[實用新型]一種煤與瓦斯突出模擬試驗用模具

無效

• 申請號: 200820100547.9
• 申請日: 2008-11-14
• 公開（公告）號: CN201285392Y
• 公開（公告）日: 2009-08-05
• 發明（設計）人: 許江;尹光志;鮮學福;陶云奇;魏作安;王維忠;李樹春;趙洪寶;王登科
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00
• 代理公司: 重慶市前沿專利事務所
• 代理人: 郭 云;方 洪

技術領域

本實用新型涉及一種含瓦斯煤巖的突出試驗裝置，尤其涉及煤與瓦斯突出試驗的模具。

背景技術

雖然綜合作用假說在煤與瓦斯突出機理研究領域被普遍認可，該假說認為煤與瓦斯突出是由地應力、瓦斯壓力和煤的力學性質綜合作用的結果，但三因素各自在突出過程中的作用機理尚不明晰。為進一步解釋綜合作用假說中三因素的作用機制，國內外學者先后研制了一系列煤與瓦斯突出模擬試驗裝置。

在國外，前蘇聯在20世紀50年代就進行了一維突出模擬實驗并研制了相應的試驗裝置，試驗表明只有在很大瓦斯壓力梯度下(每一厘米瓦斯壓力下降幾個兆帕)煤才有可能被破碎和拋出。隨后20世紀60年代初，日本學者氏平增之在實驗室也進行瓦斯拋射煤粒試驗，利用CO₂的結晶冰、松香、水泥、煤粒制作了多孔介質模型用于模擬突出，試驗在多孔介質孔隙瓦斯壓力下引起材料的破碎和拋出，最后發展為類似前蘇聯的綜合考慮地層應力和瓦斯壓力的突出模擬試驗。

在國內，20世紀80年代初，煤炭科學研究院撫順分院王佑安通過現場采集煤樣，實驗室成型，模擬IV、V類突出危險煤，開展了煤與瓦斯突出一維模擬試驗研究，得出了一維條件下突出強度同垂直應力、瓦斯壓力之間的定量關系。1996年，中科院力學所孟祥躍等人開發了既能改變地應力又能改變瓦斯壓力的二維煤與瓦斯突出實驗裝置。2000年中國礦業大學郭立穩、俞啟香、蔣承林通過開發的煤與瓦斯突出裝置研究了突出過程中的溫度變化，認為在煤與瓦斯突出過程中，煤體溫度的升高是由地應力破碎煤體使彈性能釋放造成的，而溫度降低則是由于瓦斯氣體解吸和膨脹造成的，其變化是先升高后降低并連續變化的。2002年焦作工學院牛國慶、顏愛華、劉明舉等也設計了煤與瓦斯突出裝置，用來考察煤與瓦斯突出過程中的溫度變化，研究結果認為在煤與瓦斯突出過程中，瓦斯的膨脹做功過程并非絕熱過程，而是一個接近于等溫過程的多變過程。隨后在2004年，焦作工學院蔡成功等又按照相似理論設計了三維煤與瓦斯突出模擬實驗裝置，實驗模擬了不同煤型強度、三向應力、瓦斯壓力條件下的煤與瓦斯突出過程。

以上實驗裝置雖在一定程度上加深了煤與瓦斯突出機理的研究進展，但或多或少的存在以下缺點：

1、所采用的突出煤樣尺寸均較小，進氣源也均為“點充氣”，均不能模擬工作面前方的局部應力集中，而應力集中往往又是造成突出的重要因素；

2、突出箱體的突出口固定不變，一個突出箱體不能進行不同突出口徑的突出模擬試驗；

3、突出口打開方式均為手動，打開速度較慢，在一定程度上影響了煤與瓦斯突出的時間和強度，與真實井下煤與瓦斯突出存在差別；

2007年，重慶大學尹光志、許江、鮮學福等在前人研究成果的基礎上自主研發了大型煤與瓦斯突出模擬試驗臺，該裝置中試驗時突出煤樣的尺寸較大，實現了瓦斯氣源的面充氣功能，用于探索綜合作用假說的作用機制，可進行不同瓦斯壓力、不同地應力下的煤與瓦斯突出模擬試驗，借助于高速攝像機實現了煤與瓦斯突出過程全程回放功能，在瓦斯災害防治領域取得了一定科研成果。但是，該模擬試驗臺也存在以下不足：

1、該試驗臺雖有施加階梯形荷載的多組液壓千斤頂裝置，但多組液壓千斤頂的荷載均施加在一塊鋼板(上壓板)上，鋼板不易變形，導致施加在突出煤樣上的力梯度不夠明顯；

2、對試驗所用突出煤樣施加的應力只有垂直應力，無法模擬現場實際情況存在的水平地應力，試驗所得的結果不準確；

3、對整個突出箱體利用一個上蓋板采用大“O”形圈密封，成型時無法保證千斤頂施加的成型壓力完全加載到煤體上，煤體壓縮變形較大時，部分荷載被突出箱體四周的鋼板所承擔。

實用新型內容

本實用新型所要解決的技術問題在于提供一種施加在突出煤樣上的力，梯度明顯、并且能夠真實模擬現場實際情況的煤與瓦斯突出模具。