[發明專利]一種煤與瓦斯突出動力效應模擬實驗方法

無效

• 申請號: 201410425731.0
• 申請日: 2014-08-27
• 公開（公告）號: CN104181282A
• 公開（公告）日: 2014-12-03
• 發明（設計）人: 胡千庭;文光才;孫海濤;苗法田;馬代輝;于海云;戴林超;曹偈;張淑同;王波
• 申請（專利權）人: 中煤科工集團重慶研究院有限公司
• 主分類號: G01N33/22
• 分類號: G01N33/22
• 代理公司: 重慶市前沿專利事務所(普通合伙) 50211
• 代理人: 譚春艷

技術領域

本發明涉及一種煤與瓦斯突出動力效應模擬實驗方法。

背景技術

煤與瓦斯突出是我國煤炭開采中最為嚴重的災害之一。突出發生時產生的動力效應能夠摧毀生產系統，造成人員傷亡，且易引發煤塵和瓦斯爆炸等重大事故。因此，要最大限度的降低災害的破壞作用，就必須對煤與瓦斯突出的致災機理進行研究，探索有效的災害控制方法和措施。

由于煤與瓦斯突出的復雜性以及研究方法和手段的限制，國內外對煤與瓦斯突出后的致災理論研究較少。突出動力災害實驗室模擬和現場實際觀測都存在著無法克服的困難。雖然目前國內外學者已經開展了大量的煤與瓦斯突出實驗，并取得了許多突破性的進展，但研究成果大多集中在吸附解吸規律、煤體破壞規律、地應力作用、型煤參數等方面，很多問題如煤與瓦斯突出過程中的流體運動參數及流動狀態、沖擊波形成機理及對主要通風設施的沖擊破壞作用、破壞效果、致災條件及預警防護等方面的研究比較少，其主要原因有：①由于固氣兩相流問題的復雜性，目前仍沒有非常成熟的理論成果來解釋兩相流的運動規律；②現有的煤與瓦斯突出實驗室突出模型很難達到現場實際條件的要求，動力效應實驗效果不明顯；③突出現場產生動力破壞和沖擊的有關描述不夠詳細，且由于煤礦安全法規和安全設備限制，突出現場圖片和視頻資料很少，不利于問題的研究。以上這些原因導致突出致災研究方面相對滯后，人們無法從根本上闡述突出所帶來的危害，更無法直接應用理論分析得出的結論來指導實踐。

實驗室實驗是了解煤與瓦斯突出的致災及控制條件的可靠途徑，通過動力效應實驗研究能夠更清楚地認識煤與瓦斯突出致災機理及發生、發展規律，對有效控制煤與瓦斯突出災害具有積極意義。

發明內容

本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題，特別創新地提出了一種易于控制爆破時間、大程度地保證了動力效應的總體實驗效果的煤與瓦斯突出動力效應模擬實驗方法。

為了實現本發明的上述目的，本發明提供了一種煤與瓦斯突出動力效應模擬實驗方法，其特征在于：按照如下步驟完成：

A、準備煤與瓦斯突出實驗系統，該系統包括固定在地面上的壓力容器和管道系統，所述壓力容器頂端設有的進料口，所述壓力容器的側壁上設有充氣孔和傳感器孔，第一傳感器從該傳感器孔伸到壓力容器內，所述第一傳感器用于檢測所述壓力容器內的壓強P1，第一傳感器的輸出端與控制芯片的第一輸入端相連；

在壓力容器的前下端設有突出口，在該突出口上連接泄爆裝置，所述泄爆裝置包括變徑管，該變徑管的大口徑端與突出口相連，該變徑管的小口徑端與管道系統相連，所述變徑管的兩端分別裝有第一爆破片和第二爆破片，所述第二爆破片靠近突出口，所述第一爆破片和第二爆破片之間的變徑管上也設有充氣孔，所述第一爆破片的爆破壓強差為P3,所述第二爆破片的爆破壓強差為P4；在所述第一爆破片及第二爆破片之間安裝有第二傳感器，所述第二傳感器用于檢測所述第一爆破片及第二爆破片之間的變徑管內的壓強P2，所述第二傳感器的輸出端與所述控制芯片的第二輸入端相連；

所述控制芯片通過所述第一傳感器及所述第二傳感器測的壓強來控制是否向變徑管及壓力容器加氣；

B、從進料口向所述壓力容器內填充煤顆粒；

C、調壓突出

步驟1，向壓力容器內充氣，使得所述容器內壓強為a*P，所述a是容器內壓強調節系數，其中，a為不大于1的正數；所述P為壓力容器實驗規定所需的壓強；向變徑管充氣，使得所述變徑管壓強為b*P，所述b是變徑管壓強調節系數；

步驟2，根據容器壓強及變徑管壓強判斷加氣過程中第一爆破片或第二爆破片是否破裂；滿足循環步驟1及步驟2；不滿足，則更換泄爆裝置；

步驟3，向壓力容器內充氣，直至容器壓強等于實驗規定所需的壓強時，停止向罐體充氣；

步驟4，向變徑管充氣，當變徑管壓強大于P3+Pm時，所述Pm為大氣壓強，第一爆破片破裂，繼而第二爆破片也跟著破裂，煤與瓦斯突出；或者是從變徑管內放氣，當變徑管壓強小于P-P4時，所述P為單次實驗設定的壓力容器內的氣體壓強，第二爆破片破裂，繼而第一爆破片也跟著破裂，煤與瓦斯突出。

本實驗方法中采用的實驗材料未進行應力加載和成型壓制，而是采用松散煤體顆粒，從而避免了型煤壓制過程對氣體吸附性能、透氣性、煤體破壞速度、流體流動性能等因素的影響以及壓力機性能對試樣尺寸的制約，最大程度地保證了動力效應的總體實驗效果。