礦井瓦斯動(dòng)力現(xiàn)象。煤與瓦斯突出過程中，煤體裂隙擴(kuò)展、被剝離破碎拋向采掘空間。對(duì)瓦斯突出發(fā)展的內(nèi)在機(jī)制的研究，為防治煤與瓦斯突出奠定理論基礎(chǔ)。煤的瓦斯解吸規(guī)律可以反映煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性，影響煤的瓦斯解吸特性的因素主要有煤體吸附瓦斯性能，煤體吸附瓦斯壓力，煤體破壞類型和粒度，煤體水分含量和溫度等。
[0003]目前有關(guān)研究煤體破壞過程中瓦斯異常解吸特性的試驗(yàn)裝置不多，國(guó)內(nèi)已公開的專利文獻(xiàn)CN201210288691.0公開了一種煤礦井下快速測(cè)定采掘工作面殘余瓦斯參數(shù)的裝置及方法；已公開的專利文獻(xiàn)CN201420315408.3公開了一種旋轉(zhuǎn)擾動(dòng)飽含瓦斯煤體的試驗(yàn)裝置，這套裝置采用旋轉(zhuǎn)方式擾動(dòng)飽含瓦斯煤體，觀察外力擾動(dòng)下瓦斯壓力變化，但是不能用來研究不同粒度條件下對(duì)煤體瓦斯解吸的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、試驗(yàn)操作簡(jiǎn)便、試驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，能夠?qū)⒚簶臃鬯槌刹煌６?，測(cè)量煤樣在不同粒度下的瓦斯解吸量和解吸速率的煤體破壞過程中瓦斯異常解吸特性試驗(yàn)裝置。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:煤體破壞過程中瓦斯異常解吸特性試驗(yàn)裝置，包括傳動(dòng)裝置、粉碎裝置、氣壓裝置、瓦斯解吸測(cè)量裝置和電控裝置；傳動(dòng)裝置包括調(diào)速器和驅(qū)動(dòng)電機(jī)，調(diào)速器與驅(qū)動(dòng)電機(jī)相連接，驅(qū)動(dòng)電機(jī)主軸上設(shè)有主動(dòng)帶輪；粉碎裝置包括煤樣罐和位于煤樣罐內(nèi)部的葉輪，煤樣罐底部設(shè)有固定座，固定座內(nèi)插設(shè)有轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸上部位于煤樣罐內(nèi)部，轉(zhuǎn)軸下部位于煤樣罐外部，轉(zhuǎn)軸上部與葉輪通過鍵連接，轉(zhuǎn)軸下部套設(shè)有從動(dòng)帶輪，從動(dòng)帶輪與轉(zhuǎn)軸通過鍵連接，主動(dòng)帶輪與從動(dòng)帶輪之間通過皮帶傳動(dòng)連接；氣壓裝置包括氣壓表、三通閥門和截止閥，三通閥門的三個(gè)端口分別通過導(dǎo)氣管與氣壓表、煤樣罐和截止閥相連通；瓦斯解吸測(cè)量裝置包括若干并聯(lián)在一起的氣體質(zhì)量流量計(jì)，各氣體質(zhì)量流量計(jì)的量程互不相同，瓦斯解吸測(cè)量裝置通過導(dǎo)氣管與截止閥連通；電控裝置與瓦斯解吸測(cè)量裝置連接。
[0006]瓦斯解吸測(cè)量裝置包括5個(gè)氣體質(zhì)量流量計(jì)，氣體質(zhì)量流量計(jì)的量程分別為:0-100ml/min、0-200ml/min、0-500ml/min、0-1000ml/min、0-5000ml/min。
[0007]電控裝置采用計(jì)算機(jī)或單片機(jī)或PLC或集成電路。
[0008]轉(zhuǎn)軸與固定座之間的連接處設(shè)有密封環(huán)。
[0009]本發(fā)明的目的還在于提供一種使用上述煤體破壞過程中瓦斯異常解吸特性試驗(yàn)裝置的試驗(yàn)方法，通過將煤樣破碎成不同粒度的煤顆粒，模擬煤與瓦斯突出過程中對(duì)煤體的粉化過程，并測(cè)量煤樣在不同粒度下的瓦斯解吸量和解吸速率，試驗(yàn)研究煤與瓦斯突出過程中的瓦斯異常解吸規(guī)律，為煤礦瓦斯災(zāi)害治理提供依據(jù)。
[0010]為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的煤體破壞過程中瓦斯異常解吸特性試驗(yàn)裝置的試驗(yàn)方法依次包括如下步驟:
(1)試驗(yàn)前準(zhǔn)備
在井下采掘工作面上鉆取若干塊狀新鮮煤樣，迅速將所取塊狀煤樣進(jìn)行嚴(yán)密封裝后送至地面實(shí)驗(yàn)室；
(2)組裝試驗(yàn)裝置與氣密性檢測(cè)
稱取定量塊狀煤樣放入煤樣罐內(nèi)的葉輪上，將從動(dòng)帶輪與主動(dòng)帶輪通過皮帶傳動(dòng)連接，將煤樣罐、壓力表、截止閥分別通過導(dǎo)氣管與三通閥門的三個(gè)端口連通，截止閥通過導(dǎo)氣管與瓦斯解吸測(cè)量裝置連通，電控裝置與瓦斯解吸測(cè)量裝置連接，檢測(cè)試驗(yàn)裝置的氣密性，確保試驗(yàn)裝置的氣密性良好，關(guān)閉截止閥，打開三通閥門，觀察氣壓表的變化，并做好相應(yīng)記錄;
(3)瓦斯解吸試驗(yàn)
打開截止閥，開始解吸試驗(yàn)，同時(shí)啟動(dòng)電控裝置，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并記錄瓦斯解吸數(shù)據(jù)，當(dāng)氣壓表的讀數(shù)為零時(shí)，啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，調(diào)節(jié)調(diào)速器，使驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速介于500-1000r/min之間，主動(dòng)帶輪通過皮帶傳動(dòng)帶動(dòng)從動(dòng)帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，將煤樣罐內(nèi)的塊狀煤樣粉碎成粒度較小的煤塊，試驗(yàn)人員控制電控裝置首先選取0-5000ml/min量程的氣體質(zhì)量流量計(jì)，待電控裝置監(jiān)測(cè)到瓦斯解吸量后，根據(jù)監(jiān)測(cè)到的瓦斯解吸量，控制電控裝置選擇合適量程的氣體質(zhì)量流量計(jì)，在瓦斯解吸試驗(yàn)過程中，電控裝置記錄下瓦斯解吸量及瓦斯解吸速率，直到煤樣中不再有瓦斯解吸出來，瓦斯經(jīng)氣體質(zhì)量流量計(jì)后通過導(dǎo)氣管排放到空氣中；
(4)更換煤樣
將煤樣罐內(nèi)粉碎后的煤樣清理干凈，重復(fù)上述(2)- (3)步驟，在第(3)步驟中調(diào)節(jié)調(diào)速器，使驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速介于1000-2000r/min之間；待第(3)步驟結(jié)束后，再次將煤樣罐內(nèi)粉碎后的煤樣清理干凈，重復(fù)上述(2)- (3)步驟，在第(3)步驟中調(diào)節(jié)調(diào)速器，使驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速介于1000-2000r/min之間；
(5)試驗(yàn)結(jié)束整理數(shù)據(jù)
導(dǎo)出瓦斯解吸試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)比驅(qū)動(dòng)電機(jī)分別在500-1000r/min、1000-2000r/min和2000-3000r/min轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的瓦斯解吸量和瓦斯解吸速率。
[0011]采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
1、本發(fā)明包括傳動(dòng)裝置、粉碎裝置、氣壓裝置、瓦斯解吸測(cè)量裝置和電控裝置，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以測(cè)定不同粒度下的瓦斯解吸量和解吸速率，粉碎裝置將塊狀煤樣破碎成不同粒度的煤顆粒，模擬煤與瓦斯突出過程中煤的粉化過程，煤樣罐為密閉結(jié)構(gòu)，煤樣罐內(nèi)葉輪下端與固定座之間設(shè)有密封環(huán)，確保煤樣罐的密封性，傳動(dòng)裝置中的調(diào)速器可以改變驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使得驅(qū)動(dòng)電機(jī)分別在低轉(zhuǎn)速、中轉(zhuǎn)速和高轉(zhuǎn)速下將煤樣粉碎為不同粒度，模擬煤與瓦斯突出過程中對(duì)煤體的粉化過程，通過瓦斯解吸測(cè)量裝置測(cè)定瓦斯解吸量和瓦斯解吸速率，氣壓裝置可以監(jiān)測(cè)顯示煤樣罐中的瓦斯壓力，從而研究煤與瓦斯突出過程中煤體被粉碎為不同粒徑條件下的瓦斯異常解吸規(guī)律。
[0012]2、本發(fā)明的瓦斯解吸測(cè)量裝置包括采用5個(gè)不同量程的氣體質(zhì)量流量計(jì)，小量程用于監(jiān)測(cè)瓦斯解吸量小的情況，大量程用于監(jiān)測(cè)瓦斯解吸量大的情況，測(cè)量方便，并且配合電控裝置，可以實(shí)時(shí)顯示瓦斯解吸流量和瓦斯解吸速率，根據(jù)瓦斯流量的變化，試驗(yàn)人員可以選擇合適的量程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集和保存，數(shù)據(jù)采集精確快捷，避免了人工讀取所存在的誤差，提高了試驗(yàn)的準(zhǔn)確率，節(jié)省了數(shù)據(jù)處理時(shí)間，便于科研人員更好地分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
[0013]3、利用本發(fā)明中的試驗(yàn)方法，可以進(jìn)行以下各種試驗(yàn):
(1)煤體鉆肩現(xiàn)場(chǎng)瓦斯解吸規(guī)律試驗(yàn)；
(2)煤體破碎過程中瓦斯異常解吸規(guī)律試驗(yàn)；
(3)煤體破碎過程中的瓦斯壓力異常規(guī)律試驗(yàn)。
[0014]4、本發(fā)明的煤體破壞過程中瓦斯異常解吸特性試驗(yàn)裝置的試驗(yàn)方法，采用粉碎裝置對(duì)煤樣進(jìn)行粉碎，并通過調(diào)節(jié)傳動(dòng)裝置中的調(diào)速器，使驅(qū)動(dòng)電機(jī)分別在低轉(zhuǎn)速、中轉(zhuǎn)速和高轉(zhuǎn)速下將煤樣粉碎為不同粒度，模擬煤與瓦斯突出過程中對(duì)煤體的粉化過程，從而得到各種不同轉(zhuǎn)速(包括零轉(zhuǎn)速)條件下的瓦斯解吸量和瓦斯解吸速率，研究煤與瓦斯突出過程中煤體被粉化條件下(轉(zhuǎn)速越高，煤樣被粉碎后的粒徑越小)瓦斯異常解吸規(guī)律，從而指導(dǎo)相應(yīng)的煤礦工程實(shí)踐，采取更有針對(duì)性的預(yù)防及防護(hù)措施，對(duì)于煤礦安全生產(chǎn)具有重要意義。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]如圖1所示，本發(fā)明的煤體破壞過程中瓦斯異常解吸特性試驗(yàn)裝置，包括傳動(dòng)裝置、粉碎裝置、氣壓裝置、瓦斯解吸測(cè)量裝置和電控裝置14 ;傳動(dòng)裝置包括調(diào)速器1和驅(qū)動(dòng)電機(jī)2，調(diào)速器1與驅(qū)動(dòng)電機(jī)2相連接，驅(qū)動(dòng)電機(jī)2主軸上設(shè)有主動(dòng)帶輪3 ;粉碎裝置包括煤樣罐4和位于煤樣罐4內(nèi)部的葉輪5，煤樣罐4底部設(shè)有固定座6，固定座6內(nèi)插設(shè)有轉(zhuǎn)軸7，轉(zhuǎn)軸7上部位于煤樣罐4內(nèi)部，轉(zhuǎn)軸7下部位于煤樣罐4外部，轉(zhuǎn)軸7上部與葉輪5通過鍵連接，轉(zhuǎn)軸7下部套設(shè)有從動(dòng)帶輪8，從動(dòng)帶輪8與轉(zhuǎn)軸7通過鍵連接，主動(dòng)帶輪3與從動(dòng)帶輪8之間通過皮帶9傳動(dòng)連接；氣壓裝置包括氣壓表10、三通閥門11和截止閥12，三通閥門11的三個(gè)端口分別通過導(dǎo)氣管15與氣壓表10、煤樣罐4和截止閥12相連通；瓦斯解吸測(cè)量裝置16包括若干(優(yōu)選5個(gè))并聯(lián)在一起的氣體質(zhì)量流量計(jì)13，各氣