測(cè)定振動(dòng)條件下煤對(duì)瓦斯解吸特征的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及實(shí)驗(yàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于煤礦安全技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種測(cè)定不同振動(dòng)條件下煤對(duì)瓦斯吸附解吸特征和粉碎解吸特征的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及實(shí)驗(yàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]以往的煤對(duì)瓦斯的吸附解吸實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)未考慮振動(dòng)荷載對(duì)煤樣吸附解吸的影響。煤礦采掘活動(dòng)中存在采煤機(jī)割煤擾動(dòng)、井下爆破振動(dòng)、礦壓顯現(xiàn)、礦震、沖擊地壓等多種振源，振動(dòng)作用使得瓦斯在煤體骨架表面上的附著力降低，同時(shí)振動(dòng)產(chǎn)生的熱能使煤體溫度升高，由朗格繆爾吸附曲線可知，煤對(duì)瓦斯的吸附作用隨著溫度升高逐漸降低；另一方面，受振動(dòng)影響煤體內(nèi)部原生裂隙再次發(fā)育，增加了煤體透氣性；因此，振動(dòng)作用對(duì)煤體瓦斯解吸擴(kuò)散有較大促進(jìn)作用。已有的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)不能反映采動(dòng)過(guò)程振動(dòng)效應(yīng)對(duì)煤吸附解吸瓦斯的影響。
[0003]目前，研宄煤樣粉碎過(guò)程解吸量的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)未考慮不同振動(dòng)條件時(shí)解吸規(guī)律。由于不同的振動(dòng)擾動(dòng)活動(dòng)，振動(dòng)幅值、振動(dòng)頻率、振動(dòng)速度等均不相同，振動(dòng)產(chǎn)生的熱效應(yīng)及對(duì)煤體破碎程度等都有一定差異，瓦斯解吸規(guī)律也存在一定差異。煤樣粉碎過(guò)程，不同振動(dòng)強(qiáng)度對(duì)煤樣解吸規(guī)律也有一定影響，目前的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)僅限于研宄最終的解吸總量，不能完成對(duì)不同振動(dòng)條件下煤樣粉碎過(guò)程中解吸規(guī)律的實(shí)驗(yàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種測(cè)定振動(dòng)條件下煤對(duì)瓦斯解吸特征的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及實(shí)驗(yàn)方法，本發(fā)明能夠測(cè)定不同振動(dòng)條件下煤對(duì)瓦斯的吸附解吸特征和粉碎解吸特征。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種測(cè)定振動(dòng)條件下煤對(duì)瓦斯解吸特征的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括變頻振動(dòng)系統(tǒng)、振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、煤樣粉碎系統(tǒng)、脫氣系統(tǒng)、瓦斯吸附系統(tǒng)及瓦斯解吸系統(tǒng)；
[0006]所述變頻振動(dòng)系統(tǒng)包括振動(dòng)電機(jī)、振動(dòng)平臺(tái)、減振彈簧、機(jī)座、變頻器、電源按鈕及外接電位器，所述振動(dòng)電機(jī)固定在振動(dòng)平臺(tái)上，振動(dòng)平臺(tái)設(shè)置在機(jī)座上方，振動(dòng)平臺(tái)與機(jī)座之間通過(guò)減振彈簧相連接；在所述振動(dòng)電機(jī)的上、下兩端分別設(shè)置有第一偏心重錘和第二偏心重錘，所述振動(dòng)電機(jī)、電位器及電源按鈕分別與變頻器相連接；
[0007]所述振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括振動(dòng)傳感器和振動(dòng)參數(shù)分析儀，所述振動(dòng)傳感器固定在振動(dòng)平臺(tái)上，其與振動(dòng)參數(shù)分析儀相連接；
[0008]所述煤樣粉碎系統(tǒng)包括料缽及沖擊塊，所述料缽安裝在振動(dòng)平臺(tái)上，沖擊塊放置在料缽內(nèi)；所述料缽配置有密封蓋，在密封蓋上設(shè)置有氣嘴；在振動(dòng)平臺(tái)上設(shè)置有活動(dòng)梁，活動(dòng)梁與料缽密封蓋相接觸；
[0009]所述脫氣系統(tǒng)包括真空泵、第三控制閥、第五控制閥、真空規(guī)管及真空計(jì)，所述真空泵與第三控制閥的一端相連接，第三控制閥的另一端一路經(jīng)第五控制閥與料缽密封蓋上的氣嘴相連接，另一路經(jīng)真空規(guī)管與真空計(jì)相連接；
[0010]所述瓦斯吸附系統(tǒng)包括高壓氣瓶、第一控制閥、調(diào)壓閥、壓力表及第二控制閥，所述高壓氣瓶的出口經(jīng)第一控制閥與調(diào)壓閥的一端相連接，調(diào)壓閥的另一端經(jīng)壓力表與第二控制閥的一端相連接，第二控制閥的另一端與料缽密封蓋上的氣嘴相連接；
[0011]所述瓦斯解吸系統(tǒng)包括瓦斯解吸速度測(cè)定儀及第四控制閥，所述瓦斯解吸速度測(cè)定儀固定在水槽內(nèi)，在水槽內(nèi)設(shè)置有溫度計(jì)；所述瓦斯解吸速度測(cè)定儀通過(guò)第四控制閥與料缽密封蓋上的氣嘴相連接。
[0012]所述減振彈簧設(shè)置有六個(gè)，減振彈簧與振動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸平行設(shè)置。
[0013]在所述振動(dòng)平臺(tái)上設(shè)置有安裝料缽的凹槽，料缽安裝在所述凹槽內(nèi)。
[0014]在所述料缽上設(shè)置有兩個(gè)把柄。
[0015]所述沖擊塊為圓柱體，采用硬質(zhì)合金鋼制成。
[0016]在所述料缽與密封蓋的結(jié)合處設(shè)置有密封墊。
[0017]所述氣嘴采用空心螺桿型，氣嘴的底端伸入到料缽密封蓋內(nèi)側(cè)，與料缽腔體相連通。
[0018]在所述活動(dòng)梁與料缽密封蓋之間設(shè)置有橡膠墊。
[0019]在所述振動(dòng)平臺(tái)上設(shè)置有壓緊把手，活動(dòng)梁通過(guò)壓緊把手壓緊固定密封蓋。
[0020]采用所述的測(cè)定振動(dòng)條件下煤對(duì)瓦斯解吸特征的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法，包括不同振動(dòng)條件下煤對(duì)瓦斯的吸附解吸實(shí)驗(yàn)方法和不同振動(dòng)條件下煤樣粉碎解吸實(shí)驗(yàn)方法；
[0021]不同振動(dòng)條件下煤對(duì)瓦斯的吸附解吸實(shí)驗(yàn)方法，包括如下步驟:
[0022]步驟一:實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備
[0023]在新鮮的采掘工作面煤壁采集煤樣，進(jìn)行嚴(yán)密封裝后送至實(shí)驗(yàn)室，將煤樣制成顆粒狀或標(biāo)準(zhǔn)正方體或長(zhǎng)方體試件，并放入恒溫箱中烘干；將料缽中的沖擊塊取出，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中料缽內(nèi)不放置沖擊塊；檢查系統(tǒng)內(nèi)各管線是否連接可靠及各通氣裝置的氣密性，首先，高壓氣瓶采用氮?dú)鈿馄窟M(jìn)行氣密性檢查；關(guān)閉第二控制閥，打開(kāi)第一控制閥，觀測(cè)壓力表的示數(shù)是否穩(wěn)定，穩(wěn)定則不漏氣，慢速調(diào)節(jié)調(diào)壓閥，檢查調(diào)壓閥是否連接可靠；關(guān)閉第四控制閥和第五控制閥，打開(kāi)第二控制閥，檢查料缽是否漏氣；打開(kāi)第四控制閥，檢查瓦斯解吸速度測(cè)定儀是否連接可靠；關(guān)閉第二控制閥和第四控制閥；打開(kāi)第三控制閥，啟動(dòng)真空泵，檢查真空規(guī)管和真空計(jì)是否連接可靠；打開(kāi)第五控制閥，對(duì)料缽抽真空，檢查料缽是否漏氣；通過(guò)電源按鈕啟動(dòng)振動(dòng)電機(jī)，分別調(diào)節(jié)電位器和變頻器，觀察振動(dòng)效果，同時(shí)檢查振動(dòng)參數(shù)分析儀是否連接可靠；啟動(dòng)振動(dòng)電機(jī)后，重復(fù)上述步驟再次檢測(cè)系統(tǒng)內(nèi)各管線是否連接可靠及各通氣裝置的氣密性；
[0024]步驟二:煤樣脫氣
[0025]關(guān)閉第五控制閥，取下料缽，將煤樣放入料缽內(nèi)，并安裝好密封墊和密封蓋，提起把柄將料缽放置在振動(dòng)平臺(tái)上，在料缽密封蓋上放置橡膠墊，將活動(dòng)梁壓在橡膠墊上，并放下壓緊把手將密封蓋壓緊卡死；
[0026]打開(kāi)第五控制閥，啟動(dòng)真空泵對(duì)煤樣脫氣，持續(xù)抽真空數(shù)小時(shí)，待真空計(jì)的壓力示數(shù)保持不變時(shí)，關(guān)閉第五控制閥，關(guān)閉真空泵；
[0027]步驟三:煤樣吸附
[0028]高壓氣瓶采用瓦斯氣瓶，打開(kāi)第二控制閥對(duì)煤樣充氣，通過(guò)調(diào)壓閥控制充氣壓力使充氣壓力維持穩(wěn)定值；待吸附達(dá)到平衡后，通過(guò)電源按鈕啟動(dòng)振動(dòng)電機(jī)，使煤樣吸附過(guò)程處于振動(dòng)環(huán)境，通過(guò)調(diào)節(jié)電位器改變振動(dòng)速度，通過(guò)調(diào)節(jié)變頻器改變振動(dòng)頻率，通過(guò)調(diào)節(jié)振動(dòng)電機(jī)上的第一偏心重錘和第二偏心重錘的相對(duì)角度改變振動(dòng)幅值，并通過(guò)振動(dòng)參數(shù)分析儀記錄振動(dòng)參數(shù)，進(jìn)行不同振動(dòng)條件下的吸附實(shí)驗(yàn)；
[0029]步驟四:煤樣解吸
[0030]首先，關(guān)閉第一控制閥和第二控制閥，打開(kāi)第四控制閥，通過(guò)電源按鈕啟動(dòng)振動(dòng)電機(jī)，使煤樣解吸過(guò)程處于振動(dòng)環(huán)境，通過(guò)調(diào)節(jié)電位器改變振動(dòng)速度，通過(guò)調(diào)節(jié)變頻器改變振動(dòng)頻率，通過(guò)調(diào)節(jié)振動(dòng)電機(jī)上的第一偏心重錘和第二偏心重錘的相對(duì)角度改變振動(dòng)幅值，并通過(guò)振動(dòng)參數(shù)分析儀記錄振動(dòng)參數(shù)；每隔一定時(shí)間觀測(cè)并記錄一次瓦斯解吸速度測(cè)定儀的讀數(shù)，同時(shí)記錄水槽內(nèi)溫度計(jì)測(cè)得的水溫，并記錄解吸過(guò)程中實(shí)驗(yàn)環(huán)境的大氣壓，進(jìn)行不同振動(dòng)條件下的解吸實(shí)驗(yàn)；
[0031]不同振動(dòng)條件下煤樣粉碎解吸實(shí)驗(yàn)方法，包括如下步驟:
[0032]步驟