检测卸压瓦斯升浮扩散规律的系统及相应的检测方法技术方案

本发明专利技术公开了一种检测卸压瓦斯升浮扩散规律的系统，包括上位机、长方体结构的箱体，以及设置在箱体上的液压加载子系统、自动开挖输运子系统、注气子系统、岩移光栅测定子系统、采动裂隙场监测子系统和瓦斯升浮扩散监测子系统。本发明专利技术还公开了一种检测卸压瓦斯升浮扩散规律的方法。本发明专利技术公开了一种三维系统及相应的检测方法，能够对卸压瓦斯升浮扩散规律进行精确检测，确定其瓦斯储运特征，进而能够更好地治理煤矿瓦斯灾害，并提出相应的治理措施，为煤矿安全生产提供积极的安全保障。本发明专利技术属于煤矿瓦斯灾害治理技术领域，用于卸压瓦斯升浮扩散规律的检测。

【技术实现步骤摘要】
检测卸压瓦斯升浮扩散规律的系统及相应的检测方法
本专利技术属于煤矿瓦斯灾害治理
，用于卸压瓦斯升浮扩散规律的检测，具体地说是一种检测卸压瓦斯升浮扩散规律的系统及相应的检测方法。
技术介绍
随着科技进步，煤矿基本实现自动化，在煤矿开采过程中，伴随着很多种类的煤矿灾害，其中瓦斯灾害一直是煤矿开采中瓦斯灾害发生事故起数以及事故死亡率为最高的灾害之一。高强度开采高瓦斯含量厚煤层也以常态出现，高强度开采引起本煤层充分卸压，进而导致瓦斯大量解吸成游离瓦斯。游离瓦斯升浮扩散到生产工作面、采空区以及隅角位置，造成部分区域瓦斯富集，瓦斯浓度超限，对生产工作面煤矿工人生命安全造成严重威胁。我国大部分煤矿开采都属于井工开采，井下开采煤层属于黑匣子问题，对煤层采动后上覆岩层运移规律以及卸压瓦斯在采动裂隙场中升浮扩散规律都是未知。基于上述现状，需要研究分析煤层在采动卸压后，煤岩体中卸压瓦斯升浮扩散规律，确定其瓦斯储运特征，以便更好地治理煤矿瓦斯灾害，并提出相应的治理措施。这不但能够为煤矿安全生产提供积极的安全保障，还能达到煤及伴生资源安全、绿色和科学共采，同时能够带来较高的经济、社会效益。
技术实现思路
本专利技术的目的，是要提供一种检测卸压瓦斯升浮扩散规律的系统，其以相似模拟实验为思路，提供了一种三维系统，能够卸压瓦斯升浮扩散规律进行精确检测；本专利技术的另外一个目的，是要提供一种检测卸压瓦斯升浮扩散规律的方法。本专利技术为实现上述目的，所采用的技术方案如下：一种检测卸压瓦斯升浮扩散规律的系统，包括上位机、长方体结构的箱体，以及设置在箱体上的液压加载子系统、自动开挖输运子系统、注气子系统、岩移光栅测定子系统、采动裂隙场监测子系统和瓦斯升浮扩散监测子系统；所述液压加载子系统设置在箱体的顶部，用于对待测煤岩层施加压力；所述箱体底面上设置有放置槽，放置槽的一部分形成回风顺槽和进风顺槽，自动开挖输运子系统安装在放置槽内；注气子系统设置在回风顺槽与进风顺槽之间的箱体的底面上，注气子系统的进气口连接外界的注气装置，用于向箱体内注入类瓦斯气体；岩移光栅测定子系统安装在箱体的第二侧壁上，岩移光栅测定子系统的信号输出端与上位机的位移信号输入端相连；采动裂隙场监测子系统安装在箱体的第一侧壁、第二侧壁和第四侧壁上，采动裂隙场监测子系统的信号输出端与上位机的能量波信号输入端相连；瓦斯升浮扩散监测子系统安装在箱体的第三侧壁和第四侧壁上，瓦斯升浮扩散监测子系统的信号输出端与上位机的气体浓度信号输入端相连。作为限定：所述液压加载子系统包括镶嵌在箱体顶面的液压加载体和位于液压加载体下方的压板，压板的横截面与箱体内部横截面形状相同、面积相同。作为第二种限定：所述箱体底面设置有一个放置槽，放置槽包括第一通道、第二通道和第三通道，其中第一通道和第二通道相互平行，二者的尾端通过与之垂直的第三通道连通，第一通道作为回风顺槽，第二通道作为进风顺槽；回风顺槽和进风顺槽的自由端与外界连通；所述自动开挖输运子系统设置在放置槽内，自动开挖子系统包括电动机、”匚”形的架体和设置在架体上位于第三通道内的割煤滚刀机、位于割煤滚刀机的一侧沿第三通道和第一通道设置的第一输送带、位于割煤滚刀机的另一侧沿第三通道和第二通道设置的第二输送带；电动机的输出端与割煤滚刀机、第一输送带、第二输送带的驱动输入端分别相连。作为第三种限定：注气子系统包括注气管道和与注气管道连通的第一注气筛管、第二注气筛管，第一注气筛管、第二注气筛管上开设有筛孔，注气管道上的进气口连接外界的注气装置。作为第四种限定：所述岩移光栅测定子系统包括至少一个光栅位移传感器，光栅位移传感器的本体安装在第二侧壁上，对应的位移测线分布在箱体内。作为第五种限定：采动裂隙场监测子系统包括多个分设安装在第一侧壁、第二侧壁、第四侧壁上的声发射检波器。作为第六种限定：所述瓦斯升浮扩散监测子系统包括至少两个分设安装在第三侧壁和第四侧壁上的气体传感器。采用上述的检测卸压瓦斯升浮扩散规律的系统实现的检测卸压瓦斯升浮扩散规律的方法，按照以下步骤顺序进行：一、按照试验矿井煤层、岩层赋存特征，根据材料相似比将煤层和类煤岩相似材料准备好；二、根据对试验矿井煤层、岩层钻孔的取样分析，将准备好的煤层和类煤岩层相似材料逐层铺设到箱体内，形成待测煤岩层；三、通过液压加载子系统对铺设好的待测煤岩层施加压力；四、施加压力结束后，开启自动开挖输运子系统的电动机，电动机驱动割煤滚刀机沿第三通道做往复运动切割待测煤岩层，被切割下来的待测煤岩层掉落在第一输送带/第二输送带上，被运出箱体外；割煤滚刀机切割待测煤岩层的过程中，待测煤岩层中的煤层和类煤岩层一方面向下发生位移，另一方面煤层和类煤岩层之间产生裂隙；五、在割煤滚刀机切割待测煤岩层的同时，通过注气子系统向箱体内注入类瓦斯气体；在此过程中，岩移光栅测定子系统、采动裂隙场监测子系统和瓦斯升浮扩散监测子系统进行如下检测：①岩移光栅测定子系统实时检测待测煤岩层中的煤层和类煤岩层的位移量，并发送至上位机；②采动裂隙场监测子系统实时检测待测煤岩层中的煤层和类煤岩层因裂隙产生的能量波，并发送至上位机；③瓦斯升浮扩散监测子系统实时检测箱体内的类瓦斯气体浓度，并发送至上位机；六、上位机将收到的位移量、能量波、类瓦斯气体浓度处理之后，将处理结果进行展示；七、上位机结合步骤三中施加的压力及步骤六的处理结果，分析卸压瓦斯升浮扩散规律；或者，使用者结合步骤三中施加的压力及步骤六的处理结果，分析卸压瓦斯升浮扩散规律。本专利技术由于采用了上述的技术方案，其与现有技术相比，所取得的技术进步在于：(1)采用本专利技术能够检测采动卸压瓦斯流动扩散规律，确定其瓦斯储运特征，进而能够更好地治理煤矿瓦斯灾害，并提出相应的治理措施，为煤矿安全生产提供积极的安全保障；(2)本专利技术的液压加载子系统能够施加地应力以达到最真实的开挖环境，模拟煤岩层在地底下真实的赋存环境，并且可以通过连接外界的具有数据集成主系统的加载系统，从而随时确定加载力的大小，适用于模拟不同的煤岩层在地底下的真实的赋存环境；(3)本专利技术的自动开挖输运子系统能够模拟井下工作面煤层开采过程，通过割煤滚刀机将煤层切割到输送带上，使得检测结果更加精确、可靠；(4)本专利技术的注气子系统通过向箱体内注入类瓦斯其他，能够模拟高瓦斯煤层因受采动扰动、煤层卸压、吸附瓦斯大量解吸成游离瓦斯后，通过煤层孔隙渗流到工作面，导致工作面瓦斯浓度超限的场景；能够提前对试验矿井进行瓦斯含量和瓦斯涌出量预测，提前确定在模型中的回采工作面应注气量为多少；(5)上覆岩层(冒落带除外)在采动过程中都经历一个连续的动态下沉移动过程，且离煤层越远，移动过程越连续，其移动曲线的形态与地表点的移动过程相似。而离煤层越近的覆岩冒落后，其下沉曲线越不规则，本专利技术通过岩移光栅测定子系统测定模型中煤层开挖时，上覆各岩本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种检测卸压瓦斯升浮扩散规律的系统，其特征在于：包括上位机、长方体结构的箱体，以及设置在箱体上的液压加载子系统、自动开挖输运子系统、注气子系统、岩移光栅测定子系统、采动裂隙场监测子系统和瓦斯升浮扩散监测子系统；/n所述液压加载子系统设置在箱体的顶部，用于对待测煤岩层施加压力；/n所述箱体底面上设置有放置槽，放置槽的一部分形成回风顺槽和进风顺槽，自动开挖输运子系统安装在放置槽内；/n注气子系统设置在回风顺槽与进风顺槽之间的箱体的底面上，注气子系统的进气口连接外界的注气装置，用于向箱体内注入类瓦斯气体；/n岩移光栅测定子系统安装在箱体的第二侧壁上，岩移光栅测定子系统的信号输出端与上位机的位移信号输入端相连；/n采动裂隙场监测子系统安装在箱体的第一侧壁、第二侧壁和第四侧壁上，采动裂隙场监测子系统的信号输出端与上位机的能量波信号输入端相连；/n瓦斯升浮扩散监测子系统安装在箱体的第三侧壁和第四侧壁上，瓦斯升浮扩散监测子系统的信号输出端与上位机的气体浓度信号输入端相连。/n

【技术特征摘要】
1.一种检测卸压瓦斯升浮扩散规律的系统，其特征在于：包括上位机、长方体结构的箱体，以及设置在箱体上的液压加载子系统、自动开挖输运子系统、注气子系统、岩移光栅测定子系统、采动裂隙场监测子系统和瓦斯升浮扩散监测子系统；
所述液压加载子系统设置在箱体的顶部，用于对待测煤岩层施加压力；
所述箱体底面上设置有放置槽，放置槽的一部分形成回风顺槽和进风顺槽，自动开挖输运子系统安装在放置槽内；
注气子系统设置在回风顺槽与进风顺槽之间的箱体的底面上，注气子系统的进气口连接外界的注气装置，用于向箱体内注入类瓦斯气体；
岩移光栅测定子系统安装在箱体的第二侧壁上，岩移光栅测定子系统的信号输出端与上位机的位移信号输入端相连；
采动裂隙场监测子系统安装在箱体的第一侧壁、第二侧壁和第四侧壁上，采动裂隙场监测子系统的信号输出端与上位机的能量波信号输入端相连；
瓦斯升浮扩散监测子系统安装在箱体的第三侧壁和第四侧壁上，瓦斯升浮扩散监测子系统的信号输出端与上位机的气体浓度信号输入端相连。


2.根据权利要求1所述的检测卸压瓦斯升浮扩散规律的系统，其特征在于：所述液压加载子系统包括镶嵌在箱体顶面的液压加载体和位于液压加载体下方的压板，压板的横截面与箱体内部横截面形状相同、面积相同。


3.根据权利要求1或2所述的检测卸压瓦斯升浮扩散规律的系统，其特征在于：所述箱体底面设置有一个放置槽，放置槽包括第一通道、第二通道和第三通道，其中第一通道和第二通道相互平行，二者的尾端通过与之垂直的第三通道连通，第一通道作为回风顺槽，第二通道作为进风顺槽；回风顺槽和进风顺槽的自由端与外界连通；
所述自动开挖输运子系统设置在放置槽内，自动开挖子系统包括电动机、“匚”形的架体和设置在架体上位于第三通道内的割煤滚刀机、位于割煤滚刀机的一侧沿第三通道和第一通道设置的第一输送带、位于割煤滚刀机的另一侧沿第三通道和第二通道设置的第二输送带；
电动机的输出端与割煤滚刀机、第一输送带、第二输送带的驱动输入端分别相连。


4.根据权利要求1或2所述的检测卸压瓦斯升浮扩散规律的系统，其特征在于：注气子系统包括注气管道和与注气管道连通的第一注气筛管、第二注气筛管，第一注气筛管、第二注气筛管上开设有筛孔，注气管道上的进气口连接外界的注气装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨琛，贺斌雷，蒋上荣，梁少剑，霍小泉，赵玉桃，李刚，孙宝强，
申请(专利权)人：陕西煤业化工技术研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61