[发明专利]一种用于煤与瓦斯突出动力效应模拟实验补气装置

说明书

本发明公开了一种用于煤与瓦斯突出动力效应模拟实验的补气装置，包括设定体积的补气罐及连接补气罐与突出腔体的设定管径的补气管路，突出腔体的后端密封并设有充气法兰，补气管路安设有单向阀，当突出腔体内的压力低于补气罐压力时，补气罐气体通过补气管路经充气法兰进入突出腔体实现补气，突出腔体分为突出腔体主体和突出口，补气罐为耐高压高强度金属罐体，突出腔体及突出口均为空心圆柱形。本发明提供了补气罐并计算了配套的补气管径，充分考虑突出孔洞周围卸压煤体解吸瓦斯对突出的作用，使得对突出动力效应的实验研究更加完善。

技术领域

本发明属于瓦斯实验设备技术领域，具体是一种用于煤与瓦斯突出动力效应模拟实验补气装置。

背景技术

煤与瓦斯突出是煤矿典型动力灾害之一，具有极强破坏性，严重制约煤矿安全生产。目前针对煤与瓦斯突出的研究通常以突出孔洞为设定对象开展研究，主要考虑突出范围内煤体做功及瓦斯作用，而在突出动力效应研究中更是较少考虑突出孔洞周围卸压煤体解吸瓦斯对突出的作用。然而，在突出涉及破碎煤体的抛出过程中，卸压区解吸瓦斯均有不同程度的参与，卸压区解吸瓦斯的参与作用不可忽视。基于此，亟需研发一种具备补气功能的装置，从实验角度对卸压区解吸瓦斯进行研究，以期进一步提高对煤与瓦斯突出动力效应的认识。

发明内容

本发明为了解决上述问题，充分考虑突出孔洞周围卸压煤体解吸瓦斯对突出的作用，实验装置设置精巧、简便易操作，提供一种用于煤与瓦斯突出动力效应模拟实验补气装置及使用方法。

本发明采取以下技术方案：一种用于煤与瓦斯突出动力效应模拟实验补气装置，包括补气罐，补气罐与补气管路连接，补气管路上设置有单向阀，补气管路另一端与突出腔体连通，突出腔体包括突出腔体主体和突出口，所述的突出腔体主体及突出口均为空心圆柱形，所述的突出腔体的后端密封并设有与补气管路连接的充气法兰。

一种用于煤与瓦斯突出动力效应模拟实验补气装置的使用方法，包括补气罐设定体积V的求取方法以及补气管路设定管径d₁的求取方法。

其中，补气罐设定体积V的求取方法包括以下步骤：

S1.1～利用突出腔体体积V₀获得突出煤体的当量半径r；其中，突出腔体包括突出腔体主体和突出口，，D—突出腔体主体直径，mm；L—突出腔体主体长度，mm；d—突出口直径，mm；l—突出口长度，mm；。

S1.2～根据r获得除突出腔体外的卸压区煤体的当量半径R；其中，。

S1.3～根据R获得除突出腔体外的卸压区煤体的体积V₁；其中，。

S1.4～结合瓦斯压力时的煤层孔隙率获得卸压区参与突出做功的游离瓦斯体积即为补气罐的设定体积；其中，。

其中，管径的求取方法包括以下步骤：

S2.1～确定单位时间内向突出腔体补充瓦斯量Q₂及气流速度v；其中，，Q₁-实测标准煤样在瓦斯压力条件下达峰值强度破坏时瓦斯渗速度；mL/s；d₀-标准煤样直径，mm；气流速度；-瓦斯压力时的密度，；取。

S2.2～根据气流速度v及补气罐在单位时间内向突出腔体补充瓦斯量Q₂确定补气管路内径d₁；其中，。

与现有技术相比，本发明具有以下：

1）本发明提供了补气罐体并设计了相应的配套的补气管径，充分考虑突出孔洞周围卸压煤体解吸瓦斯对突出的作用，使得对突出动力效应的实验研究更加完善。

2）本发明通过设置在突出腔体主体的后端的充气法兰进行充气，使得充气均匀、高效，的同时能够使补气罐内的气体向突出腔体均匀补气。

3）依托本发明实验装置开展相关研究，可进一步提高对煤与瓦斯突出动力效应的认识。