專利名稱：適用于模型試驗的煤體瓦斯氣體面式充填裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種瓦斯試驗裝置，尤其是一種高瓦斯賦存礦井煤與瓦斯突出模型試驗的煤體瓦斯氣體面式充填裝置。
背景技術(shù)：
煤與瓦斯突出是嚴(yán)重威脅煤礦井下安全的一種非常嚴(yán)重的自然災(zāi)害。隨著我國煤礦開采深度的增加，煤與瓦斯突出形勢更加嚴(yán)峻，相應(yīng)的研究其規(guī)律的大型模型試驗也在大量的進行。而煤與瓦斯突出模型試驗成功的關(guān)鍵因素之一就是瓦斯氣體的充填。在國外，前蘇聯(lián)在20世紀(jì)50年代就進行了一維突出模擬實驗并研制了相應(yīng)的試驗裝置，試驗表明只有在很大瓦斯壓力梯度下(每一厘米瓦斯壓力下降幾個兆帕)煤才有可能被破碎和拋出。隨后20世紀(jì)60年代，日本學(xué)者氏平增之在實驗室也進行瓦斯拋射煤粒試驗，利用二氧化碳的結(jié)晶冰、松香、水泥、煤粒制作了多孔介質(zhì)模型用于模擬突出，試驗在多孔介質(zhì)孔隙瓦斯壓力下引起材料的破碎和拋出，最后發(fā)展為類似前蘇聯(lián)的綜合考慮地層應(yīng)力和瓦斯壓力的突出模擬試驗。在國內(nèi)，20世紀(jì)80年代初，煤炭科學(xué)院撫順分院王佑安通過現(xiàn)場采集煤樣，在實驗室成型，模擬IV、V類突出危險煤，開展了煤與瓦斯突出一維模擬試驗研究，得出了一維條件下突出強度同垂直應(yīng)力、瓦斯壓力之間的定量關(guān)系。1996年，中科院力學(xué)所孟祥躍等人開發(fā)了既能改變地應(yīng)力又能改變瓦斯壓力的二維煤與瓦斯突出試驗裝置。2000年，中國礦業(yè)大學(xué)郭立穩(wěn)、俞啟香、蔣承琳通過開發(fā)的煤與瓦斯突出裝置研究了突出過程中的溫度變化，認(rèn)為在煤與瓦斯突出過程中，煤體溫度的升高是由地應(yīng)力破碎煤體使彈性能釋放造成的，而溫度降低則是由于瓦斯氣體解吸和膨脹造成的，其變化是先升高后降低并連續(xù)變化的。2000年，焦作工學(xué)院牛國慶、顏愛華、劉明舉等也設(shè)計了煤與瓦斯突出裝置，用來考察煤與瓦斯突出過程中的溫度變化，研究結(jié)果認(rèn)為在煤與瓦斯突出過程中，瓦斯的膨脹做功過程并非絕熱過程，而是一個接近于等溫過程的多變過程。隨后在2004年，焦作工學(xué)院蔡成功等又按照相似理論設(shè)計了三維煤與瓦斯突出模擬試驗裝置。試驗?zāi)M了不同煤型強度、三向應(yīng)力、瓦斯壓力條件下的煤與瓦斯突出過程。2008年，申請?zhí)枮?00810069276. X的中國專利公開了一種煤與瓦斯突出模擬試驗臺，該發(fā)明通過多組液壓千斤頂向煤樣軸向施壓，通過充氣口向煤樣內(nèi)充瓦斯；裝置突出口通過快速釋放機構(gòu)實施機械化自動控制。充氣采用泡沫金屬板，利用泡沫金屬的透氣性，實現(xiàn)“面充氣”。申請?zhí)枮?00810233048. I的中國專利公開了一種煤與瓦斯突出模具，該模具底板的上表面開設(shè)有矩形沉槽，沉槽上嵌設(shè)過濾網(wǎng)，過濾網(wǎng)也采用泡沫金屬實現(xiàn)“面充氣”。泡沫金屬孔隙含量高，孔隙直徑可達至毫米級，但相對于幾百目的煤粉來說，孔隙還是偏大了，而且泡沫金屬在市場上不易購買。另外，氣體充填不是獨立的裝置，是和整個試驗臺聯(lián)在一體的。2011年，申請?zhí)枮?01120016771. I的中國專利公開了一種煤與瓦斯突出試驗?zāi)M裝置，包括煤樣室和氣壓加載設(shè)備，所述的煤樣室中設(shè)置有至少一個用于放置煤樣的煤樣型腔，氣壓加載設(shè)備包括瓦斯氣瓶連接的加壓氣體通道，加壓氣體通道與煤樣室中的煤樣型腔相連通。該裝置還是采用煤體瓦斯氣體的點式充填模式。以上試驗裝置雖在一定程度上加深了煤與瓦斯突出機理的研究進展，但或多或少的存在以下缺點
I)目前，煤與瓦斯突出模型試驗的氣體加載設(shè)備是通過加壓氣體通道與煤樣室中的煤樣型腔相連通，進氣源大多為“點充氣”，這種瓦斯氣體充填方式造成了充氣不均勻、充氣速度慢，充氣過程中容易形成氣體堆積，增加局部氣體壓力，嚴(yán)重影響試驗效果。2)泡沫金屬作為透氣面板，相對于幾百目的煤粉來說，孔隙偏大，且成本較高，不易購買，因而這種“面充氣”方式不易廣泛應(yīng)用。 3)在抽氣過程中，目前的氣體加載方式容易吸出固體顆粒，在模型內(nèi)形成大的空腔，破壞模型的整體性，采用泡沫金屬容易堵塞孔隙，從而影響試驗效果。4)目前還沒有獨立的適用于模型試驗的煤體瓦斯氣體面式充填裝置，氣體面式充填裝置沒有實現(xiàn)模塊化設(shè)計，不能根據(jù)實際情況和試驗要求進行調(diào)整，不利于維修。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種模塊化設(shè)計，能夠快速、均勻、穩(wěn)定的對大型煤體模型進行瓦斯充填的適用于模型試驗的煤體瓦斯氣體面式充填裝置。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案
一種適用于模型試驗的煤體瓦斯氣體面式充填裝置，包括充氣面板，充氣面板一端與充氣管道相連，充氣管道上設(shè)有充氣開關(guān)，所述充氣面板包括面板，面板上設(shè)有縱橫交叉連通的導(dǎo)氣槽，導(dǎo)氣槽通過面板端部的充氣通道與充氣管道連通；所述面板上面依次設(shè)有下層篩板、鋼絲網(wǎng)和上層篩板，所述下層篩板、鋼絲網(wǎng)、上層篩板和面板的邊緣連接處通過橡膠密封條密封，并在最上部的上層篩板邊緣設(shè)置固定壓條，固定壓條通過螺栓將下層篩板、鋼絲網(wǎng)、上層篩板固定在面板上。所述鋼絲網(wǎng)是由超細(xì)韌高強鋼絲編織而成的柔軟1000目以上的超密鋼絲網(wǎng)。所述上層篩板和下層篩板均為其上密布規(guī)則排列圓型通孔的高強薄鋼板。裝配時，面板上表面依次鋪設(shè)下層篩板、1000目以上鋼絲網(wǎng)和上層篩板，用橡膠密封條把面板、下層篩板、1000目以上鋼絲網(wǎng)和上層篩板相接處的四周密封住，然后在橡膠密封條上部鋪上固定壓條通過螺栓緊密連接在一起組成。充氣管道通過面板側(cè)面上的充氣通道與其連接。面板的尺寸可根據(jù)試驗煤體的尺寸進行靈活調(diào)整。本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用在煤與瓦斯突出的模型試驗中。本發(fā)明在使用時，根據(jù)試驗?zāi)Ｐ统涮蠲后w的尺寸和具體位置，將氣體面式充填裝置固定或放置在煤層的底部或四周，通過密封反力模型裝置的高壓氣體充填管道連接面式充填裝置的氣體進口法蘭。煤體瓦斯氣體面式充填裝置使用時需配有高壓瓦斯氣體智能飼服充填控制系統(tǒng)，二者通過高壓氣體充填管道連接。試驗時，高壓瓦斯氣體智能飼服充填控制系統(tǒng)首先形成負(fù)壓，通過高壓氣體充填管道將試驗煤體中的空體通過打開的充氣開關(guān)由面式充填裝置抽出，使試驗?zāi)Ｐ兔后w中形成真空；然后設(shè)定氣體充填的壓力和流量參數(shù)，瓦斯氣體通過打開的充氣開關(guān)充入煤體瓦斯氣體面式充填裝置，試驗?zāi)Ｐ兔后w中埋設(shè)氣體壓力及濃度傳感器，當(dāng)煤體中瓦斯參數(shù)達到設(shè)定值時，最終完成為試驗?zāi)Ｐ兔后w充瓦斯氣體。煤與瓦斯突出過程中保持煤體中瓦斯參數(shù)不變。本發(fā)明與國內(nèi)外現(xiàn)有煤與瓦斯突出模型試驗的氣體加載設(shè)備相比具有如下顯著的技術(shù)優(yōu)勢
(I)該發(fā)明裝置可以對試驗煤層進行大面積均勻、快速瓦斯充填，解決了目前國內(nèi)外氣體加載設(shè)備充氣周期長的缺點。(2)該發(fā)明裝置鋪設(shè)了兩層鋼篩和一層1000目的鋼絲網(wǎng)，四周采用橡膠密封條和固定壓條固定，具有良好的氣體通透性和邊界約束性，抽氣過程中能夠過濾細(xì)小的煤粉，不破壞模型，保證充填瓦斯氣體過程中不側(cè)漏氣。(3)試驗裝置設(shè)置了氣體開關(guān)，與氣體充填控制系統(tǒng)連接，保證了瓦斯氣體充填過程中的流量、壓力可調(diào)和安全性。(4)該發(fā)明試驗裝置結(jié)構(gòu)簡單，性能優(yōu)越，價格便宜，能根據(jù)試驗充氣面積要求加工，方便維修和更換?？蓮V泛應(yīng)用在煤與瓦斯突出模型試驗的瓦斯氣體充填中。應(yīng)用前景廣闊，經(jīng)濟效益顯著。


圖I是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的俯視圖。圖3是本發(fā)明的側(cè)視圖。圖4是本發(fā)明面板結(jié)構(gòu)示意圖。圖中I.下層篩板，2. 1000目鋼絲網(wǎng)，3.上層篩板，4.螺栓，5.固定壓條，6.橡膠密封條，7.面板，8.導(dǎo)氣槽，9.充氣管道，10.氣體進口法蘭，11.充氣開關(guān)，12.充氣通道。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。如圖I-圖4所示，充氣面板一端與充氣管道9相連，充氣管道9上設(shè)有充氣開關(guān)11，充氣面板包括面板7，面板7上設(shè)有縱橫交叉連通的導(dǎo)氣槽8，導(dǎo)氣槽8通過面板端部的充氣通道12與充氣管道9連通；面板7上面依次設(shè)有下層篩板1、1000目鋼絲網(wǎng)和上層篩板3，下層篩板1、1000目鋼絲網(wǎng)2、上層篩板3和面板7的邊緣連接處通過橡膠密封條6密封，并在最上部的上層篩板3邊緣設(shè)置固定壓條5，固定壓條5通過螺栓4將下層篩板I、1000目鋼絲網(wǎng)2、上層篩板3固定在面板7上。安裝時，面板7上表面依次鋪設(shè)下層篩板I、1000目鋼絲網(wǎng)2和上層篩板3，用橡膠密封條6把面板7、下層篩板1、1000目鋼絲網(wǎng)2和上層篩板3相接處的四周密封住，然后在橡膠密封條6上部鋪上固定壓條5通過螺栓緊密連接在一起組成。充氣管道9通過面板7側(cè)面上的充氣通道12與其連接。面板7的尺寸面板的尺寸可根據(jù)試驗煤體的尺寸進行靈
活調(diào)整。上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內(nèi)。權(quán)利要求
1.一種適用于模型試驗的煤體瓦斯氣體面式充填裝置，包括充氣面板，充氣面板一端與充氣管道相連，充氣管道上設(shè)有充氣開關(guān)，其特征是，所述充氣面板包括面板，面板上設(shè)有縱橫交叉連通的導(dǎo)氣槽，導(dǎo)氣槽通過面板端部的充氣通道與充氣管道連通；所述面板上面依次設(shè)有下層篩板、鋼絲網(wǎng)和上層篩板，所述下層篩板、鋼絲網(wǎng)、上層篩板和面板的邊緣連接處通過橡膠密封條密封，并在最上部的上層篩板邊緣設(shè)置固定壓條，固定壓條通過螺栓將下層篩板、鋼絲網(wǎng)、上層篩板固定在面板上。
2.如權(quán)利要求I所述的裝置，其特征是，所述鋼絲網(wǎng)是由超細(xì)韌高強鋼絲編織而成的柔軟1000目鋼絲網(wǎng)。
3.如權(quán)利要求I或2所述的裝置，其特征是，所述上層篩板和下層篩板均為其上密布規(guī)則排列圓型通孔的高強薄鋼板。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種適用于模型試驗的煤體瓦斯氣體面式充填裝置，包括充氣面板，充氣面板一端與充氣管道相連，充氣管道上設(shè)有充氣開關(guān)，充氣面板包括面板，面板上設(shè)有縱橫交叉連通的導(dǎo)氣槽，導(dǎo)氣槽通過面板端部的充氣通道與充氣管道連通；面板上面依次設(shè)有下層篩板、鋼絲網(wǎng)和上層篩板，下層篩板、鋼絲網(wǎng)、上層篩板和面板的邊緣連接處通過橡膠密封條密封，層篩板邊緣設(shè)置固定壓條，通過螺栓將下層篩板、鋼絲網(wǎng)、上層篩板固定在面板上。本發(fā)明可對試驗煤層大面積均勻、快速瓦斯充填；具有良好的氣體通透性和邊界約束性，能夠過濾細(xì)小的煤粉，不破壞模型，不側(cè)邊漏氣；流量、壓力可調(diào)和安全性高；結(jié)構(gòu)簡單，性能優(yōu)，價格低，方便維修和更換。
文檔編號G01N33/00GK102735802SQ201210227229
公開日2012年10月17日 申請日期2012年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月3日
發(fā)明者余國鋒, 吳志堅, 張慶賀, 李建明, 李術(shù)才, 王漢鵬, 羅勇, 薛俊華, 袁亮 申請人:山東大學(xué), 淮南礦業(yè)(集團)有限責(zé)任公司