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一种用于研究无风掘进系统瓦斯阻隔机理的试验台技术方案

技术编号:19400644 阅读:22 留言:0更新日期:2018-11-10 06:08
本实用新型专利技术涉及一种用于研究无风掘进系统瓦斯阻隔机理的试验台,该试验台具有长方体外壳体,其壳体腔道内有由滤袋和三道风门分割成的瓦斯源区、高浓度瓦斯抽采区、缓冲区、氮气幕阻隔区、效果检验区等五个瓦斯浓度递减的区域。其中在瓦斯源区布设三个瓦斯涌出口,高浓度瓦斯区安设瓦斯抽采管,氮气幕阻隔区布置氮气幕,其他区域分别安装监测装置。本实用新型专利技术通过检测涌出量、抽采量等不同变量下的瓦斯浓度,研究气体运移规律,分析无风掘进系统中风门硬阻挡‑抽采动态调压‑氮气幕软阻隔三者联动阻隔瓦斯的机理。

【技术实现步骤摘要】
一种用于研究无风掘进系统瓦斯阻隔机理的试验台
本技术涉及实验室试验领域,具体涉及一种用于研究无风掘进系统瓦斯阻隔机理的试验台。
技术介绍
煤炭在我国能源消费结构中所占比重较大,在煤矿生产过程中,伴随着诸多灾害事故,其中瓦斯灾害事故占据较大比例,掘进过程中经常发生瓦斯超限及瓦斯爆炸等事故。目前的防治理论与技术尚未完全根除瓦斯爆炸事故,瓦斯超限及爆炸现象时有发生,基于煤与瓦斯共采的新思路,创建了一种无风掘进系统。无风掘进是指在集中轨道巷内正常通风,在掘进巷内不通风的新型作业方式。此新型作业方式,将彻底消除掘进巷内需氧灾害发生的必要条件,既可以杜绝掘进巷内瓦斯燃烧和爆炸等灾害事故的发生,又可以使瓦斯不经风流稀释,维持在较高浓度,实现洁净资源的合理利用。实现无风掘进的关键在于将瓦斯与氧气有效阻隔,防止瓦斯与氧气共存,为此搭建一种用于研究无风掘进系统瓦斯阻隔机理的试验台。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种用于研究无风掘进系统瓦斯阻隔机理的试验台,该试验台能够实现多因素影响下气体运移规律及阻隔机理的研究。本技术的技术方案如下:一种用于研究无风掘进系统瓦斯阻隔机理的试验台,其包括有由上、下、左、右、前、后6个壁面围合成的长方体壳体,该壳体的前壁面上设有第一瓦斯入口,左、右壁面上分别设有位于前部的第二瓦斯入口和第三瓦斯入口,3个瓦斯入口分别通过连通管路连接瓦斯源且在连通管路上装有流量控制装置,该壳体的内腔道还依次设置有位于瓦斯入口后方的滤袋、第一道风门、第二道风门、氮气幕和第三道风门,3道风门上均设置有开口,从而形成五个瓦斯浓度递减区域,依次为瓦斯源区Ⅰ、高浓度瓦斯抽采区Ⅱ、缓冲区Ⅲ、氮气幕阻隔区Ⅳ、Ⅴ和效果检测区Ⅵ;还包括有抽采管,该抽采管的一端口处于高浓度瓦斯抽采区Ⅱ,另一端口连接变频风机,通过气幕射流卷吸的原理进行瓦斯抽采;高浓度瓦斯抽采区Ⅱ、缓冲区Ⅲ、氮气幕阻隔区Ⅳ、Ⅴ和效果检测区Ⅵ分别设有瓦斯传感器,各瓦斯传感器与数据处理设备实现数据连接以进行数据的收集;该试验台能够通过风门硬阻挡-抽采动态调压-氮气幕软阻隔三者联动调节的方式来研究瓦斯阻隔机理。上述的左、右两个侧壁面用来模拟掘进巷的两个帮壁面,由高致密泡沫板和位于侧壁面中部的透明有机玻璃组成;上、下两个壁面分别用来模拟掘进巷的顶板和底板,由高致密泡沫板组成;前部的瓦斯涌出壁面和后部的边界壁面由高致密泡沫板组成;滤袋采用纤维滤袋(纤维滤袋的常见应用如:布袋除尘器上的除尘布袋等),起到将瓦斯由点源到面源转换的作用;风门可采用有机玻璃板或纸质硬板等,风门上的开口用来模拟胶带口(在煤炭开采中,载有煤碳的传送带由胶带口通过);上述的氮气幕结构包括有固定在壳体内腔道上壁面的三通钢管,该三通钢管的上端口通过软管连接氮气钢瓶以将氮气引入,左、右端口封闭,三通钢管的底部沿轴向开设有长条缝隙以确保氮气由该缝隙喷出形成与底板面垂直的氮气幕,从而将瓦斯阻隔在氮气幕之前的区域内。氮气钢瓶的氮气出口位置可安装减压阀,用于显示出口压力、钢瓶内部压力。瓦斯源连通管路上的流量控制装置包括有阀门及玻璃转子流量计,以控制瓦斯涌出量;变频风机的出口设置风速仪来测定出口风速,变频风机选择变频防爆风机以控制抽取速度。各瓦斯传感器依次标记为1-5号,其中,1号瓦斯传感器显示高浓度瓦斯抽采区Ⅱ内随时间变化的瓦斯浓度,2号瓦斯传感器探测经第一道风门阻挡限制,由胶带口泄漏至缓冲区Ⅲ的瓦斯浓度,3号瓦斯传感器测定氮气幕前方的瓦斯浓度,4号传感器测试氮气幕后方的瓦斯浓度,5号传感器监测效果检测区在没有气幕射流卷吸影响下的瓦斯浓度。本技术通过检测涌出量、抽采量以及氮气幕出口速度等不同变量下的瓦斯浓度,能够研究气体运移规律,分析无风掘进系统中风门硬阻挡-抽采动态调压-氮气幕软阻隔三者联动阻隔瓦斯的机理。本技术的有益效果在于:本技术中的试验台能够通过风门硬阻挡-抽采动态调压-氮气幕软阻隔三者联动调节的方法来研究多因素影响下的气体运移规律及阻隔机理。附图说明附图1为本技术的试验原理图图中,1瓦斯源,2阀门,3玻璃转子流量计,4瓦斯入口,5风门,6瓦斯传感器,7氮气幕,8滤袋,9抽采管,10变频防爆风机,11风速仪,12开口;Ⅰ瓦斯源区,Ⅱ高浓度瓦斯抽采区,Ⅲ缓冲区,Ⅳ、Ⅴ氮气幕阻隔区,Ⅵ效果检测区。具体实施方式下面结合具体实施例对本技术作详细的说明。实施例1如附图1所示为该实施例中用于研究无风掘进系统瓦斯阻隔机理的试验台,该试验台整体设计为长方体,尺寸为4m×1m×0.8m,该试验台按照如下搭建:1、铺设巷道底板:将高致密泡沫板底板放置在预先设定的位置,模拟巷道底板,并涂刷泡沫胶。2、安设迎头壁面:在迎头壁面下端面涂刷泡沫胶,使其与底层泡沫板相粘结,用环氧树脂胶进行粘合,同时使用空气锤均匀敲击使其黏合牢固,并在此壁面泡沫板的下半部分中心处,开好第一瓦斯入口4。3、安装侧面泡沫板,与瓦斯涌出的迎头壁面相连接,并布置帮面瓦斯入口。粘合后在两壁面开设沟槽来卡嵌透明有机玻璃。4、在距瓦斯涌出壁面0.1m处全断面安设0.005m厚的纤维滤袋8,将纤维滤袋翻折封口后,固定在顶底板及两帮壁面上,起到将瓦斯由点源到面源转换的作用。5、在距瓦斯涌出壁面(ABCD面)0.62m处设置第一道风门5,在距瓦斯涌出壁面1.82m处设置第二道风门5,在距瓦斯涌出壁面2.82m处安设氮气幕7,在距瓦斯涌出壁面3.82m处设置第三道风门5,3道风门上均设置有开口12,试验台被划分为五个区域,第一区域为瓦斯源区Ⅰ,第二区域为高浓度瓦斯抽采区Ⅱ,第三区域为缓冲区Ⅲ,在第四区域为氮气幕阻隔区Ⅳ、Ⅴ,第五区为效果检测区Ⅵ,并在所有接缝连接处外喷涂玻璃硅胶,直至搭建成一个4m×1m×0.8m的完全封闭、无漏气的长方体试验台。6、向三个容量均为50L的气袋内充装相同体积的瓦斯,作为瓦斯源1,置于瓦斯源涌入口位置,在三个充满瓦斯的气袋上方附加平板,平板上方加均布载荷,打开阀门2,并且在出口处通过旋转玻璃转子流量计3的调速器设定瓦斯涌出速度,三个涌出口的初始流量计速度设定一致,并在单次实验中维持这一速度不变。瓦斯经过降速均速后,以实现由点源到面源的转换,进入到高浓度区。7、安装瓦斯浓度数据采集系统:以A为原点,AB、AV和AD边分别为X、Y、Z轴建立坐标系,在x=0.5m,z=0.6m,y=0.4m、1.2m、2.3m、3.5m、3.9m的位置安设1~5号瓦斯传感器6,每个瓦斯传感器由两根直径为0.005m的铁丝竖直吊挂固定于外置的固定架上,对试验台内的瓦斯进行实时动态监测,1号瓦斯传感器显示高浓度区内随时间变化的瓦斯浓度;2号瓦斯传感器探测经第一道风门阻挡限制,由胶带口泄漏至缓冲区的瓦斯浓度;3号瓦斯传感器测定氮气幕前方0.5m处的瓦斯浓度;4号传感器测试氮气幕后方0.5m处的瓦斯浓度;5号传感器监测效果检测区在没有气幕射流卷吸影响下的瓦斯浓度。瓦斯传感器6的感应模块距离顶板为0.05m,距离帮壁面为0.1m,每个区域布置瓦斯传感器的位置及方式均相同。瓦斯传感器的数据通过信号线和USB-485转换器传至计算机,由x-smart软件进行数据的收集和保存,以备后期的数据处理。考虑到安全因素,传感器下限感应浓度应设置为0%本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于研究无风掘进系统瓦斯阻隔机理的试验台,其特征在于:包括有由上、下、左、右、前、后6个壁面围合成的长方体壳体,所述壳体的前壁面上设有第一瓦斯入口(4),左、右壁面上分别设有位于前部的第二瓦斯入口和第三瓦斯入口,3个瓦斯入口分别通过连通管路连接瓦斯源(1)且在连通管路上装有流量控制装置,所述壳体内腔道上依次设置有位于瓦斯入口后方的滤袋(8)、第一道风门(5)、第二道风门(5)、氮气幕(7)和第三道风门(5),风门上设置有开口(12),从而形成五个瓦斯浓度递减区域,依次为瓦斯源区Ⅰ、高浓度瓦斯抽采区Ⅱ、缓冲区Ⅲ、氮气幕阻隔区Ⅳ、Ⅴ和效果检测区Ⅵ;还包括有抽采管(9),所述抽采管的一端口处于所述高浓度瓦斯抽采区Ⅱ,另一端口连接变频风机(10);所述高浓度瓦斯抽采区Ⅱ、缓冲区Ⅲ、氮气幕阻隔区Ⅳ、Ⅴ和效果检测区Ⅵ分别设有瓦斯传感器,各瓦斯传感器与数据处理设备实现数据连接以进行数据的收集;所述试验台采用风门硬阻挡‑抽采动态调压‑氮气幕软阻隔三者联动调节的方式来研究多因素影响下的气体运移规律及瓦斯阻隔机理。

【技术特征摘要】
1.一种用于研究无风掘进系统瓦斯阻隔机理的试验台,其特征在于:包括有由上、下、左、右、前、后6个壁面围合成的长方体壳体,所述壳体的前壁面上设有第一瓦斯入口(4),左、右壁面上分别设有位于前部的第二瓦斯入口和第三瓦斯入口,3个瓦斯入口分别通过连通管路连接瓦斯源(1)且在连通管路上装有流量控制装置,所述壳体内腔道上依次设置有位于瓦斯入口后方的滤袋(8)、第一道风门(5)、第二道风门(5)、氮气幕(7)和第三道风门(5),风门上设置有开口(12),从而形成五个瓦斯浓度递减区域,依次为瓦斯源区Ⅰ、高浓度瓦斯抽采区Ⅱ、缓冲区Ⅲ、氮气幕阻隔区Ⅳ、Ⅴ和效果检测区Ⅵ;还包括有抽采管(9),所述抽采管的一端口处于所述高浓度瓦斯抽采区Ⅱ,另一端口连接变频风机(10);所述高浓度瓦斯抽采区Ⅱ、缓冲区Ⅲ、氮气幕阻隔区Ⅳ、Ⅴ和效果检测区Ⅵ分别设有瓦斯传感器,各瓦斯传感器与数据处理设备实现数据连接以进行数据的收集;所述试验台采用风门硬阻挡-抽采动态调压-氮气幕软阻隔三者联动调节的方式来研究多因素影响下的气体运移规律及瓦斯阻隔机理。2.根据权利要求1所述用于研究无风掘进系统瓦斯阻隔机理的试验台,其特征在于:所述流量控制装置包括有阀门(2)及玻璃转子流量计(...

【专利技术属性】
技术研发人员:付明明边素素王晓慧张含笑方璐绮
申请(专利权)人:滨州学院
类型:新型
国别省市:山东,37

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