一种瓦斯瞬时解吸试验装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于煤矿安全生产领域，具体涉及一种瓦斯瞬时解吸试验装置及方法。
【背景技术】
[0002]煤与瓦斯突出(简称突出)是煤矿生产过程中一种极其复杂的动力现象。它能在极短的时间内，由煤体向巷道或采场突然喷出大量的瓦斯及碎煤，在煤体中形成特殊形状的空洞，并造成一定的动力效应，如推倒矿车、破坏支架等。煤与瓦斯突出时，粉煤可能充填数百米长的巷道，喷出的瓦斯-粉煤流有时带有暴风般的性质，瓦斯可以逆风流运行，充满数千米长的巷道。因此，煤与瓦斯突出是威胁煤矿安全生产的严重灾害之一，制约着煤炭工业的发展。
[0003]在煤与瓦斯突出机理研究方面普遍接受的是综合作用假说，该假说认为煤与瓦斯突出是由地应力、瓦斯压力和煤的物理力学性质综合作用的结果，但到目前为止三因素各自在突出过程中的作用机理尚不明确，需进一步解释该假说中三因素的综合作用机制。因煤与瓦斯突出的灾害性极大，在现场发生煤与瓦斯突出灾害时开展实时跟踪研究极为困难，只能依托实验室进行模拟试验。国内外相关科研机构已开展了大量的煤与瓦斯突出相似模拟试验研究工作，研制了一系列煤与瓦斯突出模拟实验装置，促进了煤与瓦斯突出机理研究。但在上述突出模拟中，未获得瓦斯瞬时解吸特征，而该特征对于煤与瓦斯突出具有重要影响。
【发明内容】
[0004]—种瓦斯瞬时解吸试验装置，该装置包括煤样容器、开口装置、瓦斯压力测试装置、供放气装置。
[0005]所述煤样容器为圆筒形，用于装填试验煤体。煤样容器一端为装煤口，装煤口由12个双头螺栓紧固第一法兰盘、第一垫片和第二法兰盘形成。第二法兰盘与煤样容器端面密封焊接；第一垫片为金属缠绕垫，用于密闭两法兰盘之间的空隙。煤样容器另一端为内螺纹安装孔，用于连接开口装置。煤样容器圆筒上设置两个压力传感器安装孔、一个压力表安装孔及第一三通接头安装孔。所述两个压力传感器安装孔分别安装第一压力传感器和第二压力传感器，所述压力传感器通过第一数据线和第二数据线连接数据采集仪，采集仪通过第四数据线连接计算机。所述压力传感器用于测试煤样容器内气体压力，压力值由采集仪采集并储存到计算机，由计算机进行显示和数据处理。所述第一压力表通过连接头安装于煤样容器圆筒上的压力表安装孔，实时显示煤样容器气体压力值。所述第一三通连接头安装孔连接第一三通接头，第一三通接头一端安装第一针型阀，另一端通过第一高压管与第一减压阀和第一高压气瓶连接；第一高压气瓶内为瓦斯，当往煤样容器中充入瓦斯气体时，由第一减压阀调节第一高压气瓶出口压力，然后拧开第一针型阀，往煤样容器中注入瓦斯气体。
[0006]所述开口装置由外螺纹连接头、第三法兰盘、第四法兰盘、内爆破片、外爆破片、充放气连接头安装孔、第三压力传感器安装孔、内夹持器、中夹持器、外夹持器和第二双头螺栓组成。所述外螺纹连接头一端与内螺纹安装孔以螺纹连接；外螺纹连接头另一端焊接第三法兰盘，并在外螺纹连接头凸起与煤样容器之间形成密封槽，密封槽内设置密封圈；由双头螺栓将第三法兰盘、内夹持器、内爆破片、中夹持器、外爆破片、外夹持器、第四法兰盘紧固在一起。所述两爆破片在中夹持器间形成隔离腔，中夹持器侧壁上布置有第三压力传感器安装孔及充放气连接头安装孔。所述第三压力传感器安装孔用于安装第三压力传感器，第三压力传感器通过第三数据线连接数据采集仪和计算机。第三压力传感器用于测试开口装置隔离腔内气体压力，压力值由采集仪采集并储存到计算机，由计算机进行显示和数据处理。所述中夹持器充放气连接头安装孔连接充放气接头，充放气接头通过第二高压管接第二三通接头，第二三通接头第二通道通过高压管连接第三三通接头和第四三通接头，第三三通接头安装第二压力表，第四三通接头连接第二针型阀；第二三通接头第三通道通过高压管连接第五三通接头、第二减压阀和第二高压气瓶，第五三通接头安装第三针型阀；由于第二高压气瓶仅向开口装置隔离腔提供一定压力气体，该气体不与煤样发生吸附解吸作用，因此第二高压气瓶内气体为空气。所述第二高压气瓶往开口装置隔离腔中充入气体时，先由第二减压阀调整第二高压气瓶出口压力，然后拧开第三针型阀，往开口装置隔离腔中充入空气。
[0007]进行瓦斯瞬时解吸试验时，依次进行以下操作:(1)安装开口装置；(2)安装充放气系统；(3)安装气体压力测试系统；(4)装入粉煤，封闭装煤口 ；(5)气密性测试；(6)粉煤瓦斯吸附平衡；(7)粉煤瓦斯解吸压力测试。
[0008]具体来说，先安装开口装置，通过螺纹连接开口装置与煤样容器。然后连接煤样容器圆筒上第一针型阀，并通过第一高压管连接第一减压阀和第一高压气瓶。由开口装置隔离腔充放气连接头安装孔连接充放气连接头，充放气连接头经高压管连接第二三通接头，第二三通接头第二通道连接第三三通接头、第四三通接头，第三三通接头安装第二压力表，第四三通接头安装第二针型阀；第二三通接头第三通道连接第五三通接头、第二减压阀和第二高压气瓶，第五三通接头上安装第三针型阀。煤样容器圆筒上安装第一压力表，第一压力表和第二压力表分别实时显不煤样容器和开口装置隔离腔内气体压力。安装煤样容器上第一压力传感器和第二压力传感器及开口装置隔离腔上第三压力传感器，上述三个压力传感器经数据线连接采集仪和计算机。
[0009]所述一种瓦斯瞬时解吸试验装置连接完成后，在煤样容器中装入粉煤，封闭装煤口，关闭第二针型阀，通过第一减压阀和第二减压阀调节第一高压气瓶和第二高压气瓶出口压力为密闭检测压力，开启第一针型阀和第三针型阀，分别对煤样容器和开口装置隔离腔的密闭性进行检测。确定两者密闭性满足要求后，调整第二减压阀到试验设计值，向隔离腔中充入设计压力空气。由于开口装置隔离腔压力不改变，第二压力表达到设计压力后，关闭第三针型阀。与此同时，调整第一减压阀到试验设计值，向煤样容器内充入设计压力瓦斯气体，保持煤样容器压力大于开口装置隔离腔压力，且两者压力小于内爆破片极限承载值；开口装置隔离腔压力与大气压力之差小于外爆破片极限承载值。煤样容器内瓦斯被煤体吸附时，瓦斯压力降低，因此，第一针型阀应保持开启一定时间，直到煤样容器压力表数值稳定，关闭第一针型阀。通过检查确保采集仪连接正确后，运行压力传感器采集程序，开始采集。然后，打开第二针型阀，开口装置隔离腔快速放气，压力降低，内爆破片两侧压差急剧增大，当压差达到内爆破片爆开压力时，内爆破片爆开。此时，外爆破片压差不超过外爆破片爆开压力。通过三个压力传感器获取煤样容器和开口装置隔离腔实时压力数据，用于分析煤样容器压力快速降低时，解吸瓦斯压力的变化情况。
[0010]本发明设计合理、结构简单、实施容易，密封性能好，数据采集方便，通过爆破片爆开实现煤样容器的瞬时降压，对明确煤与瓦斯突出过程中瓦斯压力变化规律，深入研究煤与瓦斯突出机理，减少煤与瓦斯突出事故提供了重要手段。
【附图说明】
[0011]图1为本发明一种瓦斯瞬时解吸试验装置的示意图。
[0012]图2为本发