[發明專利]巷道揭露時煤與瓦斯突出模擬實驗裝置

有效

• 申請號: 201310425615.4
• 申請日: 2013-09-18
• 公開（公告）號: CN103454385A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 蔣宇靜;吳學震;王剛
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及煤礦開采過程中巷道中發生的煤與瓦斯突出災害，尤其涉及一種可以模擬巷道揭露時發生的煤與瓦斯突出的實驗裝置。

背景技術

由于煤與瓦斯突出的災害性極大，很難在現場發生煤與瓦斯突出災害時開展實時跟蹤研究，因此通過實驗室進行模擬實驗是研究煤與瓦斯突出規律的有效方法。盡管國內外相關科研機構已開展了大量的煤與瓦斯突出相似模擬實驗研究工作，但仍存在諸多的不足，具體包括如下幾個方面：

一、巷道揭露時，開挖空間周圍產生明顯的應力集中，并導致煤體加劇破碎，這些因素對煤與瓦斯突出的發生有非常顯著的影響。但常規的煤與瓦斯突出實驗裝置只能模擬均勻應力場，不能考慮巷道開挖導致的應力集中以及圍巖破碎程度的影響。

二、目前實驗中采用的煤與瓦斯突出實驗裝置剛度太大，不能很好的考慮煤巖體破壞過程中外側圍巖變形對煤巖體的進一步做功充能現象，而瓦斯解吸膨脹對煤巖體所做的功不足以將其充分破碎并拋出，因此目前實驗采用的煤巖體試件都不是自然形成的煤塊，而是由煤粉壓制而成。

發明內容

本發明的目的是為克服上述現有技術的不足，提供一種巷道揭露時煤與瓦斯突出模擬實驗裝置。

為實現上述目的，本發明采用下述技術方案：

一種巷道揭露時煤與瓦斯突出模擬實驗裝置，其特征在于包括密封加載盒、煤樣試件、柔性加載系統和瓦斯供應系統；

所述的密封加載盒，包括梯形板、側擋板、加載墊塊、上蓋板和下擋板；上述各裝置接觸部位設置墊橡膠墊以保證密封性能；梯形板包括第一梯形板和第二梯形板，其斜面的傾角與煤樣試件斜面傾角相匹配；側擋板包括第一側擋板和第二側擋板，分別固定在梯形板的前后兩側，其內表面分別與煤樣試件的前后表面接觸，第一側擋板下側預留弧形孔；加載墊塊上半部分為圓柱體結構，下半部分為圓弧形鋼板，鋼板下表面設有縱橫交叉的導氣槽，下表面還設有一層鋼絲網，鋼絲網與煤樣試件上表面接觸；加載墊塊側面和梯形板斜面間留有空隙，防止加載過程中兩者發生擠壓；上蓋板中間留有圓形孔，加載墊塊的圓柱體結構由圓形孔通過，圓形孔表面設有橡膠密封墊，與圓柱體結構緊密接觸，既允許圓柱體結構和上蓋板可以發生相對運動，又防止氣體由此溢出，上蓋板的一側還預留瓦斯注入孔；下擋板安裝在煤樣試件的下側，其左右兩側面與梯形板接觸，后側面與第二側擋板接觸，前側穿過第一側擋板預留的弧形孔；在密封加載盒內壁涂有潤滑材料以減小其與煤樣試件之間的摩擦力；

所述煤樣試件，上下表面為同軸圓弧面，左右側面的延伸線通過上述圓弧面的軸線，前后側面垂直于水平面，四個側面均涂有704硅橡膠并與密封加載盒緊密接觸以保證其氣密性；

所述的柔性加載系統，包括底座、加載油缸、油源、反力板、反力鋼絞線和支撐導軌；加載油缸共有兩個，用于施加靜載荷；反力板左右兩側分別設有多個用于連接反力鋼絞線的通孔；反力鋼絞線有多條，其中任意一條的一端固定在底座上，另一端固定在反力板上，通過調整鋼絞線的數目和/或直徑來調整柔性加載系統的剛度；支撐導軌固定在底座上，其作用是在實驗前托住密封加載盒，在實驗過程中防止其發生偏斜；

所述的瓦斯供應系統，包括瓦斯供應罐、第一高壓管、第一閥門、氣體壓力泵、第二高壓管、第二閥門、壓力表、流量計；瓦斯供應罐和氣體壓力泵通過第一高壓管連接，并在第一高壓管上設有第一閥門；氣體壓力泵和圓柱體結構上的瓦斯注入孔通過第二高壓管相連，并在第二高壓管上設有第二閥門、壓力表和流量計；真空泵用于在實驗過程中對試件抽真空；

所述的測量控制系統，主要包括計算機、主控箱、數據采集儀、CCD相機；計算機通過USB接口與主控箱相連，主控箱通過導線與數據采集儀、豎向加載裝置、氣體壓力泵相連，數據采集儀通過導線壓力表、流量計相連；CCD相機用于記錄煤與瓦斯突出的過程。

本發明的試驗方法是：

1）制作煤樣試件，將其裝入密封加載盒中，將密封加載盒安裝就位；通過柔性加載系統對試件加載，保持一定時間后卸載，然后再次加載，經過多個循環之后，加載使煤巖體達到要求的應力狀態；在這個過程中，煤巖體發生一定程度的破碎，目的在于模擬采掘活動對煤巖體的影響；

2）將瓦斯供應系統，連接到密封加載盒上側的瓦斯注入孔，啟動氣體壓力泵，調整瓦斯壓力腔內的瓦斯壓力至某一恒定值，并保持一定時間，使煤巖體充分吸附瓦斯，期間應加強室內通風，防止瓦斯積聚；

3）通過機械裝置將密封加載盒的下擋板從第一側擋板預留的弧形孔中迅速抽出，在圍巖壓力和瓦斯壓力的綜合作用下煤樣試件破碎并從密封加載盒的下側突出，通過CCD相機記錄煤巖體突出過程；