瓦斯动力灾害对矿井通风网络影响试验系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种瓦斯动力灾害对矿井通风网络影响试验系统及方法，属于煤矿瓦斯灾害研究领域。系统由充气模块、动力作用模块、模拟管网模块和计量模块组成，其中充气模块包括瓦斯气瓶、空气瓶、减压阀、电磁阀、流量计、真空泵、空压机及阀门；动力作用模块包括爆炸容器、压力表、点火探针、点火器、膜片及风机；模拟管网模块包括模拟管道、连接管道、法兰盘、螺栓螺母、薄片及橡皮筋；计量模块包括压力传感器、数据采集仪及计算机。主要优点是通过掌握瓦斯压力在管网中的传播特性，找到瓦斯动力灾害对矿井通风网络的影响，为瓦斯动力灾害防治和事故后救援提供支持。
【专利说明】瓦斯动力灾害对矿井通风网络影响试验系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及煤矿瓦斯抽采利用领域，尤其是涉及一种瓦斯动力灾害对矿井通风网络影响试验系统及方法。
【背景技术】
[0002]随着煤炭行业的结构化调整，煤炭生产迈向高效集约化，开采深度也在每年不断增加，瓦斯爆炸、瓦斯突出、瓦斯倾出、瓦斯压出等瓦斯动力灾害也呈现出许多新的特点，是煤炭行业发展的热点和难点问题，是制约煤矿安全高效生产的关键。据统计，在煤矿重特大事故中，瓦斯动力灾害事故发生次数约占64%，死亡人数约占71% ;其中，瓦斯爆炸事故的次数又约占瓦斯动力灾害事故的92%，死亡人数约占94%。瓦斯动力灾害会破坏煤矿生产系统，造成大量人员伤亡，如2005年2月14日辽宁省阜新矿业(集团)孙家湾煤矿发生的一起瓦斯爆炸事故，造成214人死亡，30人受伤，直接经济损失4968.9万元，其中瓦斯爆炸直接引起的死亡人数只有30%，更多的是由于瓦斯爆炸后的冲击作用以及冲击引起通风网络破坏导致的伤亡。可见，研究以瓦斯爆炸为主的瓦斯动力灾害对矿井通风网络的影响对有效防治煤矿事故和事故后有效救援具有重要意义。
【发明内容】
[0003]针对上述问题，本发明的目的在于提一种供瓦斯动力灾害对矿井通风网络影响试验系统及方法，以掌握瓦斯动力灾害对矿井通风网络的影响，为防治煤矿事故和事故后有救援提供支持。
[0004]为实现上述目的，本发明采用以下技术方案:
[0005]瓦斯动力灾害对矿井通风网络影响试验系统及方法，其系统由充气模块、动力作用模块、模拟管网模块和计量模块组成，充气模块包括瓦斯气瓶、空气瓶、减压阀、电磁阀、流量计、真空泵、空压机及阀门；动力作用模块包括爆炸容器、压力表、点火探针、点火器及膜片；模拟管网模块包括模拟管道、连接管道、法兰盘、螺栓螺母、薄片及橡皮筋；计量模块包括压力传感器、数据采集仪及计算机；所述瓦斯气瓶、空气瓶分别通过减压阀、电磁阀、流量计连接于爆炸容器，在连接处设置阀门a ;所述真空泵、空压机通过阀门b与爆炸容器连接；所述爆炸容器还设置压力表、点火探针和一个出口，其中点火探针与点火器连接，出口通过法兰盘、螺栓螺母与模拟管道连接，并在爆炸容器的出口与模拟管道之间设置膜片；所述模拟管道与连接管道通过法兰盘和螺栓螺母组合形成模拟管网，在管网的末端出口处设置薄片，橡皮筋将薄片系在模拟巷道上；所述压力传感器设置在各节模拟巷道中间；所述风机设置在其中一个模拟巷道的出口处。
[0006]进一步，所述瓦斯气瓶和空气瓶为高压气瓶，要固定放置，防止发生倾倒。
[0007]进一步，所述真空泵和空压机共用一条气路，在模拟瓦斯爆炸动力灾害时采用真空泵与爆炸容器相连，在模拟瓦斯突出、瓦斯倾出和瓦斯压出动力灾害时采用空压机与爆炸容器相连等。[0008]进一步，所述爆炸容器为圆柱形铁桶；所述模拟管道和连接管道为铁管，均根据试验情况确定个数，其中不同直径的模拟管道通过连接管道实现对接，连接管道的弯角有30°、45°、60°、90° ,120° 五种。
[0009]进一步，所述法兰盘通过螺栓螺母进行紧固，在膜片处的两个法兰盘之间加两个O型垫圈，其他各连接处的两个法兰盘之间加一个O型垫圈，以确保气密性；所述膜片为塑料片，厚度根据模拟的瓦斯动力灾害初始弱面特性设置。
[0010]进一步，所述薄片为纸片或薄塑料布，用橡皮筋系在管网末端的模拟管道出口处，起替代远处管道阻力的作用；对于有风机的模拟管网，有一个模拟管道出口为空，用于进风。
[0011]进一步，所述风机为抽出式风机，在模拟同向风流管网、不同风流管网时采用。
[0012]其试验方法有两种，I)在模拟瓦斯爆炸动力灾害时:
[0013]①将模拟管网搭设好，检查所有法兰盘与螺栓螺母是否紧固、膜片是否紧固在两个O型垫圈之间，用橡皮筋将薄片系在管网末端的各模拟管道出口处；
[0014]②检查所有模拟管道上的压力传感器是否完好和安装紧固，并对压力传感器进行编号，按编号顺序依次连接在数据采集仪上，并将数据采集仪与计算机连接；
[0015]③保持阀门a关闭状态，打开阀门b，将真空泵连接于气路，开启真空泵对爆炸容器抽真空，之后关闭阀门b;
[0016]④打开阀门a，再先后打开瓦斯气瓶和空气瓶、减压阀a和b、电磁阀a和b、流量计a和b，调节瓦斯与空气进入爆炸容器的瓦斯浓度，之后关闭阀门a ；
[0017]⑤打开计算机和数据采集仪，对于有风机的模拟管网则开启风机，将点火探针与点火器连接，点火器对点火探针点火，爆炸冲击波冲破膜片在管网中进行传递，各压力传感器测得的压力被数据采集仪记录；
[0018]⑥通过对各压力传感器所测数据进行分析和处理，找到瓦斯爆炸对模拟管网的动力作用特性，进而得到瓦斯爆炸动力灾害对矿井通风网络的影响；
[0019]2)在模拟瓦斯突出、瓦斯倾出和瓦斯压出动力灾害时:
[0020]①将模拟管网搭设好，检查所有法兰盘与螺栓螺母是否紧固、膜片是否紧固在两个O型垫圈之间，用橡皮筋将薄片系在管网末端的各模拟管道出口处；
[0021]②检查所有模拟管道上的压力传感器是否完好和安装紧固，并对压力传感器进行编号，按编号顺序依次连接在数据采集仪上，并将数据采集仪与计算机连接；
[0022]③保持阀门a关闭状态，打开阀门b，将空压机连接于气路；
[0023]④打开计算机和数据采集仪，对于有风机的模拟管网则开启风机，开启空压机对爆炸容器注入压缩空气，观测压力表的变化，待爆炸容器中压缩空气的压力达到某一值时，会冲破膜片在管网中进行传递，各压力传感器测得的压力被数据采集仪记录；
[0024]⑤通过对各压力传感器所测数据进行分析和处理，找到瓦斯突出、瓦斯倾出和瓦斯压出对模拟管网的动力作用特性，进而瓦斯爆炸动力灾害对矿井通风网络的影响。
[0025]本发明的有益效果是:本发明可进行不同类型瓦斯动力灾害对矿井通风网络影响研究；并且通过调整不同模拟管道和连接管道的连接方式可进行瓦斯动力灾害对不同矿井通风网络的影响研究，包括不同管网组合、不同风向组合、有风和无风组合等多种通风网络。【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1为本发明实施例1的结构示意图。
[0027]图2为本发明实施例2的结构示意图。
[0028]图3为本发明实施例3的结构示意图。
[0029]图4为本发明实施例4的结构示意图。
[0030]其中:1 一瓦斯气瓶，2—空气瓶，3(a、b)—减压阀，4(a、b)—电磁阀，5(a、b)—流量计，6 (a、b)—阀I], 7—爆炸容器，8—真空栗，9—空压机，10—压力表，11—膜片，12—点火探针，13—点火器，14 一模拟管道，15—法兰盘，16—螺栓螺母，17—压力传感器，18—连接管道,19—薄片(等效于长巷道阻力)，20一橡皮筋，21一风机。
【具体实施方式】
[0031]下面结合附图和实施例对本发明作进一步阐述。
[0032]如图1?4所示为本发明瓦斯动力灾害对矿井通风网络影响试验系统及方法的实施例I?4结构示意图，其中图1、图2为模拟无风或微风通风网络情形，图3、图4为模拟不同风向通风网络情形；各实施例提供的瓦斯动力灾害对矿井通风网络影响试验系统由充气模块、动力作用模块、模拟管网模块和计量模块组成，其中充气模块包括瓦斯气瓶1、空气瓶2、减压阀3、电磁阀4、流量计5、真空泵8、空压机9及阀门6 ;动力作用模块包括爆炸容器7、压力表10、点火探针12、点火器13及膜片11 ;模拟管网模块包括模拟管道14、连接管道18、法兰盘15、螺栓螺母16、薄片19及橡皮筋20 ;计量模块包括压力传感器17、数据采集仪及计算机；所述瓦斯气瓶1、空气瓶2分别通过减压阀3、电磁阀4、流量计5连接于爆炸容器7，在连接处设置阀门6a ;所述真空泵8、空压机9通过阀门6b与爆炸容器7连接；所述爆炸容器7还设置压力表10、点火探针12和一个出口，其中点火探针12与点火器13连接，出口通过法兰盘15、螺栓螺母16与模拟管道14连接，并在爆炸容器7的出口与模拟管道14之间设置膜片11 ;所述模拟管道14与连接管道18通过法兰盘15和螺栓螺母16组合形成模拟管网，在管网的末端出口处设置薄片19，橡皮筋20将薄片19系在模拟巷道14上；所述压力传感器17设置在各节模拟巷道14中间；所述风机21设置在其中一个模拟巷道14的出口处。
[0033]所述瓦斯气瓶I和空气瓶2为高压气瓶，要固定放置；所述真空泵8和空压机9共用一条气路，在模拟瓦斯爆炸动力灾害时采用真空泵8与爆炸容器7相连，在模拟瓦斯突出、瓦斯倾出和瓦斯压出动力灾害时采用空压机9与爆炸容器7相连等；所述爆炸容器7为圆柱形铁桶；所述模拟管道14和连接管道18为铁管，均根据试验情况确定个数，其中不同直径的模拟管道14通过连接管道18实现对接，连接管道18的弯角有30°、45°、60°、90°、120°五种，可模拟煤矿中各种巷道的连接夹角；所述法兰盘15通过螺栓螺母16进行紧固，在膜片11处的两个法兰盘15之间加两个O型垫圈，其他各连接处的两个法兰盘15之间加一个O型垫圈，以确保气密性；所述膜片11为塑料片，厚度根据模拟的瓦斯动力灾害初始弱面特性设置；所述薄片19为纸片或薄塑料布，用橡皮筋20系在管网末端的模拟管道14出口处，起替代远处管道阻力的作用；对于有风机21的模拟管网，有一个模拟管道14出口为空，用于进风；所述风机21为抽出式风机，在模拟同向风流管网、不同风流管网时采用。
[0034]在各实施例模拟瓦斯爆炸动力灾害时:
[0035]①将模拟管网搭设好，检查所有法兰盘15与螺栓螺母16是否紧固、膜片11是否紧固在两个O型垫圈之间，用橡皮筋20将薄片19系在管网末端的各模拟管道14出口处；
[0036]②检查所有模拟管道14上的压力传感器17是否完好和安装紧固，并对压力传感器17进行编号，按编号顺序依次连接在数据采集仪上，并将数据采集仪与计算机连接；
[0037]③保持阀门6a关闭状态，打开阀门6b，将真空泵8连接于气路，开启真空泵8对爆炸容器7抽真空，之后关闭阀门6b ；
[0038]④打开阀门6a,再先后打开瓦斯气瓶I和空气瓶2、减压阀3a和3b、电磁阀4a和4b、流量计5a和5b，调节瓦斯与空气进入爆炸容器7的瓦斯浓度，之后关闭阀门6a ；
[0039]⑤打开计算机和数据采集仪，对于实施例3或4则开启风机21，将点火探针12与点火器13连接，点火器13对点火探针12点火，爆炸冲击波冲破膜片11在管网中进行传递，各压力传感器17测得的压力被数据采集仪记录；
[0040]⑥通过对各压力传感器17所测数据进行分析和处理，找到瓦斯爆炸对模拟管网的动力作用特性，进而得到瓦斯爆炸动力灾害对矿井通风网络的影响；
[0041]在各实施例模拟瓦斯突出、瓦斯倾出和瓦斯压出动力灾害时:
[0042]①将模拟管网搭设好，检查所有法兰盘15与螺栓螺母16是否紧固、膜片11是否紧固在两个O型垫圈之间，用橡皮筋20将薄片19系在管网末端的各模拟管道14出口处；
[0043]②检查所有模拟管道14上的压力传感器17是否完好和安装紧固，并对压力传感器17进行编号，按编号顺序依次连接在数据采集仪上，并将数据采集仪与计算机连接；
[0044]③保持阀门6a关闭状态，打开阀门6b，将空压机9连接于气路；
[0045]④打开计算机和数据采集仪，对于实施例3或4则开启风机21，开启空压机9对爆炸容器7注入压缩空气，观测压力表10的变化，待爆炸容器7中压缩空气的压力达到某一值时，会冲破膜片11在管网中进行传递，各压力传感器17测得的压力被数据采集仪记录；
[0046]⑤通过对各压力传感器17所测数据进行分析和处理，找到瓦斯突出、瓦斯倾出和瓦斯压出对模拟管网的动力作用特性，进而瓦斯爆炸动力灾害对矿井通风网络的影响。
[0047]最后应当说明的是，以上内容仅用于说明本发明的技术方案，而非对其保护范围进行限制，本领域普通技术人员对本发明通风网络组合形式进行一定的修改，均不脱离本发明技术方案的有效范围。
【权利要求】
1.瓦斯动力灾害对矿井通风网络影响试验系统，其特征在于，该系统由充气模块、动力作用模块、模拟管网模块和计量模块组成，其中充气模块包括瓦斯气瓶(I)、空气瓶(2)、减压阀(3)、电磁阀(4)、流量计(5)、真空泵(8)、空压机(9)及阀门(6);动力作用模块包括爆炸容器(7)、压力表(10)、点火探针(12)、点火器(13)及膜片(11);模拟管网模块包括模拟管道(14)、连接管道(18)、法兰盘(15)、螺栓螺母(16)、薄片(19)及橡皮筋(20);计量模块包括压力传感器(17)、数据采集仪及计算机；所述瓦斯气瓶(I)、空气瓶(2)分别通过减压阀(3)、电磁阀(4)、流量计(5)连接于爆炸容器(7)，在连接处设置阀门(6a);所述真空泵(8)、空压机(9)通过阀门(6b)与爆炸容器(7)连接；所述爆炸容器(7)还设置压力表(10)、点火探针(12)和一个出口，其中点火探针(12)与点火器(13)连接，出口通过法兰盘(15)、螺栓螺母(16)与模拟管道(14)连接，并在爆炸容器(7)的出口与模拟管道(14)之间设置膜片(11);所述模拟管道(14)与连接管道(18)通过法兰盘(15)和螺栓螺母(16)组合形成模拟管网，在管网的末端出口处设置薄片(19)，橡皮筋(20)将薄片(19)系在模拟巷道(14)上；所述压力传感器(17)设置在各节模拟巷道(14)中间；所述风机(21)设置在其中一个模拟巷道(14)的出口处。
2.根据权利要求1所述的瓦斯动力灾害对矿井通风网络影响试验系统，其特征在于，所述瓦斯气瓶(I)和空气瓶(2)为高压气瓶，要固定放置。
3.根据权利要求1所述的瓦斯动力灾害对矿井通风网络影响试验系统，其特征在于，所述真空泵(8)和空压机(9)共用一条气路，在模拟瓦斯爆炸动力灾害时采用真空泵(8)与爆炸容器(7)相连，在模拟瓦斯突出、瓦斯倾出和瓦斯压出动力灾害时采用空压机(9)与爆炸容器(7)相连等。
4.根据权利要求1所述的瓦斯动力灾害对矿井通风网络影响试验系统，其特征在于，所述爆炸容器(7)为圆柱形铁桶；所述模拟管道(14)和连接管道(18)为铁管，均根据试验情况确定个数，其中不同直径的模拟管道(14)通过连接管道(18)实现对接，连接管道(18)的弯角有 30°、45。、60。、90。、120。五种。
5.根据权利要求1所述的瓦斯动力灾害对矿井通风网络影响试验系统，其特征在于，所述法兰盘(15)通过螺栓螺母(16)进行紧固，在膜片(11)处的两个法兰盘(15)之间加两个O型垫圈，其他各连接处的两个法兰盘(15)之间加一个O型垫圈；所述膜片(11)为塑料片，厚度根据模拟的瓦斯动力灾害初始弱面特性设置。
6.根据权利要求1所述的瓦斯动力灾害对矿井通风网络影响试验系统，其特征在于，所述薄片(19)为纸片或薄塑料布，用橡皮筋(20)系在管网末端的模拟管道(14)出口处；对于有风机(21)的模拟管网，有一个模拟管道(14)出口为空，用于进风。
7.根据权利要求1或6所述的瓦斯动力灾害对矿井通风网络影响试验系统，其特征在于，所述风机(21)为抽出式风机。
8.瓦斯动力灾害对矿井通风网络影响试验方法，其特征在于，所述试验方法有两种，I)在模拟瓦斯爆炸动力灾害时: ①将模拟管网搭设好，检查所有法兰盘(15)与螺栓螺母(16)是否紧固、膜片(11)是否紧固在两个O型垫圈之间，用橡皮筋(20)将薄片(19)系在管网末端的各模拟管道(14)出口处； ②检查所有模拟管道(14)上的压力传感器(17)是否完好和安装紧固，并对压力传感器(17)进行编号，按编号顺序依次连接在数据采集仪上，并将数据采集仪与计算机连接； ③保持阀门(6a)关闭状态，打开阀门(6b)，将真空泵(8)连接于气路，开启真空泵(8)对爆炸容器(7)抽真空，之后关闭阀门(6b); ④打开阀门(6a)，再先后打开瓦斯气瓶(I)和空气瓶(2)、减压阀(3a)和(3b )、电磁阀(4a)和(4b )、流量计(5a)和(5b )，调节瓦斯与空气进入爆炸容器(7 )的瓦斯浓度，之后关闭阀门(6a)； ⑤打开计算机和数据采集仪，对于有风机(21)的模拟管网则开启风机(21)，将点火探针(12)与点火器(13)连接，点火器(13)对点火探针(12)点火，爆炸冲击波冲破膜片(11)在管网中进行传递，各压力传感器(17)测得的压力被数据采集仪记录； ⑥通过对各压力传感器(17)所测数据进行分析和处理，找到瓦斯爆炸对模拟管网的动力作用特性，进而得到瓦斯爆炸动力灾害对矿井通风网络的影响； 2)在模拟瓦斯突出、瓦斯倾出和瓦斯压出动力灾害时: ①将模拟管网搭设好，检查所有法兰盘(15)与螺栓螺母(16)是否紧固、膜片(11)是否紧固在两个O型垫圈之间，用橡皮筋(20)将薄片(19)系在管网末端的各模拟管道(14)出口处；②检查所有模拟管道(14)上的压力传感器(17)是否完好和安装紧固，并对压力传感器(17)进行编号，按编号顺序依次连接在数据采集仪上，并将数据采集仪与计算机连接； ③保持阀门(6a)关闭状态，打开阀门(6b)，将空压机(9)连接于气路； ④打开计算机和数据采集仪，对于有风机(21)的模拟管网则开启风机(21)，开启空压机(9 )对爆炸容器(7 )注入压缩空气，观测压力表(10 )的变化，待爆炸容器(7 )中压缩空气的压力达到某一值时，会冲破膜片(11)在管网中进行传递，各压力传感器(17)测得的压力被数据采集仪记录； ⑤通过对各压力传感器(17)所测数据进行分析和处理，找到瓦斯突出、瓦斯倾出和瓦斯压出对模拟管网的动力作用特性，进而瓦斯爆炸动力灾害对矿井通风网络的影响。
【文档编号】G01M99/00GK103837363SQ201410101400
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2014年3月18日 优先权日:2014年3月18日
【发明者】李重情, 刘泽功, 刘健, 杨应迪 申请人:安徽理工大学