[發明專利]適用于模型試驗的煤體瓦斯氣體面式充填裝置

有效

• 申請號: 201210227229.X
• 申請日: 2012-07-03
• 公開（公告）號: CN102735802A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發明（設計）人: 袁亮;王漢鵬;薛俊華;李術才;余國鋒;吳志堅;李建明;羅勇;張慶賀
• 申請（專利權）人: 淮南礦業（集團）有限責任公司;山東大學
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 王吉勇

技術領域

本發明涉及一種瓦斯試驗裝置，尤其是一種高瓦斯賦存礦井煤與瓦斯突出模型試驗的煤體瓦斯氣體面式充填裝置。

背景技術

煤與瓦斯突出是嚴重威脅煤礦井下安全的一種非常嚴重的自然災害。隨著我國煤礦開采深度的增加，煤與瓦斯突出形勢更加嚴峻，相應的研究其規律的大型模型試驗也在大量的進行。而煤與瓦斯突出模型試驗成功的關鍵因素之一就是瓦斯氣體的充填。

?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，日本學者氏平增之在實驗室也進行瓦斯拋射煤粒試驗，利用二氧化碳的結晶冰、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，煤炭科學院撫順分院王佑安通過現場采集煤樣，在實驗室成型，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試驗裝置。2000年，中國礦業大學郭立穩、俞啟香、蔣承琳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。2000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試驗裝置。試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。

2008年，申請號為200810069276.X的中國專利公開了一種煤與瓦斯突出模擬試驗臺，該發明通過多組液壓千斤頂向煤樣軸向施壓，通過充氣口向煤樣內充瓦斯；裝置突出口通過快速釋放機構實施機械化自動控制。充氣采用泡沫金屬板，利用泡沫金屬的透氣性，實現“面充氣”。

申請號為200810233048.1的中國專利公開了一種煤與瓦斯突出模具，該模具底板的上表面開設有矩形沉槽，沉槽上嵌設過濾網，過濾網也采用泡沫金屬實現“面充氣”。泡沫金屬孔隙含量高，孔隙直徑可達至毫米級，但相對于幾百目的煤粉來說，孔隙還是偏大了，而且泡沫金屬在市場上不易購買。另外，氣體充填不是獨立的裝置，是和整個試驗臺聯在一體的。

2011年，申請號為201120016771.1的中國專利公開了一種煤與瓦斯突出試驗模擬裝置，包括煤樣室和氣壓加載設備，所述的煤樣室中設置有至少一個用于放置煤樣的煤樣型腔，氣壓加載設備包括瓦斯氣瓶連接的加壓氣體通道，加壓氣體通道與煤樣室中的煤樣型腔相連通。該裝置還是采用煤體瓦斯氣體的點式充填模式。

以上試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）目前，煤與瓦斯突出模型試驗的氣體加載設備是通過加壓氣體通道與煤樣室中的煤樣型腔相連通，進氣源大多為“點充氣”，這種瓦斯氣體充填方式造成了充氣不均勻、充氣速度慢，充氣過程中容易形成氣體堆積，增加局部氣體壓力，嚴重影響試驗效果。

2）泡沫金屬作為透氣面板，相對于幾百目的煤粉來說，孔隙偏大，且成本較高，不易購買，因而這種“面充氣”方式不易廣泛應用。

3）在抽氣過程中，目前的氣體加載方式容易吸出固體顆粒，在模型內形成大的空腔，破壞模型的整體性，采用泡沫金屬容易堵塞孔隙，從而影響試驗效果。

4）目前還沒有獨立的適用于模型試驗的煤體瓦斯氣體面式充填裝置，氣體面式充填裝置沒有實現模塊化設計，不能根據實際情況和試驗要求進行調整，不利于維修。

發明內容

本發明的目的是為克服上述現有技術的不足，提供一種模塊化設計，能夠快速、均勻、穩定的對大型煤體模型進行瓦斯充填的適用于模型試驗的煤體瓦斯氣體面式充填裝置。

為實現上述目的，本發明采用下述技術方案：