Устройство для моделированияВНЕзАпНОгО ВыбРОСА угля и гАзА Советский патент 1981 года по МПК E21F5/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ВНЕЗАПНОГО ВЫБРОСА УГЛЯ И ГАЗА

Изобретение относится к горной промышлен ности и может быть использовано для моделирования внезапных выбросов угля и газа. Известно устройство для моделирования про цесса внезапного выброса, выполненное в виде блока с полостями, имитирующими горную выработку 1 . Недостатком данного устройства является невозможность исследования влияния на процесс выброса многих горно-геологических факторов . Известно устройство для моделиррвания внезапного выброса угля и газа, включающее матрицу для размещения в ней испытываемого образца, имеющую щтуцер для подвода газа и быстродействующий затвор, трубу с прозрачными стенками, имитирующую горную выработку средства соединения матрицы с трубой, контрольно-измерительные приборы,, регистрирующие процессы, протекающие в матрице и фубе, имитирующей горную выработку, и соединительные шланги 2. Недостатком данного устройства является ограниченный диапазон исследований. Цель изобретения - расширение диапазона I исследуемых параметров процесса внезапного выброса угля и газа. Поставленная цель достигается тем, что устройство снабжено поворотно-фиксирующим механизмом матрицы, набором диафрагм с отверстиями разной формы и сечешя, аэродинамическим каркасом с поворотными лопастями для моделирования изменения азродинамического сопротивления горной выработки с механизмом управления, выполненным в виде тяг, гофрированной емкостью для демпфирования ударной волны, образующейся при выбросеугля и газа, размещенной на конце трубы, имитирующей- гориую выработку, при зтом срерюм соединения матрицы с трубой, имитирующей горную вырабожу, вьшолнеиы в виде шцжяриого соедииеиия и патрубков с возможностью изменения угла между продольными осями матрицы и трубы, имитирукяцей гориую выраболсу, которая вьшолнеиа секционной с герметичным подсоединением ее секций. Кроме зтого, устройство снабжено средством для подачи воды в матрицу, штуцером для подачи воды, установленным на матрице, и перфорированными трубками для напорного увлажнения испытьшаемого образца.

На фиг. 1 представлено устройство для моделирования внезапных выбросов угля и газа, общий вид; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. Г, на фиг. 3 - узел Г на фиг. 1.

Устройство включает толстостенную металлическую матрицу 1 круглого сечения, имеющую верхнюю крыщку 2 со щтуцером 3 для подвода газа и быстродействующий затвор 4 в своей нижней части, последний имеет такую же конструкцию, как в известных устройствах. Внутри матрицы располагаются угольный брикет или образец 5, две перфорированные увлажнительные трубки 6 (при опытах на образцах трубки снимаются) и диафрагма 7 с отверстием заданного внутреннего сечения и формы. .Можно использовать набор диафрагм с отверстиями разного сечения или одну диафрагму с регулируемым отверстаем.

На корпусе матрицы имеетсд штуцер для подсоединения подводящей трубки 8 от емкости 9 с жидкостью, на которой установлен манометр 10. На корпусе матрицы установлены датчики 11 давления газа и датчики 12 разрушения угля. Кроме того, к матрице В верхней ее;части крепится рычаг 13 поворота. Фиксация матрицы в заданном положении осуществляется фиксатором 14. Матрицы через шарнир 15 и соединительные патрубки 16 соединены с фланцем первой секции трубы 17, имитирующей горную выработку. Труба выполнена в виде металлических-секций с прозрачными боковыми стенками из органического или кварцевого стекла, герметично состыковьшаемых друг с другом. Внутри каждой секции располагается съемный азродинамический каркас 18, позволяющий создавать переменное азродинамическое сопротивление движению газоугольного потока путем изменения угла поворота лопаток 19 каркаса с помощью тяг 20 и фиксатора 21 тяги.

На верхней крышке каждой секции трубы располагаются датчики 22 давления для замера статического давления в газоугольном потоке. Внутри трубы размещаются датчики 23 давления для измерения полного напора потока газоугольной смеси, а на ее прозрачных стенках - фоторезисторы 24 для контроля скорости перемещения фронта потока. К последней секции трубы крепится демпфирующая емкость 25, служащая для гашения ударной волны, формирующейся при быстром открьгаании затвора, и предотвращения выноса угля в рабочее помещение.

Устройство работает следующим 6бр1азом. I При моделировании на образце угля последний помещается в матрицу 1, в горловине которой предварительно устанавливается диафрагма 7 с заданным внутренним диаметром и формой отверстия. Свободное пространство между образцом л матрицей заполняется расплавленной менделеевской замазкой. Торцы образца оставляются свободными от замазки. Затем после ее остывания, сверления через отверстия в матрице освобождаются от замазки каналы датчиков давления газа. Датчики разрушения угля и две перфорированные увлажнительные трубки в этом случае не устанавливаются.

При опытах на брикетах угля последние приготавливаются путем прессования навесок угля, взятых по массе с расчетом, чтобы после прессования каждой навески поверхность части брикета находилась на уровне очередных контактов датчиков разрушения. На поверхностях частей брикета устанавливаются датчики 12 разрушения.

Прессование брикетов ведется на обычном прессе, при этом в брикет одновременно устанавливаются увлажнительные трубки.

Брикеты и датчики разрушения устанавливаются в матрице, производится подсоединение увлажнительных трубок 6 к водоподводящей системе и герметизация матрицы описанным выше способом, подсоединение к ней верхней крышки 2, установка датчиков 11 давления газа, подсоединение газоподводящей системы к штуцеру крышки матрицы и подача газа в матрицу для насыщения угля,

После насыщения образца- (брикета) угля газом до установления сорбционного равновесия при заданном давлении матрица шариирно соединяется с фланцем первой секции трубы 17 и закрепляется под заданным углом к продольной оси Трубы с помощью поворотного рычага я фиксатора матрицы. Затем устанавливаются и герметизируются переходные соединительные патрубки 16 от матрицы к трубке. Увлажнение брикета угля осуществляется после насыщения угля газом путем подачи сжатого воздуха в емкость 9 под необходимым давлением и вытеснения жидкости из нее в брикет.

Следующим зтапом подготовки установки к опыту является соединение секций трубы между собой и закрепление лопаток 19 аэродинамического каркаса 18 трубы под заданным к поперечному сечению трубы углом посредством тяг 20 и фиксатора 21 тяги. Фиксация положения лопаток осзоцествляется лутем установки болта 26 в отверстиях тяг и фиксатора. С фланцем последней секции трубы соединяется фланец демпфирующей емкости 25.

После установки датчиков давления газа в гнезда секций трубы производится настройка и контроль электрических цепей датчиков раз рушения угля и давления газа, имеющих электрическую связь с гальванометрами осциллографа для записи регистрируемых параметров на фотопленку. После установки скоростной кинокамеры со стороны боковой поверхности трубы вклю чается подсветка ее в отраженном свете от эк рана через прозрачные боковые стенки трубы к объективу кинокамеры. После этого пршзводится запуск привода механизма открьшания затвора матрицы с синхронным включени ем осциллографа и кинокамеры. Устройство наряду с параметрами, получаемыми при использовании ранее известного устройства, позволяет измерять скорость падения давления газа по длине образца (брикета) угля при заданном давлении насыщения угля газом, диаметре горловины полости (диафрагмы матрицы) и конкретных свойствах газонасыщенного угля, устанавливать характер изменения полного и статического напоров газоугольного потока в трубе, имитирующей горную выработку, при заданных аэродинамических сопротивлениях выработки и определять характер их влияния на развитие и протекание процесса выброса. Кроме того, изменение угла между продоль ными осями матрицы и трубы позволяет выявить качественную и количественную связь между характером ориентирования полости вы броса (матрицы) к выработке (трубе) и интенсивностью и силой (массой) выброса, определить при каких параметрах процесс высыпания или обрушения угля способен перерасти непосредственно в выброс угля и газа. Применение различного сечения диафрагм горловины матрицы позволяет для конкретных условий газоугольной среды определить влияние аэродинамического сопротивления гор ловины полости выброса (диафрагмы) на изменение скорости перемещения фронтов волн разрушения угля и падения давления газа в нем. Возможность выполнения на установке лабораторных опытов по напорному увлажнению брикетов угля позволяет уяснить степень влияния влажности на развитие и протекание внезапного выброса угля и газа. 94 Формула изобретения 1- Устройство для моделирования внезапного выброса угля и газа, включающее матрицу для размещения в ней исп| гп ваемого образца, имеющую штуцер для подвода газа и быстродействующий затвор, трубу с прозрачными стенками, имитирующую горную выработку, средства соединения матрицы с грубей, контрольно-измерительные прнборы, регистрирующие процессы, протекающие в матрице и трубе, имитирующей горную выработку, и соединительные шланги, отличающееся тем, что, с целью расцщрення диапазона исследуемых параметров процесса внезапного выброса угля и газа, усфойсгао снабжено псюоротно иксирукнцим .механизмом матрицы, набором- диафрагм с отверстиями разной фсфмы и сечения, аэродинамическим каркасом с повсфотными лопастями дли моделирования изменения азроданамическоге .сопротивления горной выработки с механизмом управлешя, вьшолненным в виде тяг, гофрнрованной емкостью для демп фирования ударной волны, образующейся цри выбросе угля и газа, размещенной на конце трубы, имитирующей . горную выработку, при этом средства соединения матрицы с трубой, имитирующей горную выработку, выполнены в виде шарнирного соединения и патрубков с возможностью изменения угла между продольными осями матрицы и трубы, имитирующей горную выработку, которая выполнена секционной с герметичным подсоединением ее секций. 2- Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что оно снабжено средством для подачи воды в матрицу, штуцером для подачи воды, установленным на матрице, и перфорированными трубками для напорного увлажнения испытьтаемого образца. Источники информации, принятые во внимание при зкспертизе 1.Авторское свидетельство СССР N 583319, кл. Е 21 F 5/00, 1975. 2.Труды ВостНИИ вентиляции шахт и предупреждения зидотенных пожаров, т. 26, Кемерово, 1975, с. 147-153 (прототип).

Q

иг 2/7