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原文传递冲击地压破含瓦斯煤模拟实验系统及破煤实验方法

专利名称：	冲击地压破含瓦斯煤模拟实验系统及破煤实验方法
摘要：	本发明公开了一种冲击地压破含瓦斯煤模拟实验系统，包括电磁增压机构、液压泵站、轴压装置和煤样存放装置；液压泵站为煤样存放装置提供用于产生围压的液压油，液压泵站为轴压装置提供用于产生轴压的液压油，液压泵站为电磁增压机构提供用于增压的液压油，电磁增压机构为轴压装置提供用于模拟冲击地压的液压油，轴压装置为煤样存放装置提供冲击地压的冲击力。本发明还公开了相应的破煤实验方法。本发明不需要提升重物，能够释放的压力更大且易于精准调节冲击力的大小，释放冲击力的速度更快，使本发明能够更为接近实际情况地进行冲击地压破含瓦斯煤模拟实验，而且便于调节围压轴压以及冲击力，适于快速多次进行不同条件下的模拟实验。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	河南;41
申请人：	河南理工大学
发明人：	李波;孙超伦;魏建平;王泽祺;任永婕
专利状态：	有效
申请日期：	2019-05-29T00:00:00+0800
发布日期：	2019-07-12T00:00:00+0800
申请号：	CN201910454261.3
公开号：	CN110007059A
代理机构：	郑州豫开专利代理事务所(普通合伙)
代理人：	王金
分类号：	G01N33/22(2006.01);G;G01;G01N;G01N33
申请人地址：	454150 河南省焦作市高新区世纪大道2001号
主权项：	1.冲击地压破含瓦斯煤模拟实验系统，其特征在于：包括电磁增压机构、液压泵站、轴压装置和煤样存放装置；液压泵站为煤样存放装置提供用于产生围压的液压油，液压泵站为轴压装置提供用于产生轴压的液压油，液压泵站为电磁增压机构提供用于增压的液压油，电磁增压机构为轴压装置提供用于模拟冲击地压的液压油，轴压装置为煤样存放装置提供用于模拟冲击地压的压力。 2.根据权利要求1所述的冲击地压破含瓦斯煤模拟实验系统，其特征在于：还包括有瓦斯吸附解析装置；瓦斯吸附解析装置用于煤样吸附解析瓦斯。 3.根据权利要求2所述的冲击地压破含瓦斯煤模拟实验系统，其特征在于：所述电磁增压机构包括第一机架，第一机架包括第一底座和第一顶板，第一底座上设有第一液压缸，第一液压缸的内腔壁密封滑动连接有第一活塞，第一活塞水平设置，第一活塞上表面承载有钢制滑块，第一液压缸顶壁设有上下通透的滑孔，钢制滑块向上伸出滑孔；第一活塞与其下方的第一液压缸的内腔壁围成增压液压腔；第一顶板上固定连接有电磁吸盘，电磁吸盘通过连接线路连接有电控装置；电磁吸盘向下连接有弹簧组，弹簧组包括若干高强弹簧；各高强弹簧的下端均与一铁制吸盘相连接，铁制吸盘位于钢制滑块的正上方；各高强弹簧处于舒张状态且增压液压腔中充满油时，铁制吸盘与钢制滑块相压接，各高强弹簧处于压缩状态时铁制吸盘与钢制滑块相分离；增压液压腔连接有第一进液管和第一出液管，第一进液管用于向增压液压腔供给液压油，第一出液管用于增压液压腔内的液压油流出；第一进液管上设有第一阀门，第一出液管上设有单向阀；第一进液管和第一出液管均与第一管道相连接，第一管道用与轴压装置相连接；单向阀的单向开启方向为由增压液压腔朝向第一管道。 4.根据权利要求3所述的冲击地压破含瓦斯煤模拟实验系统，其特征在于：滑孔的孔壁上均匀间隔嵌设有若干滚珠，钢制滑块的侧壁与滚珠滚动配合。 5.根据权利要求3或4所述的冲击地压破含瓦斯煤模拟实验系统，其特征在于：煤样存放装置包括第二底座，第二底座向上连接有下液压筒，下液压筒竖向设置，下液压筒的内腔底部设有钢制孔板，钢制孔板上均匀分布有多个用于通过瓦斯气体的微孔，微孔的直径小于等于0.1毫米；下液压筒向上通过螺栓连接有环形钢板；环形钢板的中心孔的孔壁连接有第一密封胶筒，第一密封胶筒内紧压设有圆柱形的钢制垫块，钢制垫块的上表面与环形钢板的上表面相平齐，钢制垫块的下表面与环形钢板的下表面相平齐；下液压筒的内腔中设有环形密封胶套，环形密封胶套的筒底与钢制孔板相接，环形密封胶套具有内腔且其内腔作为围压腔，环形密封胶套所围成的中心孔作为用于盛放煤样的煤样腔；煤样腔上端接钢制垫块下端接钢制孔板；环形密封胶套的周向外壁与下液压筒的内壁相接；环形密封胶套的顶部与环形钢板和第一密封胶筒相接；环形密封胶套的内腔作为围压腔，围压腔连接有第四管道，第四管道与液压泵站相连接；瓦斯吸附解析装置包括高压瓦斯气瓶，高压瓦斯气瓶连接有瓦斯供给管路，瓦斯供给管路上设有瓦斯供给阀门、压力表和第一流量计；第二底座内部设有瓦斯供给孔和瓦斯解析孔，瓦斯供给孔和瓦斯解析孔相互连通；瓦斯供给孔与钢制孔板相接，瓦斯供给管路伸入瓦斯供给孔并与钢制孔板相接；瓦斯供给孔连接有瓦斯解析管路，瓦斯解析管路伸入瓦斯供给孔并与瓦斯供给管路相连通，瓦斯解析管路伸出第二底座且其上设有第二流量计和瓦斯解析用阀门。 6.根据权利要求5所述的冲击地压破含瓦斯煤模拟实验系统，其特征在于：下液压筒的外壁固定连接有安装架；安装架向上延伸并连接有第二顶板；第二顶板通过螺栓向下连接有上液压筒，上液压筒的内腔壁连接有第三密封胶筒，第三密封胶筒顶部伸出上液压筒并紧压在第二顶板和上液压筒之间；第三密封胶筒内壁滑动连接有第二活塞，第二活塞向下固定连接有活塞杆；上液压筒具有底壁，上液压筒底壁中心处设有通孔，第三密封胶筒的底部伸入该通孔并与通孔的孔壁固定连接；活塞杆通过第三密封胶筒伸出上液压筒底壁处的通孔，活塞杆与该通孔处的第三密封胶筒滑动密封配合；第二活塞与其上方的第三密封胶筒以及第二顶板围成轴压腔，第二活塞与其下方的第三密封胶筒围成回油油腔；回油油腔底部连接有第三管道，第三管道伸出第三密封胶筒和上液压筒与液压泵站相连接；轴压腔连接有第一管道和第二管道，第一管道伸出第二顶板并连接所述第一进液管和第一出液管；第二管道伸出第二顶板并与液压泵站相连接。 7.根据权利要求6所述的冲击地压破含瓦斯煤模拟实验系统，其特征在于：活塞杆的底面设有薄膜压力传感器，薄膜压力传感器与所述电控装置相连接；液压泵站与第二管道的连接处设有第二阀门，液压泵站与第三管道的连接处设有第三阀门，液压泵站与第四管道的连接处设有第四阀门。 8.使用权利要求7中所述冲击地压破含瓦斯煤模拟实验系统进行的破煤实验方法，其特征在于按以下步骤进行：第一步骤是检查步骤，检查装置电磁增压机构、液压泵站、轴压装置、煤样存放装置和瓦斯吸附解析装置的状态，确保冲击地压破含瓦斯煤模拟实验系统运转正常；第二步骤是煤样放置步骤，将煤样放置在煤样存放装置中；第三步骤是对瓦斯吸附步骤，使煤样吸附瓦斯；第四步骤是施加轴压围压步骤，对煤样施加预定的轴向压力和围向压力；第五步骤是模拟冲击地压和解析煤样瓦斯步骤，对煤体施加预定的冲击力的同时解析煤样内的瓦斯；第六步骤是结束步骤，将煤样从煤样存放装置中取出，结束实验。 9.根据权利要求8所述的破煤实验方法，其特征在于：所述第二步骤具体是：取下环形钢板处的螺栓，将环形钢板、第一密封胶筒和钢制垫块一同从下液压筒顶部取下，将煤样放入煤样腔，再将环形钢板、第一密封胶筒和钢制垫块一同盖在下液压筒顶部；通过螺栓使环形钢板与下液压筒固定连接，完成将煤样放置在煤样存放装置中的作业；第三步骤具体是：打开瓦斯供给阀门，确保瓦斯解析用阀门处于关闭状态；通过控制瓦斯供给阀门的开启度，将压力表显示的瓦斯供给压力控制在预定数值；瓦斯供给阀门打开后，瓦斯气体通过瓦斯供给管路和钢制孔板进入煤样，煤样开始吸附瓦斯，当第一流量计读数下降为零时表明煤样吸附瓦斯达到平衡状态，此时关闭瓦斯供给阀门，完成使煤样吸附瓦斯的作业；第四步骤具体包括围压施压操作和轴压施压操作；围压施压操作是：启动液压泵站，将输出油压设定为预定压力值，打开第四阀门，通过第四管道向围压腔内注入预定压力的液压油，液压油通过环形密封胶套对煤样产生预定的围压；最后关闭第四阀门保压；轴压施压操作包括增压液压腔注油操作和轴压腔加压操作；增压液压腔注油操作是：将液压泵站的输出油压设定为小于0.1KPa，打开第二阀门和第一阀门，液压油通过第二管道、轴压腔、第一管道和第一进液管进入增压液压腔，直到铁制吸盘向上与铁制吸盘紧压在一起，关闭第一阀门；轴压腔加压操作是：将液压泵站的输出油压设定为预定的压力，在油压的作用下第二活塞带动活塞杆向下运动，直到活塞杆的下端压紧钢制垫块时关闭第二阀门和液压泵站，此时钢制垫块对煤样产生预定的轴压；第五步骤具体是：包括蓄能作业、冲击作业和解析作业；蓄能作业是：通过电控装置启动电磁吸盘，电磁吸盘吸引铁制吸盘，铁制吸盘向上压缩弹簧组，弹簧组蓄积弹性势能；冲击作业是：通过电控装置关闭电磁吸盘，弹簧组蓄积的弹性势能瞬间释放，弹簧组向下顶压铁制吸盘，铁制吸盘向下冲击钢制滑块，钢制滑块通过第一活塞将铁制吸盘的冲击能量传递给增压液压腔中的液压油，第一出液管中的油压瞬间增大从而打开单向阀，高油压沿第一出液管、第一管道和轴压腔作用于第二活塞，使第二活塞的活塞杆向下冲击钢制垫块，钢制垫块向下冲击煤样，对煤体施加预定的冲击力，同时煤样内的瓦斯发生解析；解析作业是：实验人员在进行冲击作业前，打开瓦斯解析用阀门；进行冲击作业后，煤样中的瓦斯解析出来，通过瓦斯解析管路流出；通过第二流量计观察并记录煤样瓦斯解析量。 10.根据权利要求9所述的破煤实验方法，其特征在于：第六步骤具体是：打开打开第二阀门和第一阀门，液压油通过第一进液管、第一管道、轴压腔和第二管道回流入液压泵站，关闭第一阀门；打开第三阀门和液压泵站，将液压泵站的输出油压设定为预定的压力，液压油通过第三管道进入回油油腔，使第二活塞向上移动复位；第二活塞复位后，关闭第三阀门和液压泵站；取下环形钢板处的螺栓，将环形钢板、第一密封胶筒和钢制垫块一同从下液压筒顶部取下，将煤样由环形密封胶套取出，结束实验。
所属类别：	发明专利