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原文传递一种瓦斯立体抽采与采空区自燃发火耦合试验系统

专利名称：	一种瓦斯立体抽采与采空区自燃发火耦合试验系统
摘要：	本发明公开了一种瓦斯立体抽采与采空区自燃发火耦合试验系统，包括通风系统、瓦斯系统、立体瓦斯抽采系统、数据测量采集系统和控制系统，还包括底座、固定安装在底座上的框体、能覆盖于框体上的顶盖、使放置在框体与顶盖围成的试验腔内的试验样件保持在试验温度的加温系统、对所述试验样件加载XYZ方向应力的三轴应力加载系统和对所述试验样件中的煤层进行开采以形成采空区的煤岩开挖系统。采用本发明能更真实的模拟实际矿井的采空区和瓦斯立体抽采，为后续揭示瓦斯立体抽采与采空区自燃发火之间的耦合关系提供更准确、真实的数据。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	重庆;50
申请人：	余明高
发明人：	余明高;王亮;杨鑫磊;孟祥旭;郑凯;杨宏宇
专利状态：	有效
申请日期：	2019-05-30T00:00:00+0800
发布日期：	2019-09-03T00:00:00+0800
申请号：	CN201910464314.X
公开号：	CN110196315A
代理机构：	重庆华科专利事务所
代理人：	唐锡娇
分类号：	G01N33/22(2006.01);G;G01;G01N;G01N33
申请人地址：	400044 重庆市沙坪坝区沙正街174号重庆大学A区
主权项：	1.一种瓦斯立体抽采与采空区自燃发火耦合试验系统，包括通风系统、瓦斯系统、立体瓦斯抽采系统、数据测量采集系统和控制系统，其特征在于：还包括底座（1）、固定安装在底座（1）上的框体（2）、能覆盖于框体（2）上的顶盖（3）、使放置在框体（2）与顶盖（3）围成的试验腔内的试验样件保持在试验温度的加温系统、对所述试验样件加载XYZ方向应力的三轴应力加载系统和对所述试验样件中的煤层进行开采以形成采空区的煤岩开挖系统；所述煤岩开挖系统包括进风巷道（19）、回风巷道（20）和煤岩开挖机构，进风巷道、回风巷道、煤岩开挖机构安装在框体（2）内，且进风巷道的进风端部、回风巷道的出风端部伸出框体外，所述通风系统位于框体外且安装在回风巷道的出风口（201）处，所述瓦斯系统中的多个瓦斯供给管的出气口和所述立体瓦斯抽采系统中的多个瓦斯抽采管（38）的进气口分别伸入到所述采空区内，所述数据测量采集系统包括数据采集模块、能与瓦斯抽采管连通的气体采样管、对气体采样管中的气体进行分析的气相色谱仪、用于检测采空区温度的第一温度传感器（7）、用于检测采空区气体压力的气体压力传感器（8）和用于检测采空区应力的应力传感器（9），第一温度传感器（7）、气体压力传感器（8）、应力传感器（9）都穿过底座且布设于所述试验样件的煤层底面，并通过数据采集模块与控制系统电连接。 2.根据权利要求1所述的瓦斯立体抽采与采空区自燃发火耦合试验系统，其特征在于：所述煤岩开挖机构包括螺旋开采轴（10）、螺旋输送轴（11）、丝杆（12）、开采伺服减速电机（13）、输送伺服减速电机（14）、行进伺服减速电机（15）、第一导轨（16）、输送槽（18）、第一滑块（26）和第二滑块（27），开采伺服减速电机（13）、输送伺服减速电机（14）、行进伺服减速电机（15）都与控制系统电连接，丝杆（12）、开采伺服减速电机（13）位于进风巷道（19）内，进风巷道（19）内的一端固定连接有第一支架（21）、另一端固定连接有第二支架（22），行进伺服减速电机（15）通过第一支架（21）安装在进风巷道（19）内且其输出轴与丝杆（12）的一端连接，丝杆（12）的另一端支承在第二支架（22）上，螺旋输送轴（11）、第一导轨（16）、输送槽（18）位于回风巷道（20）内，回风巷道（20）内的一端固定连接有第三支架（23）、另一端固定连接有第四支架（24），输送槽（18）的一端与第三支架（23）连接、另一端与第四支架（24）连接，输送槽（18）的靠近回风巷道的端部设置有卸料管（25），卸料管（25）垂直穿过回风巷道的出风端部的底面，输送伺服减速电机（14）通过第三支架（23）安装在回风巷道（20）内且其输出轴与螺旋输送轴（11）的一端连接，螺旋输送轴（11）位于输送槽（18）内且其另一端支承在第四支架（24）上，第一导轨（16）位于输送槽（18）外，与螺旋输送轴（11）平行，且其一端安装在第三支架（23）上、另一端安装在第四支架（24）上，螺旋开采轴（10）的一端跨过螺旋输送轴（11）且支承在第一滑块（26）上，第一滑块（26）能相对于第一导轨（16）滑动，螺旋开采轴（10）的另一端与开采伺服减速电机（13）的输出轴连接，开采伺服减速电机（13）固定在第二滑块（27）上，第二滑块（27）与套在丝杆（12）上的丝母（28）连接，行进伺服减速电机（15）带动丝杆转动，通过丝母能带动第二滑块（27）、开采伺服减速电机（13）、螺旋开采轴（10）行进。 3.根据权利要求2所述的瓦斯立体抽采与采空区自燃发火耦合试验系统，其特征在于：所述煤岩开挖机构还包括第二导轨（17），第二导轨（17）与丝杆（12）平行且一端安装在第一支架（21）上、另一端安装在第二支架（22）上；所述第一滑块（26）固定连接有第一导向套（29），第一导向套套在所述第一导轨（16）上且能相对于第一导轨滑动，所述第二滑块（27）固定连接有第二导向套（30），第二导向套套在所述第二导轨（17）上且能相对于第二导轨滑动。 4.根据权利要求1或2或3所述的瓦斯立体抽采与采空区自燃发火耦合试验系统，其特征在于：所述三轴应力加载系统包括安装在顶盖（3）上的Z向加载单元、安装在框体（2）的前侧壁和后侧壁上的Y向加载单元以及安装在框体（2）的左侧壁上的X向加载单元，所述X向加载单元、Y向加载单元、Z向加载单元都由多个加载油缸作动器（4）构成，加载油缸作动器（4）的输出轴伸入框体（2）内，通过固定件（5）固定连接有作用于试验样件的加压盘（6）；每个加载油缸作动器分别与液压伺服加载系统液动连接，液压伺服加载系统与所述控制系统电连接。 5.根据权利要求4所述的瓦斯立体抽采与采空区自燃发火耦合试验系统，其特征在于：所述加载油缸作动器（4）的输出轴上套设有密封盘（33），所述密封盘位于框体（2）与加压盘（6）之间。 6.根据权利要求4或5所述的瓦斯立体抽采与采空区自燃发火耦合试验系统，其特征在于：所述框体（2）内设置有第一内衬板（31）和第二内衬板（32），第一内衬板（31）安装在框体（2）的前侧壁与左侧壁相交形成的夹角部位，第一内衬板（31）的一部分与框体（2）的前侧壁左部贴合、另一部分与框体（2）的左侧壁前部贴合，第二内衬板（32）安装在框体（2）的后侧壁与左侧壁相交形成的夹角部位，第二内衬板（32）的一部分与框体（2）的后侧壁左部贴合、另一部分与框体（2）的左侧壁后部贴合。 7.根据权利要求1至6任一所述的瓦斯立体抽采与采空区自燃发火耦合试验系统，其特征在于：所述加温系统包括加热模块和保温模块；所述加热模块包括电加热带（34）和第二温度传感器（35），电加热带（34）均匀铺设在框体（2）内，第二温度传感器（35）穿过底座并伸入到所述试验样件的底板内检测底板的温度，电加热带（34）与控制系统电连接，第二温度传感器（35）通过所述数据采集模块与控制系统电连接；所述保温模块为喷涂在框体内壁的绝热材料和/或填充在框体内壁与所述试验样件之间的保温材料。 8.根据权利要求1至7任一所述的瓦斯立体抽采与采空区自燃发火耦合试验系统，其特征在于：所述顶盖（3）上开设有多个用于实现地面钻井抽采瓦斯的第一瓦斯抽采孔（47），框体（2）的侧壁上开设有多个用于实现高抽巷抽采瓦斯的第二瓦斯抽采孔（48），所述底座（1）上开设有多个用于实现底板穿层钻孔抽采瓦斯的第三瓦斯抽采孔（49）；所述立体瓦斯抽采系统还包括多个抽气泵（36）和多个电控三通阀（37），多个瓦斯抽采管（38）的进气口分别穿过第一、第二、第三瓦斯抽采孔（47、48、49）而伸入到所述采空区内；瓦斯抽采管（38）的出气口与电控三通阀（37）的第一个端口连接，抽气泵（36）与电控三通阀（37）的第二个端口连接，所述气体采样管与电控三通阀（37）的第三个端口连接，所述抽气泵（36）、电控三通阀（37）与控制系统电连接。 9.根据权利要求8所述的瓦斯立体抽采与采空区自燃发火耦合试验系统，其特征在于：所述瓦斯抽采管（38）的一端为封闭的锥形头、另一端为瓦斯抽采管（38）的出气口，瓦斯抽采管（38）的管壁上开设有多个能与所述采空区连通的抽气孔（39），多个所述抽气孔（39）构成瓦斯抽采管（38）的进气口。 10.根据权利要求1-9任一所述的瓦斯立体抽采与采空区自燃发火耦合试验系统，其特征在于：所述底座（1）的前侧设置有一套顶盖滑移机构，所述底座（1）的后侧也设置有一套顶盖滑移机构，两套顶盖滑移机构关于框体沿左右方向的中线对称，设置在底座（1）后侧的顶盖滑移机构包括滑轨（40）、第一支脚（41）、第二支脚（42）、第一滑轮（43）、第二滑轮（44）和驱动电机（45），滑轨（40）通过多根支撑柱（46）安装在底座（1）的后侧上方，第一支脚（41）的上端与顶盖（3）的后侧左部固定连接、下端连接第一滑轮（43），第一滑轮（43）配合在滑轨上，第二支脚（42）的上端与顶盖（3）的后侧右部固定连接、下端连接第二滑轮（44），第二滑轮（44）配合在滑轨上且其转轴与驱动电机（45）的输出轴连接，驱动电机（45）与控制系统电连接。
所属类别：	发明专利