一种可视化煤与瓦斯突出实验装置及方法

本发明涉及煤矿瓦斯灾害防治，具体为一种可视化煤与瓦斯突出实验装置及方法。

背景技术：

1、目前针对煤与瓦斯突出模拟装置的研究通常集中于煤体本身以及瓦斯的作用，然而，突出的发生是煤、瓦斯及围岩(顶、底板)共同作用导致的结果。

2、现有专利(公告号：cn115508538a)公开了一种考虑围岩弹性能影响的煤与瓦斯突出模拟实验装置，该装置使用爆破片爆破诱导突出，但是爆破片爆破压力受材质与环境温度的影响会存在误差，往往与实验设计突出压力有所出入，不利于对照试验研究的开展，且每次实验均须重新更换安装爆破片，操作繁琐，为此，我们提出一种可视化煤与瓦斯突出实验装置及方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种可视化煤与瓦斯突出实验装置及方法，可用于开展不同影响因素(瓦斯压力、煤粉粒径和突出口径)的煤与瓦斯突出模拟试验研究，对进一步研究分析石门揭煤突出机理和突出过程具有积极意义。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种可视化煤与瓦斯突出实验装置，包括可视筒体，所述可视筒体的一端安装有密封法兰，所述密封法兰上安装有应力加载组件，所述可视筒体的另一端设置有突出启动组件，且可视筒体与突出启动组件之间还设置有突出口径调节组件；

3、所述突出启动组件包括连接在可视筒体一侧的不锈钢筒体，不锈钢筒体与可视筒体之间设置有挡块部件，所述不锈钢筒体上安装有用于控制挡块组件启闭的气缸开关阀部件，且不锈钢筒体的内壁上还安装有电磁铁；

4、所述突出口径调节组件包括固定连接在所述可视筒体端部的连接件，所述连接件的端部固定连接有密封端盖，所述连接件的内部安装有导向架，所述导向架上滑动连接有调节板，所述调节板的底部活动安装有调节齿轮，所述调节齿轮的中心开设有第一突出开口，所述调节齿轮的侧壁上转动连接有驱动轮；

5、所述调节齿轮上设置有限位部件。

6、进一步的，所述应力加载组件包括安装在所述密封法兰上的支撑杆，所述支撑杆上安装有反力架法兰，所述反力架法兰的侧壁上安装有托架，所述托架上安装有液压千斤顶，液压千斤顶的输出端固定连接有煤粉推杆，煤粉推杆的自由端安装有推板，且煤粉推杆贯穿密封法兰伸入可视筒体内部，推板与可视筒体之间滑动连接。

7、进一步的，所述可视筒体的外侧壁安装有压力传感器和防震压力表，且可视筒体的内部安装有应力传感器及温度传感器。

8、进一步的，所述可视筒体的侧壁上开设有进气口，进气口的外部连接有管道，且管道上设置有阀门。

9、进一步的，所述挡块部件包括卡接在所述连接件上的挡块，所述挡块上安装有扭簧，且扭簧的另一端安装在连接件上。

10、进一步的，所述气缸开关阀部件包括固定在不锈钢筒体上的安装板，所述安装板上固定连接有气缸，所述气缸的输出端固定连接有开关销，且开关销贯穿不锈钢主体抵接在挡块的外侧壁上。

11、进一步的，所述连接件靠近挡块的一侧安装有第一导管，第一导管的直径小于挡块的直径，第一导管一端的外侧壁上固定连接有第一密封环，且第一突出开口的内壁上开设有与第一密封环相适配的第一密封槽。

12、进一步的，所述密封端盖朝向导向架的一侧安装有第二导管，导向架的中心位置开设有第二突出开口，第二导管的端部贴合在第二突出开口的内壁上，且与第二突出开口齐平。

13、进一步的，所述限位部件包括固定在调节齿轮侧壁上的限位齿，且限位齿上卡接有限位板，所述限位板的侧壁上固定连接有电动伸缩杆，并通过电动伸缩杆固定在连接件的内壁上。

14、进一步的，所述调节齿轮的侧壁上开设有圆形槽，所述圆形槽的宽度与限位齿相等。

15、根据本发明的一个方面，本发明提供一种可视化煤与瓦斯突出实验方法，其使用所述的一种可视化煤与瓦斯突出实验装置进行实验，包括以下步骤：

16、s1.煤样准备:利用外部设备破碎机将原煤破碎，再用磨煤机磨成粉煤，将磨好的粉煤装入振动筛，筛取所需粒径范围的煤样，按设定调制好煤样含水率与强度；

17、s2.调节突出口径：通过启动驱动轮转动，使其带动调节齿轮转动，当调节齿轮转动时会带动多个调节板同时进行偏转移动，即可对第一突出开口、第二突出开口进行打开，并根据设定控制开口大小；

18、s3.煤样装填:确认突出启动组件的挡块部件关闭，并与连接件紧密贴合，然后将上述煤样装填入可视筒体的内部，然后启动液压千斤顶，使其带动煤粉推杆及推板移动，使其按照设定应力加压，对煤样进行压实；

19、s4.气密性检查、充气：在可视筒体上安装好防震压力表、压力传感器、应力传感器和温度传感器，然将进气口通过管道连接在真空泵上，启动真空泵对可视筒体内部抽真空1h后关闭阀门，然后再将进气口通过上述管道连接在气瓶上，向可视筒体内注入设定压力的实验气体并关闭阀门，静置12h后防震压力表示数保持不变即表明突出腔体密封良好，充气工作完成；

20、s5.突出启动：在可视筒体的外部布置高速摄像机，开启高速摄像机，然后启动气缸使其收缩，当气缸收缩时会带动开关销向上移动，与挡块相脱离，即可对挡块解除锁定，此时即可启动突出，进行煤与瓦斯突出实验。

21、本发明至少具备以下有益效果：

22、1.本发明通过设置的可视筒体、应力加载组件和应力加载组件之间的相互配合，可开展不同条件下的煤与瓦斯突出模拟实验，通过可视化突出装置与高速摄像的配合使用，实现可视化监测，且相较于传统的爆破片方式，本发明通过设置的挡块部件与气缸开关阀部件之间的相互配合，能够采用气缸自动化启动方式进行突出实验，可实现自动化按时按需精准突出，而且还不用重复对爆破片进行安装更换，操作便捷，实用性更强；

23、2.本发明通过设置的突出口径调节组件，能够根据实验需求对突出开口进行适应性调节，与矿山实际中突出所形成的突出口大小不一的现象相吻合，有利于开展不同突出口径对煤与瓦斯突出影响规律的模拟实验研究，研究结果对煤与瓦斯突出灾害的有效防治具有积极意义。

24、3.本发明在进行突出口径调节时，通过设置的第一导管、第二导管、第一密封环、第一密封槽之间的相互配合，便于增强连接件与第一突出开口之间、密封端盖与导向架之间的密封性能，使得煤粉与瓦斯从第一导管、第二导管进行突出，避免煤粉泄漏进入连接件的内部影响驱动轮与调节齿轮之间的传动效果，避免造成卡死；

25、4.本发明在进行突出口径调节时，通过设置的加强条及卡槽，不仅能够提高各调节板之间的密封性能，避免煤与瓦斯泄露，还能够增强调节板的抗压强度，避免可视筒体内部压力过大，造成调节板连接处损坏。

26、当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

技术特征：

1.一种可视化煤与瓦斯突出实验装置，包括可视筒体(1)，其特征在于，所述可视筒体(1)的一端安装有密封法兰(2)，所述密封法兰(2)上安装有应力加载组件(3)，所述可视筒体(1)的另一端设置有突出启动组件(4)，且可视筒体(1)与突出启动组件(4)之间还设置有突出口径调节组件(5)；

2.根据权利要求1所述的一种可视化煤与瓦斯突出实验装置，其特征在于：所述应力加载组件(3)包括安装在所述密封法兰(2)上的支撑杆(31)，所述支撑杆(31)上安装有反力架法兰(32)，所述反力架法兰(32)的侧壁上安装有托架(33)，所述托架(33)上安装有液压千斤顶(34)，液压千斤顶(34)的输出端固定连接有煤粉推杆(35)，煤粉推杆(35)的自由端安装有推板(36)，且煤粉推杆(35)贯穿密封法兰(2)伸入可视筒体(1)内部，推板(36)与可视筒体(1)之间滑动连接。

3.根据权利要求2所述的一种可视化煤与瓦斯突出实验装置，其特征在于：所述可视筒体(1)的外侧壁安装有压力传感器(11)和防震压力表(14)，且可视筒体(1)的内部安装有应力传感器(12)及温度传感器(13)。

4.根据权利要求2所述的一种可视化煤与瓦斯突出实验装置，其特征在于：所述可视筒体(1)的侧壁上开设有进气口(15)，进气口(15)的外部连接有管道，且管道上设置有阀门。

5.根据权利要求4所述的一种可视化煤与瓦斯突出实验装置，其特征在于：所述挡块部件(42)包括卡接在所述连接件(51)上的挡块(421)，所述挡块(421)上安装有扭簧(422)，且扭簧(422)的另一端安装在连接件(51)上。

6.根据权利要求5所述的一种可视化煤与瓦斯突出实验装置，其特征在于：所述气缸开关阀部件(43)包括固定在不锈钢筒体(41)上的安装板(431)，所述安装板(431)上固定连接有气缸(432)，所述气缸(432)的输出端固定连接有开关销(433)，且开关销(433)贯穿不锈钢主体抵接在挡块(421)的外侧壁上。

7.根据权利要求6所述的一种可视化煤与瓦斯突出实验装置，其特征在于：所述连接件(51)靠近挡块(421)的一侧安装有第一导管(59)，第一导管(59)的直径小于挡块(421)的直径，第一导管(59)一端的外侧壁上固定连接有第一密封环(513)，且第一突出开口(56)的内壁上开设有与第一密封环(513)相适配的第一密封槽(514)。

8.根据权利要求7所述的一种可视化煤与瓦斯突出实验装置，其特征在于：所述密封端盖(52)朝向导向架(53)的一侧安装有第二导管(510)，导向架(53)的中心位置开设有第二突出开口(511)，第二导管(510)的端部贴合在第二突出开口(511)的内壁上，且与第二突出开口(511)齐平。

9.根据权利要求7所述的一种可视化煤与瓦斯突出实验装置，其特征在于：所述限位部件(58)包括固定在调节齿轮(55)侧壁上的限位齿(581)，且限位齿(581)上卡接有限位板(582)，所述限位板(582)的侧壁上固定连接有电动伸缩杆(583)，并通过电动伸缩杆(583)固定在连接件(51)的内壁上。

10.根据权利要求9所述的一种可视化煤与瓦斯突出实验装置，其特征在于：所述调节齿轮(55)的侧壁上开设有圆形槽，所述圆形槽的宽度与限位齿(581)相等。

11.一种可视化煤与瓦斯突出实验方法，使用权利要求1至10中任一项所述的一种可视化煤与瓦斯突出实验装置进行实验，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种可视化煤与瓦斯突出实验装置及方法，涉及煤矿瓦斯灾害防治技术领域。本发明包括可视筒体，所述可视筒体的一端安装有密封法兰，所述密封法兰上安装有应力加载组件，所述可视筒体的另一端设置有突出启动组件。本发明通过设置的可视筒体、应力加载组件和突出启动组件之间的相互配合，可开展不同条件下的煤与瓦斯突出模拟实验，通过可视化突出装置与高速摄像配合使用，实现可视化监测，且相较于传统的爆破片方式，本发明通过设置的挡块部件与气缸开关阀部件之间的相互配合，能够采用气缸自动化启动方式进行突出实验，可实现自动化按时按需精准突出，而且还不用重复对爆破片进行安装更换。

技术研发人员：钟珍,石必明,张雷林,马衍坤,牛宜辉
受保护的技术使用者：安徽理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/6