专利名称：适用于模型试验的煤体瓦斯气体面式充填装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种瓦斯试验装置，尤其是一种高瓦斯赋存矿井煤与瓦斯突出模型试验的煤体瓦斯气体面式充填装置。
背景技术：
煤与瓦斯突出是严重威胁煤矿井下安全的一种非常严重的自然灾害。随着我国煤矿开采深度的增加，煤与瓦斯突出形势更加严峻，相应的研究其规律的大型模型试验也在大量的进行。而煤与瓦斯突出模型试验成功的关键因素之一就是瓦斯气体的充填。在国外，前苏联在20世纪50年代就进行了一维突出模拟实验并研制了相应的试验装置，试验表明只有在很大瓦斯压力梯度下(每一厘米瓦斯压力下降几个兆帕)煤才有可能被破碎和抛出。随后20世纪60年代，日本学者氏平增之在实验室也进行瓦斯抛射煤粒试验，利用二氧化碳的结晶冰、松香、水泥、煤粒制作了多孔介质模型用于模拟突出，试验在多孔介质孔隙瓦斯压力下引起材料的破碎和抛出，最后发展为类似前苏联的综合考虑地层应力和瓦斯压力的突出模拟试验。在国内，20世纪80年代初，煤炭科学院抚顺分院王佑安通过现场采集煤样，在实验室成型，模拟IV、V类突出危险煤，开展了煤与瓦斯突出一维模拟试验研究，得出了一维条件下突出强度同垂直应力、瓦斯压力之间的定量关系。1996年，中科院力学所孟祥跃等人开发了既能改变地应力又能改变瓦斯压力的二维煤与瓦斯突出试验装置。2000年，中国矿业大学郭立稳、俞启香、蒋承琳通过开发的煤与瓦斯突出装置研究了突出过程中的温度变化，认为在煤与瓦斯突出过程中，煤体温度的升高是由地应力破碎煤体使弹性能释放造成的，而温度降低则是由于瓦斯气体解吸和膨胀造成的，其变化是先升高后降低并连续变化的。2000年，焦作工学院牛国庆、颜爱华、刘明举等也设计了煤与瓦斯突出装置，用来考察煤与瓦斯突出过程中的温度变化，研究结果认为在煤与瓦斯突出过程中，瓦斯的膨胀做功过程并非绝热过程，而是一个接近于等温过程的多变过程。随后在2004年，焦作工学院蔡成功等又按照相似理论设计了三维煤与瓦斯突出模拟试验装置。试验模拟了不同煤型强度、三向应力、瓦斯压力条件下的煤与瓦斯突出过程。2008年，申请号为200810069276. X的中国专利公开了一种煤与瓦斯突出模拟试验台，该发明通过多组液压千斤顶向煤样轴向施压，通过充气口向煤样内充瓦斯；装置突出口通过快速释放机构实施机械化自动控制。充气采用泡沫金属板，利用泡沫金属的透气性，实现“面充气”。申请号为200810233048. I的中国专利公开了一种煤与瓦斯突出模具，该模具底板的上表面开设有矩形沉槽，沉槽上嵌设过滤网，过滤网也采用泡沫金属实现“面充气”。泡沫金属孔隙含量高，孔隙直径可达至毫米级，但相对于几百目的煤粉来说，孔隙还是偏大了，而且泡沫金属在市场上不易购买。另外，气体充填不是独立的装置，是和整个试验台联在一体的。2011年，申请号为201120016771. I的中国专利公开了一种煤与瓦斯突出试验模拟装置，包括煤样室和气压加载设备，所述的煤样室中设置有至少一个用于放置煤样的煤样型腔，气压加载设备包括瓦斯气瓶连接的加压气体通道，加压气体通道与煤样室中的煤样型腔相连通。该装置还是采用煤体瓦斯气体的点式充填模式。以上试验装置虽在一定程度上加深了煤与瓦斯突出机理的研究进展，但或多或少的存在以下缺点
I)目前，煤与瓦斯突出模型试验的气体加载设备是通过加压气体通道与煤样室中的煤样型腔相连通，进气源大多为“点充气”，这种瓦斯气体充填方式造成了充气不均匀、充气速度慢，充气过程中容易形成气体堆积，增加局部气体压力，严重影响试验效果。2)泡沫金属作为透气面板，相对于几百目的煤粉来说，孔隙偏大，且成本较高，不易购买，因而这种“面充气”方式不易广泛应用。 3)在抽气过程中，目前的气体加载方式容易吸出固体颗粒，在模型内形成大的空腔，破坏模型的整体性，采用泡沫金属容易堵塞孔隙，从而影响试验效果。4)目前还没有独立的适用于模型试验的煤体瓦斯气体面式充填装置，气体面式充填装置没有实现模块化设计，不能根据实际情况和试验要求进行调整，不利于维修。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种模块化设计，能够快速、均匀、稳定的对大型煤体模型进行瓦斯充填的适用于模型试验的煤体瓦斯气体面式充填装置。为实现上述目的，本发明采用下述技术方案
一种适用于模型试验的煤体瓦斯气体面式充填装置，包括充气面板，充气面板一端与充气管道相连，充气管道上设有充气开关，所述充气面板包括面板，面板上设有纵横交叉连通的导气槽，导气槽通过面板端部的充气通道与充气管道连通；所述面板上面依次设有下层筛板、钢丝网和上层筛板，所述下层筛板、钢丝网、上层筛板和面板的边缘连接处通过橡胶密封条密封，并在最上部的上层筛板边缘设置固定压条，固定压条通过螺栓将下层筛板、钢丝网、上层筛板固定在面板上。所述钢丝网是由超细韧高强钢丝编织而成的柔软1000目以上的超密钢丝网。所述上层筛板和下层筛板均为其上密布规则排列圆型通孔的高强薄钢板。装配时，面板上表面依次铺设下层筛板、1000目以上钢丝网和上层筛板，用橡胶密封条把面板、下层筛板、1000目以上钢丝网和上层筛板相接处的四周密封住，然后在橡胶密封条上部铺上固定压条通过螺栓紧密连接在一起组成。充气管道通过面板侧面上的充气通道与其连接。面板的尺寸可根据试验煤体的尺寸进行灵活调整。本发明可以广泛应用在煤与瓦斯突出的模型试验中。本发明在使用时，根据试验模型充填煤体的尺寸和具体位置，将气体面式充填装置固定或放置在煤层的底部或四周，通过密封反力模型装置的高压气体充填管道连接面式充填装置的气体进口法兰。煤体瓦斯气体面式充填装置使用时需配有高压瓦斯气体智能饲服充填控制系统，二者通过高压气体充填管道连接。试验时，高压瓦斯气体智能饲服充填控制系统首先形成负压，通过高压气体充填管道将试验煤体中的空体通过打开的充气开关由面式充填装置抽出，使试验模型煤体中形成真空；然后设定气体充填的压力和流量参数，瓦斯气体通过打开的充气开关充入煤体瓦斯气体面式充填装置，试验模型煤体中埋设气体压力及浓度传感器，当煤体中瓦斯参数达到设定值时，最终完成为试验模型煤体充瓦斯气体。煤与瓦斯突出过程中保持煤体中瓦斯参数不变。本发明与国内外现有煤与瓦斯突出模型试验的气体加载设备相比具有如下显著的技术优势
(I)该发明装置可以对试验煤层进行大面积均匀、快速瓦斯充填，解决了目前国内外气体加载设备充气周期长的缺点。(2)该发明装置铺设了两层钢筛和一层1000目的钢丝网，四周采用橡胶密封条和固定压条固定，具有良好的气体通透性和边界约束性，抽气过程中能够过滤细小的煤粉，不破坏模型，保证充填瓦斯气体过程中不侧漏气。(3)试验装置设置了气体开关，与气体充填控制系统连接，保证了瓦斯气体充填过程中的流量、压力可调和安全性。(4)该发明试验装置结构简单，性能优越，价格便宜，能根据试验充气面积要求加工，方便维修和更换。可广泛应用在煤与瓦斯突出模型试验的瓦斯气体充填中。应用前景广阔，经济效益显著。
图I是本发明的整体结构示意图。图2是本发明的俯视图。图3是本发明的侧视图。图4是本发明面板结构示意图。图中I.下层筛板，2. 1000目钢丝网，3.上层筛板，4.螺栓，5.固定压条，6.橡胶密封条，7.面板，8.导气槽，9.充气管道，10.气体进口法兰，11.充气开关，12.充气通道。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。如图I-图4所示，充气面板一端与充气管道9相连，充气管道9上设有充气开关11，充气面板包括面板7，面板7上设有纵横交叉连通的导气槽8，导气槽8通过面板端部的充气通道12与充气管道9连通；面板7上面依次设有下层筛板1、1000目钢丝网和上层筛板3，下层筛板1、1000目钢丝网2、上层筛板3和面板7的边缘连接处通过橡胶密封条6密封，并在最上部的上层筛板3边缘设置固定压条5，固定压条5通过螺栓4将下层筛板I、1000目钢丝网2、上层筛板3固定在面板7上。安装时，面板7上表面依次铺设下层筛板I、1000目钢丝网2和上层筛板3，用橡胶密封条6把面板7、下层筛板1、1000目钢丝网2和上层筛板3相接处的四周密封住，然后在橡胶密封条6上部铺上固定压条5通过螺栓紧密连接在一起组成。充气管道9通过面板7侧面上的充气通道12与其连接。面板7的尺寸面板的尺寸可根据试验煤体的尺寸进行灵
活调整。上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式
进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。权利要求
1.一种适用于模型试验的煤体瓦斯气体面式充填装置，包括充气面板，充气面板一端与充气管道相连，充气管道上设有充气开关，其特征是，所述充气面板包括面板，面板上设有纵横交叉连通的导气槽，导气槽通过面板端部的充气通道与充气管道连通；所述面板上面依次设有下层筛板、钢丝网和上层筛板，所述下层筛板、钢丝网、上层筛板和面板的边缘连接处通过橡胶密封条密封，并在最上部的上层筛板边缘设置固定压条，固定压条通过螺栓将下层筛板、钢丝网、上层筛板固定在面板上。
2.如权利要求I所述的装置，其特征是，所述钢丝网是由超细韧高强钢丝编织而成的柔软1000目钢丝网。
3.如权利要求I或2所述的装置，其特征是，所述上层筛板和下层筛板均为其上密布规则排列圆型通孔的高强薄钢板。
全文摘要
本发明公开了一种适用于模型试验的煤体瓦斯气体面式充填装置，包括充气面板，充气面板一端与充气管道相连，充气管道上设有充气开关，充气面板包括面板，面板上设有纵横交叉连通的导气槽，导气槽通过面板端部的充气通道与充气管道连通；面板上面依次设有下层筛板、钢丝网和上层筛板，下层筛板、钢丝网、上层筛板和面板的边缘连接处通过橡胶密封条密封，层筛板边缘设置固定压条，通过螺栓将下层筛板、钢丝网、上层筛板固定在面板上。本发明可对试验煤层大面积均匀、快速瓦斯充填；具有良好的气体通透性和边界约束性，能够过滤细小的煤粉，不破坏模型，不侧边漏气；流量、压力可调和安全性高；结构简单，性能优，价格低，方便维修和更换。
文档编号G01N33/00GK102735802SQ201210227229
公开日2012年10月17日 申请日期2012年7月3日 优先权日2012年7月3日
发明者余国锋, 吴志坚, 张庆贺, 李建明, 李术才, 王汉鹏, 罗勇, 薛俊华, 袁亮 申请人:山东大学, 淮南矿业(集团)有限责任公司