[發(fā)明專利]可重復(fù)試驗(yàn)的煤與瓦斯突出模擬裝置及試驗(yàn)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610476575.X
• 申請(qǐng)日: 2016-06-27
• 公開（公告）號(hào): CN105891429B
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魏建平;王登科;劉勇;姚邦華;徐向宇;秦恒潔
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河南理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N33/00
• 分類號(hào): G01N33/00
• 代理公司: 鄭州豫開專利代理事務(wù)所(普通合伙)41131
• 代理人: 王金

1.可重復(fù)試驗(yàn)的煤與瓦斯突出模擬裝置，其特征在于：以水平方向上相互垂直的兩個(gè)方向分別為X向和Y向，以豎直方向?yàn)閆向；

包括沿豎直方向設(shè)置的突出缸體，突出缸體頂部設(shè)有開口并連接有Ｚ向活塞，Ｚ向活塞與突出缸體內(nèi)側(cè)壁滑動(dòng)密封連接，Ｚ向活塞的活塞桿向上伸出突出缸體；突出缸體底部連接有X向筒體和Y向筒體；

突出缸體側(cè)壁中部設(shè)有開口，該開口連接有第一管路，第一管路并聯(lián)連接有第二管路和第三管路；第一管路上設(shè)有第一壓力表；

第二管路連接有高壓瓦斯罐，第二管路上設(shè)有第二壓力表，高壓瓦斯罐的出口處的第二管路上設(shè)有第一閥門和減壓閥；

第三管路的末端與一真空泵的吸氣口相連接，第三管路上設(shè)有第二閥門；

Y向筒體的內(nèi)壁滑動(dòng)密封連接有Y向活塞，Y向活塞的活塞桿沿Y向筒體的軸線方向伸出Y向筒體的自由端，Y向筒體的頂壁設(shè)有裝煤口；

X向筒體的內(nèi)壁滑動(dòng)密封連接有X向活塞，X向活塞的活塞桿沿X向筒體的軸線方向伸出X向筒體的自由端，X向筒體的頂壁設(shè)有突出口；

所述X向筒體的頂壁設(shè)有第三壓力表，X向筒體的底壁設(shè)有放氣口，放氣口連接有第四管路，第四管路上依次設(shè)有第三閥門和流量計(jì), 第四管路的末端敞口。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可重復(fù)試驗(yàn)的煤與瓦斯突出模擬裝置，其特征在于：第二管路上設(shè)有第四閥門，第二壓力表位于減壓閥和第四閥門之間的第二管路上。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可重復(fù)試驗(yàn)的煤與瓦斯突出模擬裝置，其特征在于：所述突出口向上凸出Ｚ向筒體的頂壁。

4.使用權(quán)利要求3中所述可重復(fù)試驗(yàn)的煤與瓦斯突出模擬裝置的試驗(yàn)方法，其特征在于依次按以下步驟進(jìn)行：

（1）打開第四閥門和第一閥門，關(guān)閉第二閥門和第三閥門，向突出缸體內(nèi)充入瓦斯氣體，然后關(guān)閉第四閥門和第一閥門，觀察第一壓力表的讀數(shù)來確定模擬裝置的氣密性；如存在漏氣現(xiàn)象，則檢查漏氣點(diǎn)并進(jìn)行堵漏處理，如模擬裝置氣密性良好，則執(zhí)行第（2）步驟；

（2）將Ｚ向活塞從突出缸體內(nèi)向上抽出，通過突出缸體頂部的開口、所述裝煤口和突出口，將顆粒煤粉裝入模擬裝置；X向筒體內(nèi)的煤粉用于模擬現(xiàn)場(chǎng)突出前方的煤體厚度；

（3）利用Z向活塞、Y向活塞和X向活塞對(duì)煤粉施加載荷，將煤粉壓成型煤煤樣；

（4）打開第二閥門，啟動(dòng)真空泵對(duì)煤樣進(jìn)行脫真空處理；

（5）脫真空處理結(jié)束后，關(guān)閉真空泵和第二閥門，打開第四閥門和第一閥門，開始往煤樣中充瓦斯氣體，調(diào)節(jié)減壓閥，將充入煤樣中的瓦斯氣體的壓力調(diào)節(jié)為模擬試驗(yàn)的預(yù)定值；

（6）讓煤樣在預(yù)定的瓦斯壓力條件下充分吸附，并使其達(dá)到吸附解吸平衡；判斷煤樣達(dá)到吸附解吸平衡的方法是：

煤樣吸附瓦斯10－14小時(shí)后，關(guān)閉第一閥門和第四閥門；

2小時(shí)之后，如果第一壓力表和第三壓力表的讀數(shù)相等，則表明煤樣已經(jīng)達(dá)到吸附解吸平衡，此時(shí)執(zhí)行第（7）步驟；

2小時(shí)之后，如果第一壓力表和第三壓力表的讀數(shù)不相等，表明煤樣還未達(dá)到吸附解吸平衡，重新執(zhí)行第（5）步驟；

（7）煤樣達(dá)到吸附解吸平衡后保持第四閥門和第一閥門處于開啟狀態(tài)，打開與放氣口連接的第三閥門，讓瓦斯氣體自然涌出，來模擬現(xiàn)場(chǎng)突出發(fā)生之前瓦斯氣體的自然涌出過程，通過流量計(jì)來監(jiān)測(cè)瓦斯涌出量的動(dòng)態(tài)變化過程；保持X向活塞不動(dòng)，利用Z向活塞對(duì)煤樣施加垂直載荷到指定載荷大小后停止加載，利用Y向活塞對(duì)煤樣施加水平載荷到指定載荷大小后停止加載；

（8）利用控制油缸將X向活塞向X向筒體的自由端抽動(dòng)，直至煤樣與突出口連通；如果煤樣與突出口連通后發(fā)生突出現(xiàn)象，試驗(yàn)即獲成功；

如果煤樣與突出口連通后沒有發(fā)生突出現(xiàn)象，表明所施加的載荷在當(dāng)前試驗(yàn)條件下還未達(dá)到突出臨界值；

此時(shí)可以通過控制油缸將X向活塞重新推送至突出口與突出缸體之間的位置，從而實(shí)現(xiàn)在不用重新裝卸煤樣的條件下重復(fù)進(jìn)行試驗(yàn)，即進(jìn)行第（9）步驟；

（9）改變載荷大小和/或瓦斯壓力大小，重復(fù)上述的步驟（1）～（8），獲得特定試驗(yàn)條件下的突出應(yīng)力臨界值和突出瓦斯壓力臨界值。