一種煤與瓦斯共采三維物理模擬綜合實驗系統技術方案

本發明專利技術公開了一種煤與瓦斯共采三維物理模擬綜合實驗系統，屬于煤與瓦斯安全共采技術領域，該系統包括：箱體，液壓開采單元，液壓加載單元，通風巷道單元，氣體注入控制單元和測試單元；箱體的第一面和與所述第一面相對的第三面上均設置測氣孔，箱體的第二面上設置有進風孔和回風孔，箱體的第四面上設置有出線孔；液壓開采單元包括的液壓缸并聯支撐條鋼，兩個液壓缸與箱體底部連接支撐一個條鋼；液壓加載單元包括的加載機架設置在箱體導軌上，導軌設置在箱體兩側；通風巷道單元包括巷道和通風機；氣體注入控制單元內的高壓鋼瓶通過配氣管與多通配氣柜連通，配氣管和分管路連通；測試單元包括氣體測試單元，應力測試單元和微震測試單元。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于煤礦開采設備
，更具體的涉及一種煤與瓦斯共采三維物理模擬綜合實驗系統。
技術介紹
我國是世界第一產煤大國，煤炭產量占世界的48.3％，同時煤炭又是我國的主要能源，分別占一次能源生產和消費總量的76％和69％。煤炭的大規模開采，使得煤層開采深度不斷加深，煤層中瓦斯壓力急劇增大，導致工作面瓦斯涌出量急劇上升，嚴重的瓦斯動力現象頻頻出現，甚至發生瓦斯燃燒、爆炸及煤與瓦斯突出之類的惡性事故，嚴重威脅著礦井安全生產，造成了重大的人員傷亡、經濟損失和不良的社會影響。且煤層中絕大部分瓦斯還是直接排空，造成嚴重的大氣污染。與其災害性相對，瓦斯本身又是一種經濟的可燃氣體，是高熱、潔凈、方便的能源。因此，改變以往將瓦斯僅作為災害性氣體的傳統觀念，將其作為資源性氣體，同時設計、施工、形成采煤和瓦斯抽采兩個相對獨立而又相互依賴的一體化系統(即“煤與瓦斯共采”系統)，在開采煤炭時，將瓦斯安全高效地抽采出來。從而實現礦井安全生產、環境保護和新能源供應等多重效應，獲得顯著的經濟和社會效益。實現“煤與瓦斯共采”主要是掌握煤層開采過程中上覆巖層裂隙時空演化與卸壓瓦斯運移聚集規律，從而尋找出煤層及采場內瓦斯富集區，并將抽采巷道或鉆孔終孔布置于合理位置。目前在覆巖裂隙演化與卸壓瓦斯運移聚集規律的研究方法及手段主要有現場實測、數值模擬及物理相似材料模擬等。現場實測研究所需周期較長，耗費大量人力、物力，受現場條件限制嚴重，局限性較大；而數值模擬還難以準確處理采動后巖體應力分布、大變形移動破壞、冒落后的物性變化以及裂隙中卸壓瓦斯滲流、擴散等演化過程，缺乏進行準確計算所必須的真實原巖應力場、瓦斯滲流場、真實巖體物理力學參數等基礎數據，其結果也往往無法達到真正的“仿真”。國內外在相似材料物理模擬實驗方面已取得較多成果，然而仍缺乏同步研究采場覆巖移動、裂隙演化及卸壓瓦斯運移等規律的物理相似材料模擬實驗系統，因此，現有三維物理模擬實驗平臺有很大的局限性。綜上所述，現有煤層開采過程中上確定覆巖層裂隙時空演化與卸壓瓦斯運移聚集規律是急需解決的問題。
技術實現思路
本專利技術實施例提供一種煤與瓦斯共采三維物理模擬綜合實驗系統，用以確定覆巖層裂隙時空演化與卸壓瓦斯運移聚集規律。本專利技術實施例提供一種煤與瓦斯共采三維物理模擬綜合實驗系統，包括：箱體，液壓開采單元，液壓加載單元，通風巷道單元，氣體注入控制單元和測試單元；所述箱體的第一面和與所述第一面相對的第三面上均設置測氣孔，所述箱體的第二面上設置有進風孔和回風孔、瓦斯抽采孔，所述箱體的第四面上設置有傳感器出線孔；所述液壓開采單元包括液壓缸和條鋼，兩個所述液壓缸并聯支撐所述條鋼，且兩個所述液壓缸與所述箱體底部連接；所述液壓加載單元包括加載機架，所述加載機架設置在所述箱體兩側的導軌上，所述導軌分別固定在所述箱體的兩側；所述通風巷道單元包括巷道和通風機，所述巷道設置在所述箱體內，所述通風機與設置在所述箱體第二面上的進風孔連接；所述氣體注入控制單元包括高壓鋼瓶，多通配氣柜和配氣管和分管路；所述高壓鋼瓶通過所述配氣管與所述多通配氣柜連通，所述配氣管與分管路聯通；所述分管路穿過所述箱體底部，與所述條鋼連通；所述測試單元包括至少3類傳感器，所述氣體測試傳感器、應力測試傳感器和微震監測探頭埋設在所述箱體內，數據線分別通過箱體的所述出線孔連接到數據采集和分析單元。優選地，所述測氣孔成排分布在所述第一面和所述第三面上，且每排包括多個所述測氣孔；位于所述第一面和所述第三面上的第一排測氣孔的高度與下降后的所述條鋼具有相等的高度，其中，所述第一面和所述第三面上的所述第一排測氣孔與所述箱體底部相鄰。優選地，所述瓦斯抽采孔設置在回風孔上方，相鄰所述瓦斯抽采孔之間的距離為160mm。優選地，所述條鋼的寬度包括40mm，50mm和60mm，且所述條鋼的高度為120mm；所述條鋼升起或降下的高度由與所述條鋼連接的位移傳感器測定，升起或降下的高度通過電腦設定。優選地，所述液壓加載單元還包括柔性介質；所述加載機架上設置6個伺服液壓缸，所述伺服液壓缸下部安裝高強壓頭，通過設置在箱體上的所述柔性介質，將所述壓頭對所述箱體的剛性力轉變為柔性力。優選地，所述條鋼上表面均勻設置微孔，多個所述分管路分別所述微孔與所述條鋼連通。優選地，與所述氣體測試單元電連接的傳感器包括瓦斯濃度傳感器和氣體壓力傳感器；所述瓦斯濃度傳感器和所述氣體壓力傳感器通過數據線傳送采集到的信號。優選地，與所述應力測試單元電連接的傳感器為土應力傳感器，多個所述土應力傳感器分別設置在條鋼上。優選地，與所述微震測試單元電連接的傳感器為微震監測探頭，所述微震監測探頭預先設置在待采集煤層或者巖層內。本專利技術實施例中，提供一種煤與瓦斯共采三維物理模擬綜合實驗系統，包括箱體，液壓開采單元，液壓加載單元，通風巷道單元，氣體注入控制單元和測試單元；所述箱體的第一面和與所述第一面相對的第三面上均設置測氣孔，所述箱體的第二面上設置有進風孔和回風孔、瓦斯抽采孔，所述箱體的第四面上設置有傳感器出線孔；所述液壓加載單元包括加載機架，所述加載機架設置在所述箱體兩側的導軌上，所述導軌分別固定在所述箱體的兩側；所述通風巷道單元包括巷道和通風機，所述巷道設置在所述箱體內，所述通風機與設置在所述箱體第二面上的進風孔連接；所述氣體注入控制單元包括高壓鋼瓶，多通配氣柜和配氣管和分管路；所述高壓鋼瓶通過所述配氣管與所述多通配氣柜連通，所述配氣管與分管路聯通；所述分管路穿過所述箱體底部，與所述條鋼連通；所述測試單元包括至少3個傳感器，且多個所述傳感器埋設在所述箱體內，分別通過箱體的所述傳感器出線孔與設置在所述箱體中的氣體測試單元，應力測試單元和微震測試單元電連接。本專利技術實施例提供的一種煤與瓦斯共采三維物理模擬綜合實驗系統，將液壓開采單元、液壓加載單元、通風巷道單元、氣體注入控制單元和測試單元相結合，進行采煤物理相似模擬實驗時，綜合考慮開采時采空區內瓦斯氣體濃度，開采煤層應力變化以及上覆巖層裂隙發育等情況，實現對煤礦礦壓力分布規律、覆巖裂隙演化規律、瓦斯運移和富集以及瓦斯抽采進行全面研究。附圖說明為了更清楚地說明本專利技術實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本專利技術的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1A～圖1B為本專利技術實施例提供的一種煤與瓦斯共采三維物理模擬綜合實驗系統結構示意圖；圖2A為本專利技術實施例提供的箱體第一面結構示意圖；圖2B為本專利技術實施例提供的箱體第三面結構示意圖；圖2C為本專利技術實施例提供的箱體第二面結構示意圖；圖2D為本專利技術實施例提供的箱體第四面結構示意圖。具體實施方式下面將結合本專利技術實施例中的附圖，對本專利技術實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本專利技術一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本專利技術中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本專利技術保護的范圍。圖1A和圖1B示例性的示出了本專利技術實施例提供的一種煤與瓦斯共采三維物理模擬綜合實驗系統結構示意圖，該裝置可以應用于煤礦中。如圖1A和圖本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種煤與瓦斯共采三維物理模擬綜合實驗系統，其特征在于，包括：箱體，液壓開采單元，液壓加載單元，通風巷道單元，氣體注入控制單元和測試單元；所述箱體的第一面和與所述第一面相對的第三面上均設置測氣孔，所述箱體的第二面上設置有進風孔，回風孔和瓦斯抽采孔，所述箱體的第四面上設置有傳感器出線孔；所述液壓開采單元包括液壓缸和條鋼，兩個所述液壓缸并聯支撐所述條鋼，且兩個所述液壓缸與所述箱體底部連接；所述液壓加載單元包括加載機架，所述加載機架設置在所述箱體兩側的導軌上，所述導軌分別固定在所述箱體的兩側；所述通風巷道單元包括巷道和通風機，所述巷道設置在所述箱體內，所述通風機與設置在所述箱體第二面上的進風孔連接；所述氣體注入控制單元包括高壓鋼瓶、多通配氣柜、配氣管和分管路；所述高壓鋼瓶通過所述配氣管與所述多通配氣柜連通，所述配氣管與分管路聯通；所述分管路穿過所述箱體底部，與所述條鋼連通；所述測試單元包括至少3類傳感器，所述氣體測試傳感器、應力測試傳感器和微震監測探頭埋設在所述箱體內，數據線分別通過箱體的所述出線孔連接到數據采集和分析單元。

【技術特征摘要】
1.一種煤與瓦斯共采三維物理模擬綜合實驗系統，其特征在于，包括：箱體，液壓開采單元，液壓加載單元，通風巷道單元，氣體注入控制單元和測試單元；所述箱體的第一面和與所述第一面相對的第三面上均設置測氣孔，所述箱體的第二面上設置有進風孔，回風孔和瓦斯抽采孔，所述箱體的第四面上設置有傳感器出線孔；所述液壓開采單元包括液壓缸和條鋼，兩個所述液壓缸并聯支撐所述條鋼，且兩個所述液壓缸與所述箱體底部連接；所述液壓加載單元包括加載機架，所述加載機架設置在所述箱體兩側的導軌上，所述導軌分別固定在所述箱體的兩側；所述通風巷道單元包括巷道和通風機，所述巷道設置在所述箱體內，所述通風機與設置在所述箱體第二面上的進風孔連接；所述氣體注入控制單元包括高壓鋼瓶、多通配氣柜、配氣管和分管路；所述高壓鋼瓶通過所述配氣管與所述多通配氣柜連通，所述配氣管與分管路聯通；所述分管路穿過所述箱體底部，與所述條鋼連通；所述測試單元包括至少3類傳感器，所述氣體測試傳感器、應力測試傳感器和微震監測探頭埋設在所述箱體內，數據線分別通過箱體的所述出線孔連接到數據采集和分析單元。2.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述測氣孔成排分布在所述第一面和所述第三面上，且每排包括多個所述測氣孔；位于所述第一面和所述第三面上的第一排測氣孔的高度與下降后的所述條鋼具有相等的高度，其中，所述第一面和...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李樹剛，林海飛，魏宗勇，肖鵬，潘紅宇，趙鵬翔，劉超，成連華，丁洋，楊守國，李莉，許滿貴，
申請(專利權)人：西安科技大學，
類型：發明
國別省市：陜西;61