[實用新型]上保護層開采固氣耦合物理相似模擬實驗臺

有效

• 申請號: 201220144277.8
• 申請日: 2012-04-05
• 公開（公告）號: CN202548121U
• 公開（公告）日: 2012-11-21
• 發明（設計）人: 李樹剛;林海飛;成連華;潘宏宇;趙鵬翔;張少龍;李雷;黃金星;肖鵬;王紅勝;索亮;李志梁
• 申請（專利權）人: 西安科技大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 西安文盛專利代理有限公司 61100
• 代理人: 彭冬英

技術領域

本實用新型涉及保護層開采時下伏煤巖體膨脹變形及卸壓瓦斯滲流規律的實驗研究的上保護層開采固氣耦合物理相似模擬實驗臺，具體是在前人研究保護層開采理論的基礎上，改進了對下伏煤巖體膨脹變形及卸壓瓦斯滲流的測定方法，便于滲流速度、煤巖體卸壓膨脹變形量等參數的測定。適用于各大煤炭院校、礦山開采行業科研院所開展相關實驗。

背景技術

隨著礦井開采深度的加深、生產規模的擴大和集中、大采高綜采等高強度開采的廣泛應用，使采動影響范圍和空間擴大，越來越多的低瓦斯礦井逐步演變為高瓦斯或煤與瓦斯突出礦井，對預防煤與瓦斯突出事故的研究成為新的焦點。預防煤與瓦斯突出措施按作用范圍來劃分，有區域性措施和局部性措施，其中開采保護層是預防突出最有效，最經濟的區域性預防突出的技術措施，目前幾乎所有發生突出的國家，只要有保護層，都采用這項措施。但隨著保護層與被保護層間距的加大，保護效果逐漸降低，遠距離保護層可能會出現保護效果不足、甚至失效的問題。

因此，為徹底消除被保護層的突出危險，有效抽采被保護煤層的卸壓瓦斯，確保煤礦安全生產，有必要對保護層下伏煤巖體卸壓效應及煤層瓦斯滲流規律進行研究。掌握被保護層的卸壓瓦斯抽采技術及參數定量化的確定方法，從而進一步加大保護層開采技術的推廣應用。

發明內容

為了對保護層開采時下伏煤巖體膨脹變形卸壓及瓦斯滲流規律進行實驗研究，本實用新型提供了上保護層開采固氣耦合物理相似模擬實驗臺。

本實用新型的技術解決方案如下：一種上保護層開采固氣耦合物理相似模擬實驗臺，包括實驗箱體(1)、充氣系統、應力采集系統、滲透速度測試系統和下伏煤巖體膨脹變形量測試裝置，充氣系統由空氣壓縮機(2)、儲氣罐(5)、閥門(3)和壓力表(4)組成，應力采集系統由應力傳感器(13)、108路應力采集儀(14)和計算機(15)組成，滲透速度測試系統由空氣壓縮機(2)、閥門(3)、壓力表(4)、儲氣罐(5)、導氣管(6)及皂泡流量計(12)組成，下伏煤巖體膨脹變形量測試裝置由三通(7)、氣囊(9)及壓力表(4)組成，實驗箱體(1)內設有開采煤層(10)和被保護層(11)，被保護層(11)中選擇測試點設有氣囊(9)，實驗箱體(1)內設有應力傳感器(13)，實驗箱體(1)外設有三通(7)、測氣孔(8)、皂泡流量計(12)，空氣壓縮機(2)和儲氣罐(5)與測氣孔(8)依次連接，三通(7)連接氣囊(9)、空氣壓縮機(2)和壓力表(4)，應力傳感器(13)依次連接108路應力采集儀(14)和計算機(15)。

本實用新型可測定下伏煤巖體膨脹變形及卸壓瓦斯滲流速度的變化，從而研究保護層開采時下伏煤巖體膨脹變形、卸壓瓦斯滲流及卸壓范圍隨不同間距/采高的變化規律。實驗操作過程簡便，效果清楚直觀，試驗周期短，為研究保護層開采提供便利。

附圖說明

圖1為本實用新型的結構示意圖。

圖2為箱體背面結構示意圖。

具體實施方式

一種上保護層開采固氣耦合物理相似模擬實驗臺，包括實驗箱體1、充氣系統、應力采集系統、滲透速度測試系統和下伏煤巖體膨脹變形量測試裝置，充氣系統由空氣壓縮機2、儲氣罐5、閥門3和壓力表4組成，應力采集系統由應力傳感器13、108路應力采集儀14和計算機15組成，滲透速度測試系統由空氣壓縮機2、閥門3、壓力表4、儲氣罐5、導氣管6及皂泡流量計12組成，下伏煤巖體膨脹變形量測試裝置由三通7、氣囊9及壓力表4組成，實驗箱體1內設有開采煤層10和被保護層11，被保護層11中選擇測試點設有氣囊9，實驗箱體1內設有應力傳感器13，實驗箱體1外設有三通7、測氣孔8、皂泡流量計12，空氣壓縮機2和儲氣罐5與測氣孔8依次連接，三通7連接氣囊9、空氣壓縮機2和壓力表4，應力傳感器13依次連接108路應力采集儀14和計算機15。

本實用新型是采用如下技術方案實施的：

實驗開始前，將實驗所需的相似模型按配比裝入實驗箱體1中，其中包括開采煤層10與被保護煤層11。待模型晾干后，將空氣壓縮機2、儲氣罐5、測試孔8、皂泡流量計12用導氣管6連接，并在被保護煤層11中選擇測試點布置氣囊9，利用導氣管6將空氣壓縮機2、氣囊9、三通7、壓力表4連接起來并向氣囊9中充入一定壓力的氣體后，關閉三通7，使其中壓力保持不變。用以測試下伏煤巖體在采動過程中的膨脹變形及其卸壓效應。然后，將應力傳感器13、108路應力采集儀12、計算機15連接完畢，用以測試實驗過程中巖層的應力變化。即可開始實驗。實驗過程中，通過箱體1背面的縫隙開采保護層10，隨工作面推進過程，對巖層應力變化、下伏煤巖體膨脹變形量、被保護層11中氣體滲流速度變化進行測試。然后，將所得結果進行分析總結，從而研究開采保護層時下伏煤巖體膨脹變形及卸壓瓦斯滲流規律。