本發(fā)明涉及一種煤與瓦斯突出動(dòng)力致災(zāi)可視化物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

煤與瓦斯突出是煤礦事故中最為劇烈的一種礦山動(dòng)力災(zāi)害，其拋出的煤巖可直接導(dǎo)致井下作業(yè)人員的傷亡，或摧毀井下設(shè)施等事故；瞬時(shí)噴出的高壓瓦斯風(fēng)暴流能逆風(fēng)流前進(jìn)充滿幾十至上千米長(zhǎng)的巷道，甚至?xí)媪髡麄€(gè)礦井，可能造成井下工人窒息死亡，一旦遇上火源，還可能發(fā)生瓦斯爆炸、火災(zāi)，甚至引起煤塵爆炸等次生災(zāi)害，造成重大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。

為有效防治煤與瓦斯突出事故的發(fā)生，世界各國(guó)研究者經(jīng)過長(zhǎng)期大量的工作，提出了多種煤與瓦斯突出機(jī)理，基本上形成了一套防突技術(shù)和管理體系。但以目前的研究成果、技術(shù)管理手段尚不能完全杜絕煤與瓦斯突出災(zāi)害，煤與瓦斯突出事故仍時(shí)有發(fā)生。因此，對(duì)煤與瓦斯突出后煤-瓦斯兩相流致災(zāi)機(jī)理的研究就顯得尤為重要。但是，現(xiàn)有技術(shù)和設(shè)備無(wú)法直接大量獲取煤與瓦斯突出現(xiàn)場(chǎng)煤-瓦斯兩相流的運(yùn)移情況、煤與瓦斯突出沖擊波形成過程、對(duì)巷道中人員及設(shè)備的沖擊過程等方面相關(guān)資料，導(dǎo)致人們無(wú)法從根本上解釋煤與瓦斯突出致災(zāi)機(jī)理，也就不能應(yīng)用理論分析得出的結(jié)論對(duì)井下作業(yè)人員安全防護(hù)以及制定正確有效的災(zāi)后應(yīng)急救援預(yù)案等方面提供科學(xué)依據(jù)，更無(wú)法利用相關(guān)研究結(jié)論有效控制煤與瓦斯突出災(zāi)害。部分專家學(xué)者為此研發(fā)了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置，并進(jìn)行了相關(guān)研究?，F(xiàn)就主要設(shè)備進(jìn)行敘述：

1、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(2013年)—瓦斯-粉煤流沖擊動(dòng)力效應(yīng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)(胡維嘉.突出瓦斯—粉煤流沖擊動(dòng)力效應(yīng)的理論和實(shí)驗(yàn)研究[d].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京),2013.)。

主要由光源、反射鏡系統(tǒng)、刀口、照相系統(tǒng)、支座、試驗(yàn)段模擬巷道、充氣及減壓裝置、瓦斯-粉煤混合裝置等組成。其中模擬巷道長(zhǎng)2米，形狀為拱形，高20cm，寬20cm，拱半徑10cm，制作材料為有機(jī)玻璃。

該設(shè)備可為研究瓦斯-粉煤流沖擊障礙物、掘進(jìn)機(jī)、反向防突風(fēng)門的沖擊動(dòng)力效應(yīng)和瓦斯粉煤流流場(chǎng)的變化規(guī)律，以及觀測(cè)沖擊過程中的流場(chǎng)規(guī)律提供技術(shù)手段。

缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所提供的兩相流動(dòng)力設(shè)備僅來自于氣瓶，巷道僅為一直線段，與井下實(shí)際煤與瓦斯突出環(huán)境相去甚遠(yuǎn)。且無(wú)壓力、溫度等檢測(cè)數(shù)據(jù)。

2、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(2013)-突出煤粉瓦斯兩相流動(dòng)力測(cè)定實(shí)驗(yàn)裝置(cn201320879190.x)。

包括地應(yīng)力加載裝置、突出腔體，突出腔體連接有模擬巷道，模擬巷道中設(shè)有多個(gè)壓力傳感器和溫度傳感器及高速攝影裝置，壓力傳感器和溫度傳感器及高速攝影裝置分別與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接?？梢酝ㄟ^實(shí)驗(yàn)的方式得出突出煤粉瓦斯兩相流在不同類型巷道中傳播規(guī)律，從而為防突風(fēng)門的安裝位置、防突風(fēng)門需要達(dá)到的抗沖擊強(qiáng)度設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)單一無(wú)法模擬礦井網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，傳感器布設(shè)方式簡(jiǎn)單，無(wú)法對(duì)兩相流致災(zāi)機(jī)理開展深入研究。

3、黑龍江科技學(xué)院(2013)-一種煤與瓦斯突出試驗(yàn)裝置(cn201320342657.7)。

模擬巷道的一端與放煤口連接、另一端與緩沖沙箱連接，泄壓閥門安裝在模擬巷道的進(jìn)口處，防護(hù)板水平設(shè)置在煤樣室中，液壓缸上的活塞設(shè)置在煤樣室中，施力板設(shè)置在煤樣室中且位于活塞的下方，瓦斯氣壓瓶通過管路與煤樣室連通，前平衡氣缸和后平衡氣缸均設(shè)置在防護(hù)板與煤樣室的底面之間，前傾斜調(diào)節(jié)氣壓瓶通過管路與前平衡氣缸連通，后傾斜調(diào)節(jié)氣壓瓶通過管路與后平衡氣缸連通，壓力平衡氣瓶通過管路與平衡腔連通，電磁開關(guān)通過導(dǎo)線與泄壓閥門連接，攝像機(jī)設(shè)置在緩沖沙箱外且與模擬巷道的出口處正對(duì)。

缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)單一無(wú)法模擬礦井網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，傳感器布設(shè)方式簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)采集單一，無(wú)法對(duì)兩相流致災(zāi)機(jī)理進(jìn)行深入研究。

4、安徽理工大學(xué)(2015)-基于地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)的煤與瓦斯突出相似模擬試驗(yàn)方法(cn201510246157.7)。

該試驗(yàn)平臺(tái)包括試驗(yàn)箱體和反力架、液壓加載系統(tǒng)、密封系統(tǒng)、試驗(yàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；設(shè)計(jì)了線充氣和面充氣系統(tǒng)，用來模擬煤層的瓦斯賦存差異。同時(shí)，利用該試驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行了石門揭構(gòu)造軟煤的相似模擬試驗(yàn)，研究了石門揭構(gòu)造軟煤過程中煤巖應(yīng)力和位移的變化規(guī)律，以及煤與瓦斯突出過程中煤層內(nèi)瓦斯壓力和聲發(fā)射的變化規(guī)律。

缺點(diǎn)：主要針對(duì)煤與瓦斯突出過程煤層內(nèi)部參數(shù)演化特性研究而設(shè)計(jì)，巷道部分結(jié)構(gòu)及參數(shù)監(jiān)測(cè)較為單一。

5、中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司(2015)-煤與瓦斯突出模擬實(shí)驗(yàn)的管道系統(tǒng)(cn201420312613.4)。

包括管道組件和連接動(dòng)力系統(tǒng)及管道組件入口的連接管，管道組件為由管道單元通過法蘭連接組成的多分支結(jié)構(gòu)，管道單元包括組成單個(gè)分支的方形直管、連接兩個(gè)分支的第一連接管和連接三個(gè)分支的第二連接管，管道單元上設(shè)有觀測(cè)孔和/或測(cè)試孔，觀測(cè)孔安裝用于觀測(cè)粉煤堆積狀態(tài)的觀測(cè)組件，測(cè)試孔安裝用于固定傳感裝置的測(cè)試組件?？赏ㄟ^方形直管、第一連接管、第二連接管的增減或調(diào)整進(jìn)行自由組合，能夠模擬簡(jiǎn)易的具有多分支結(jié)構(gòu)的礦井巷道網(wǎng)絡(luò)；管道單元上設(shè)置的觀測(cè)組件和測(cè)試組件，能夠肉眼觀測(cè)粉煤堆積形態(tài)，并儀器測(cè)量?jī)上嗔魉俣取⑾锏罋怏w壓力、粉煤堆積高度，煤巖運(yùn)動(dòng)距離等參數(shù)。

缺點(diǎn)：

■巷道結(jié)構(gòu)布置形式較為單一：僅3種結(jié)構(gòu)管件，可組合的形式較少，難以模擬復(fù)雜的煤礦巷道網(wǎng)絡(luò)。

■巷道測(cè)點(diǎn)布置方式較為簡(jiǎn)單：由于各類傳感器僅在巷道壁面設(shè)置了安裝位置，無(wú)法在三維層面反應(yīng)煤-瓦斯兩相流的參數(shù)分布及演化規(guī)律。

■巷道系統(tǒng)獲取的圖像信號(hào)較為單一：僅能從巷道外部通過觀測(cè)孔對(duì)煤-瓦斯兩相流的運(yùn)移情況進(jìn)行局部圖像采集，無(wú)法沿巷道網(wǎng)絡(luò)全程獲取煤-瓦斯兩相流運(yùn)移的圖像。

■可視化程度較低：盡管在巷道壁面開設(shè)觀察窗，以便于肉眼觀測(cè)粉煤堆積形態(tài)，但觀察窗尺寸較小，可視范圍較窄，不便于數(shù)據(jù)的搜集，且無(wú)可視化配套軟件。

綜上所述，現(xiàn)有裝置設(shè)計(jì)均較為單一，無(wú)法較真實(shí)的模擬礦井巷道網(wǎng)絡(luò)；傳感器布設(shè)方式簡(jiǎn)單，對(duì)煤-瓦斯兩相流的傳播規(guī)律進(jìn)行研究時(shí)，現(xiàn)有裝置均安裝傳感器于巷道壁面，無(wú)法獲得煤-瓦斯兩相流運(yùn)移斷面中部的參數(shù)，也就不能對(duì)其真實(shí)的運(yùn)移特性進(jìn)行深入研究；數(shù)據(jù)采集較為單一，無(wú)法利用采集的數(shù)據(jù)對(duì)煤-瓦斯兩相流的致災(zāi)機(jī)理開展深入研究；可視化程度不足，在進(jìn)行相關(guān)模擬試驗(yàn)后，對(duì)煤-瓦斯兩相流的真實(shí)運(yùn)移形態(tài)仍不清楚。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種煤與瓦斯突出動(dòng)力致災(zāi)可視化物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng)。

本發(fā)明技術(shù)方案如下：一種煤與瓦斯突出動(dòng)力致災(zāi)可視化物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，包括模擬試驗(yàn)臺(tái)，其特征在于：所述模擬試驗(yàn)臺(tái)的突出口通過夾持器與引導(dǎo)圓管的前端口連接，在夾持器上開有充氣孔，并且夾持器上設(shè)有兩個(gè)爆破片，兩個(gè)爆破片之間留有間隙，在所述引導(dǎo)圓管上裝有流量計(jì)，引導(dǎo)圓管的后方設(shè)置模擬巷道管網(wǎng)，該模擬巷道管網(wǎng)具有三列十字管接頭，同列中兩相鄰十字管接頭之間通過縱向方形直管連接，同排中兩相鄰十字管接頭之間通過橫向方形直管連接，在每個(gè)十字管接頭的頂部均裝有高清攝像頭，中間一列位于最前端的十字管接頭通過接管與引導(dǎo)圓管的后端連接，接管的旁邊設(shè)置高速攝像機(jī)，所述高速攝像機(jī)正對(duì)接管上開設(shè)的透視窗；

各方形直管的兩端均設(shè)有軸向測(cè)量斷面，方形直管的中部設(shè)置側(cè)壓測(cè)量斷面，所述軸向測(cè)量斷面上設(shè)有三個(gè)壓力傳感器、三個(gè)溫度傳感器和兩個(gè)濃度傳感器，其中，第一壓力傳感器位于對(duì)應(yīng)方形直管的中心線上，第二壓力傳感器和第三壓力傳感器位于第一壓力傳感器不同的同心圓上，且第二壓力傳感器和第三壓力傳感器在第一壓力傳感器的同一側(cè)，第二壓力傳感器位于第一壓力傳感器的斜上方，第三壓力傳感器位于第一壓力傳感器的斜下方，第一、第二、第三壓力傳感器的旁邊均設(shè)有溫度傳感器，在方形直管側(cè)壁的上部和下部均裝有濃度傳感器，濃度傳感器和第二壓力傳感器分居于第一壓力傳感器的兩側(cè)；

所述側(cè)壓測(cè)量斷面上設(shè)有三個(gè)按等腰三角形分布的側(cè)壓傳感器，其中兩個(gè)側(cè)壓傳感器位于方形直管兩邊側(cè)壁的腰線上，第三個(gè)側(cè)壓傳感器位于方形直管的底壁，所述側(cè)壓傳感器為壓力傳感器或溫度傳感器。

本發(fā)明主要包括了“多場(chǎng)耦合大型煤與瓦斯突出模擬試驗(yàn)臺(tái)”與“煤與瓦斯突出動(dòng)力致災(zāi)可視化試驗(yàn)巷道系統(tǒng)”。前者為提供煤-瓦斯兩相流的動(dòng)力裝置，后者主要提供煤-瓦斯兩相流在井下運(yùn)移的巷道網(wǎng)絡(luò)。夾持器上設(shè)有充氣孔以滿足巷道泄爆需求，兩個(gè)爆破片之間留有一定空間，用于試驗(yàn)臺(tái)上的試驗(yàn)箱體內(nèi)氣壓與巷道氣壓的過渡。

傳感器的布設(shè)應(yīng)該使用盡量少的傳感器來測(cè)量盡量多的數(shù)據(jù)信息。每一直線段內(nèi)布置兩個(gè)軸壓測(cè)量斷面，一個(gè)側(cè)壓測(cè)量斷面。軸向測(cè)量斷面主要用于巷道內(nèi)煤-瓦斯兩相流斷面分布的測(cè)量，側(cè)壓斷面主要用于煤-瓦斯兩相流對(duì)巷道壁面作用的壓力分析。

軸向測(cè)量斷面，試驗(yàn)過程中，突出口中心與巷道中心位于同一水平線上，突出口為圓形，故可推測(cè)煤-瓦斯兩相流的壓力、溫度等參數(shù)分布規(guī)律具有一定的中心對(duì)稱性，因此，軸向測(cè)量斷面的壓力、溫度傳感器布設(shè)位置均在以巷道中心為圓心、半徑不同的同心圓上；以巷道中線的其中一側(cè)為主要傳感器布置范圍，并擬據(jù)此對(duì)右側(cè)的各參數(shù)進(jìn)行分析。同時(shí)，由于煤與瓦斯突出停止后，氣體濃度在巷道斷面的分布不會(huì)有突變，即巷道壁面與巷道中心位置濃度數(shù)據(jù)差異不大，考慮加工設(shè)計(jì)及濃度傳感器安裝方式，在巷道另一側(cè)壁面上下各安置一個(gè)濃度傳感器。

側(cè)壓測(cè)量斷面，腰線上兩邊各一個(gè)，中線上巷道的下表面一個(gè)，可安裝壓力傳感器或溫度傳感器。由于軸向傳感器位于巷道內(nèi)部，傳感器感應(yīng)面與煤-瓦斯兩相流運(yùn)動(dòng)方向垂直，所得數(shù)據(jù)為固氣混合物綜合作用的結(jié)果。側(cè)壓傳感器則安裝于巷道壁面，所得數(shù)據(jù)主要為氣體壓力膨脹作用的結(jié)果。

相對(duì)于其它傳感器，高清攝像頭尺寸較大，且為了方便轉(zhuǎn)向使其能全方位觀測(cè)巷道中煤-瓦斯兩相流的流動(dòng)規(guī)律，在巷道十字管接頭的頂部設(shè)置高清攝像頭。

采用高速攝像機(jī)為photron高速攝像機(jī)，其最高拍攝速度為800000fps，可對(duì)煤-瓦斯兩相流煤粉顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行抓拍，利于實(shí)現(xiàn)煤-瓦斯兩相流瞬時(shí)速度等參數(shù)的計(jì)算，其與dewesoft軟硬件及相應(yīng)傳感器相配合使用，可實(shí)現(xiàn)煤-瓦斯兩相流各參數(shù)三維云圖的繪制。

為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，方便高清攝像頭安裝，使高清攝像頭轉(zhuǎn)向不受影響，并有利于在外面觀察高清攝像頭的工作位姿，在所述十字管接頭頂壁的中部開有矩形窗口，該矩形窗口上覆蓋玻璃，所述玻璃的邊緣由方框形的第一壓條壓緊，在玻璃的底部懸吊安裝高清攝像頭。

為了便于與方形直管或其它部件連接，所述十字管接頭的四個(gè)端口均設(shè)置有方法蘭。

為了便于與十字管接頭，使拆裝操作更簡(jiǎn)便，并有利于在外面觀察煤-瓦斯兩相流的狀況，各方形直管兩端的端口均設(shè)置有方法蘭，方形直管的頂部沿其長(zhǎng)度方向設(shè)置兩個(gè)觀察窗口，各觀察窗口上覆蓋透明板，該透明板由方框形的第二壓條壓緊。

為了便于傳感器安裝，確保傳感器安裝牢靠，第一壓力傳感器、第二壓力傳感器和第三壓力傳感器均安裝在對(duì)應(yīng)設(shè)置的支架的懸空端，各壓力傳感器旁邊的溫度傳感器也安裝于同一支架上，該支架的根部與對(duì)應(yīng)方形直管的側(cè)壁相固定。

作為優(yōu)選，所述第二壓力傳感器與第一壓力傳感器之間的距離大于第三壓力傳感器與第一壓力傳感器之間的距離，且第二壓力傳感器與第一壓力傳感器的中心連線垂直于第三壓力傳感器與第一壓力傳感器的中心連線。

為了便于濃度傳感器拆裝，在方形直管的側(cè)壁上開設(shè)第一安裝口，濃度傳感器伸入該第一安裝口中，該濃度傳感器安裝于第一定位塊上，所述第一定位塊與方形直管的外壁緊貼，并通過螺釘固定。

為了便于側(cè)壓傳感器拆裝，在方形直管對(duì)應(yīng)側(cè)壓傳感器的壁上開設(shè)第二安裝口，側(cè)壓傳感器伸入該第二安裝口中，所述側(cè)壓傳感器安裝于第二定位塊上，第二定位塊與方形直管的外壁緊貼，并通過螺釘固定。

有益效果：本發(fā)明的主要特點(diǎn)如下：

1)實(shí)現(xiàn)煤與瓦斯突出模具的泄爆功能；

2)提供煤-瓦斯兩相流在不同礦井巷道網(wǎng)絡(luò)中的運(yùn)移環(huán)境；

3)從立體層面上監(jiān)測(cè)煤-瓦斯兩相流在巷道中的沖擊力、氣體壓力及溫度演化規(guī)律；

4)監(jiān)測(cè)煤與瓦斯突出后巷道中瓦斯氣體濃度變化規(guī)律；

5)從巷道內(nèi)、外部采集煤-瓦斯兩相流運(yùn)移的圖像信息；

6)利用采集的圖像信息計(jì)算煤-瓦斯兩相流噴射的瞬時(shí)速度；

7)采集突出口段煤-瓦斯兩相流的瞬時(shí)流量信號(hào)；

8)利用采集的壓力數(shù)據(jù)以及高速攝像機(jī)采集的圖像數(shù)據(jù)繪制煤與瓦斯突出過程巷道中壓力分布瞬時(shí)變化的云圖；

9)利用采集的溫度數(shù)據(jù)以及高速攝像機(jī)采集的圖像數(shù)據(jù)繪制煤與瓦斯突出過程巷道中溫度分布瞬時(shí)變化的云圖。

本發(fā)明可開展如下研究：

1)不同突出強(qiáng)度的煤與瓦斯突出動(dòng)力效應(yīng)模擬；

2)煤與瓦斯突出過程中粉煤-瓦斯流的速度、壓力、密度等運(yùn)動(dòng)參數(shù)的時(shí)程變化；

3)粉煤顆粒的形態(tài)變化和堆積過程；

4)最大沖擊壓力與實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)氣體初始?jí)毫Φ年P(guān)系；

5)煤與瓦斯突出能量沿模擬巷道的轉(zhuǎn)移特征及衰減規(guī)律；

6)沖擊波陣面超壓△p、速度u、溫度t等在巷道的傳播規(guī)律及其動(dòng)力特征；

7)煤與瓦斯突出動(dòng)力災(zāi)害監(jiān)測(cè)及預(yù)警。

總之，本發(fā)明能夠真實(shí)模擬礦井巷道網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)采集全面，能夠利用采集的數(shù)據(jù)對(duì)煤與瓦斯突出的致災(zāi)機(jī)理開展深入研究；可視化程度充足，在進(jìn)行相關(guān)模擬試驗(yàn)后，能夠清楚反映煤-瓦斯兩相流的真實(shí)運(yùn)移形態(tài)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一具體實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是十字管接頭的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是圖2的俯視圖。

圖4是軸向測(cè)量斷面和側(cè)壓測(cè)量斷面的布置示意圖。

圖5是軸向測(cè)量斷面各傳感器的布置示意圖。

圖6是方形直管的剖面示意圖。

圖7是側(cè)壓測(cè)量斷面各傳感器的布置示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明：

如圖1所示，本發(fā)明包括“多場(chǎng)耦合大型煤與瓦斯突出模擬試驗(yàn)臺(tái)”與“煤與瓦斯突出動(dòng)力致災(zāi)可視化試驗(yàn)巷道系統(tǒng)”兩大部分。其中，模擬試驗(yàn)臺(tái)1采用現(xiàn)有技術(shù)，其結(jié)構(gòu)在此不做贅述。模擬試驗(yàn)臺(tái)1上具有模擬試驗(yàn)箱，該模擬試驗(yàn)箱的突出口通過夾持器與引導(dǎo)圓管2的前端口連接，在夾持器上開有充氣孔，并且夾持器上設(shè)有兩個(gè)爆破片，兩個(gè)爆破片之間留有間隙。在引導(dǎo)圓管2靠近后端部的位置裝有流量計(jì)3。

如圖1、圖2、圖3所示，巷道系統(tǒng)即為在引導(dǎo)圓管2后方設(shè)置的模擬巷道管網(wǎng)，該模擬巷道管網(wǎng)具有三列十字管接頭4，每列十字管接頭4的數(shù)目?jī)?yōu)選為六個(gè)，這些十字管接頭4按矩陣分布。十字管接頭4的四個(gè)端口均設(shè)置有方法蘭，在十字管接頭4頂壁的中部開有矩形窗口，該矩形窗口上覆蓋玻璃15，玻璃15的邊緣由方框形的第一壓條16壓緊，第一壓條16通過螺釘與十字管接頭4連接。在玻璃15的底部懸吊安裝高清攝像頭，高清攝像頭位于十字管接頭4內(nèi)，并能按需要進(jìn)行轉(zhuǎn)向。

如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5所示，同列中兩相鄰十字管接頭4之間通過縱向方形直管5連接，同排中兩相鄰十字管接頭4之間通過橫向方形直管6連接?？v向方形直管5和橫向方形直管6均優(yōu)選為400mmx400mm的方管，兩者的結(jié)構(gòu)相同，只是長(zhǎng)度有差異。各方形直管兩端的端口均設(shè)置有方法蘭，以便于與十字管接頭4端口的方法蘭進(jìn)行連接。中間一列位于最前端的十字管接頭4通過接管7與引導(dǎo)圓管2的后端連接，接管7前小后大，接管7的旁邊設(shè)置高速攝像機(jī)8，高速攝像機(jī)8正對(duì)接管7上開設(shè)的透視窗。

如圖1、圖4、圖5、圖6、圖7所示，在每根縱向方形直管5的兩端均設(shè)有軸向測(cè)量斷面a，每根縱向方形直管5的中部設(shè)置側(cè)壓測(cè)量斷面b；每根橫向方形直管6的兩端均設(shè)有軸向測(cè)量斷面a，每根橫向方形直管6的中部設(shè)置側(cè)壓測(cè)量斷面b。各方形直管上軸向測(cè)量斷面a及側(cè)壓測(cè)量斷面b的設(shè)置方式相同，本實(shí)施例僅以橫向方形直管6進(jìn)行說明：

橫向方形直管6的軸向測(cè)量斷面a上設(shè)有三個(gè)壓力傳感器，分別為第一壓力傳感器9、第二壓力傳感器10、第三壓力傳感器11，這三個(gè)壓力傳感器均位于橫向方形直管6內(nèi)。其中，第一壓力傳感器9位于對(duì)應(yīng)方形直管的中心線上，第二壓力傳感器10和第三壓力傳感器11位于第一壓力傳感器9不同的同心圓上，且第二壓力傳感器10和第三壓力傳感器11在第一壓力傳感器9的同一側(cè)，第二壓力傳感器10位于第一壓力傳感器9的斜上方，第三壓力傳感器11位于第一壓力傳感器9的斜下方。第一壓力傳感器9、第二壓力傳感器10和第三壓力傳感器11均安裝在對(duì)應(yīng)設(shè)置的支架18的懸空端，該支架18的根部與橫向方形直管6的側(cè)壁相固定。作為優(yōu)選，第二壓力傳感器10與第一壓力傳感器9之間的距離大于第三壓力傳感器11與第一壓力傳感器9之間的距離，且第二壓力傳感器10與第一壓力傳感器9的中心連線垂直于第三壓力傳感器11與第一壓力傳感器9的中心連線。

橫向方形直管6的軸向測(cè)量斷面a上還設(shè)有三個(gè)溫度傳感器12和兩個(gè)濃度傳感器13，其中，三個(gè)溫度傳感器12與第一壓力傳感器9、第二壓力傳感器10和第三壓力傳感器11一一對(duì)應(yīng)，各溫度傳感器12位于對(duì)應(yīng)壓力傳感器的旁邊，兩者相接近，且溫度傳感器12和對(duì)應(yīng)的壓力傳感器安裝于同一支架18上。在橫向方形直管6側(cè)壁的上部和下部均裝有濃度傳感器13，濃度傳感器13和第二壓力傳感器10分居于第一壓力傳感器9的兩側(cè)。濃度傳感器13的安裝方式為：在橫向方形直管6的側(cè)壁上開設(shè)第一安裝口，濃度傳感器13伸入該第一安裝口中，該濃度傳感器13安裝于第一定位塊19上，第一定位塊19與橫向方形直管6的外壁緊貼，并通過螺釘固定。

橫向方形直管6的側(cè)壓測(cè)量斷面b上設(shè)有三個(gè)按等腰三角形分布的側(cè)壓傳感器14，其中兩個(gè)側(cè)壓傳感器14位于橫向方形直管6兩邊側(cè)壁的腰線上，第三個(gè)側(cè)壓傳感器14位于橫向方形直管6的底壁，側(cè)壓傳感器14為壓力傳感器或溫度傳感器。側(cè)壓傳感器14的安裝方式為：在橫向方形直管6對(duì)應(yīng)側(cè)壓傳感器14的壁上開設(shè)第二安裝口，側(cè)壓傳感器14伸入該第二安裝口中，側(cè)壓傳感器14安裝于第二定位塊20上，第二定位塊20與橫向方形直管6的外壁緊貼，并通過螺釘固定。

如圖4、圖5所示，在每個(gè)方形直管的頂部沿其長(zhǎng)度方向設(shè)置兩個(gè)觀察窗口，各觀察窗口上覆蓋透明板21，該透明板21由方框形的第二壓條17壓緊，第二壓條17通過螺釘與對(duì)應(yīng)的方形直管相固定。

由于采用本發(fā)明進(jìn)行試驗(yàn)的過程較復(fù)雜，現(xiàn)分兩個(gè)大的階段進(jìn)行敘述：巷道系統(tǒng)安裝階段以及試驗(yàn)階段。

1、巷道系統(tǒng)安裝階段：

(1)巷道結(jié)構(gòu)組裝。

按預(yù)定試驗(yàn)方案中的巷道網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在相應(yīng)管件連接處安放堵板或連接件，使煤-瓦斯兩相流通路為試驗(yàn)方案中巷道結(jié)構(gòu)樣式，并在巷道開口處使用防塵布袋進(jìn)行連接。

(2)管道網(wǎng)絡(luò)與模擬試驗(yàn)臺(tái)的連接。

a.在模擬試驗(yàn)臺(tái)1的試驗(yàn)箱位置安裝爆破片法蘭盤，再用螺釘連接法蘭盤與爆破片夾持器，同時(shí)裝入預(yù)定規(guī)格的爆破片兩片以及爆破信號(hào)傳感器(此處即完成泄爆裝置的安裝)，使用氣管將爆破片夾持器與氣瓶相連接。

b：安裝煤-瓦斯兩相流流量測(cè)量的引導(dǎo)圓管2，注意調(diào)整圓管方向，使其流量傳感器安裝孔朝上。

c：安裝引導(dǎo)圓管2與巷道相連的擴(kuò)口段即接管7。

d：使用桁車吊裝步驟1安裝好的巷道網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，對(duì)準(zhǔn)接管7后用螺釘擰緊。

(3)安裝傳感器。

a：壓力與溫度傳感器：將預(yù)定方案中傳感器安裝位置處的傳感器支架取出，在傳感器支架上安裝壓力傳感器以及溫度傳感器；連接傳感器與密封轉(zhuǎn)接頭，將密封轉(zhuǎn)接頭安裝于支架上，然后連接密封轉(zhuǎn)接頭與高速數(shù)據(jù)采集儀。

b：濃度傳感器：將濃度傳感器擰緊于巷道壁面相應(yīng)位置，連接濃度傳感器出線端與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

c：流量計(jì)：將流量計(jì)安裝于引導(dǎo)圓管2相應(yīng)位置，連接流量計(jì)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

d：使用堵板或堵頭密封未安裝傳感器位置的巷道預(yù)留孔。

e：傳感器安裝完成后，打開數(shù)據(jù)記錄軟件，檢查所有在用傳感器是否工作正常。

(4)安裝高清攝像頭及高速攝像機(jī)。

a：高清攝像頭：將十字管接頭4的有機(jī)玻璃組件拆卸，調(diào)整高清攝像頭拍攝方向，使其對(duì)準(zhǔn)煤-瓦斯兩相流的來向。

b：高速攝像機(jī)：連接爆破信號(hào)傳感器與高速攝像機(jī)，使用高速攝像機(jī)支架將高速攝像機(jī)架設(shè)于預(yù)定位置，并連接高速攝像機(jī)與可視化電腦主機(jī)。

c：打開高清攝像頭、高速攝像機(jī)以及燈帶電源開關(guān)，檢查高速攝像機(jī)以及在用的高清攝像頭及燈帶是否正常工作。

(5)安裝可視化組件

將預(yù)定的壓力或溫度傳感器與dewesoft硬件模塊相連接，并將其與可視化電腦主機(jī)箱連接。

2.試驗(yàn)階段

·充氣吸附階段。

先對(duì)試驗(yàn)箱體進(jìn)行充氣，到某一預(yù)定值后關(guān)閉箱體充氣瓶，對(duì)泄爆裝置進(jìn)行充氣(注意此處氣壓一定要小于箱體內(nèi)氣壓)，到某一預(yù)定值后再向箱體充氣。如此反復(fù)直至箱體中氣壓達(dá)到試驗(yàn)預(yù)設(shè)值時(shí)停止充氣，然后對(duì)箱體進(jìn)行周期性充氣吸附，此處為現(xiàn)有技術(shù)，不再贅述。

(2)煤與瓦斯突出試驗(yàn)階段

當(dāng)試驗(yàn)箱體內(nèi)煤體吸附至預(yù)定狀態(tài)后，打開數(shù)據(jù)采集設(shè)備、攝像頭信號(hào)采集設(shè)備、dewesoft硬件及它們的相應(yīng)軟件。然后對(duì)泄爆裝置進(jìn)行充氣，爆破片泄爆瞬間即關(guān)閉氣瓶。此時(shí)，爆破信號(hào)傳感器將爆破信號(hào)傳輸至高速攝像機(jī)，并啟動(dòng)高速攝像機(jī)進(jìn)行錄像。各傳感器采集的信號(hào)傳輸至電腦儲(chǔ)存，dewesoft硬件接收傳感器信號(hào)并利用高速攝像機(jī)采集的圖像進(jìn)行處理，對(duì)巷道中煤-瓦斯兩相流各參數(shù)云圖的演化規(guī)律進(jìn)行顯示。煤-瓦斯兩相流噴射停止后，保存相關(guān)數(shù)據(jù)，并繼續(xù)監(jiān)測(cè)濃度及溫度數(shù)據(jù)，瓦斯?jié)舛燃胺蹓m濃度降低至某一預(yù)定值后，再次儲(chǔ)存相關(guān)數(shù)據(jù)，關(guān)閉所有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

(3)巷道中數(shù)據(jù)搜集與整理階段

通過觀察窗對(duì)巷道中煤粉的堆積狀態(tài)進(jìn)行觀測(cè)，拍照記錄。拆卸觀察窗，收集巷道以及防塵袋中煤樣，對(duì)所得煤樣篩分整理。

3.結(jié)束階段

清理完成巷道中煤樣后，拆巷道中堵板、傳感器、高速攝像機(jī)等裝置，分類整理后放回原處，以備下次試驗(yàn)使用。

以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員無(wú)需創(chuàng)造性勞動(dòng)就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。