[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

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種研究煤礦瓦斯災(zāi)害發(fā)生規(guī)律及其機(jī)理的煤與瓦斯突出模擬裝置，適用于多種條件下的煤與瓦斯突出模擬試驗(yàn)。

背景技術(shù)

煤礦井下煤層中的煤與瓦斯突出事故是一種在地應(yīng)力、瓦斯壓力和煤體物理力學(xué)性質(zhì)綜合作用影響下導(dǎo)致發(fā)生的復(fù)雜動(dòng)力災(zāi)害現(xiàn)象，一直威脅著煤礦安全生產(chǎn)。為了研究煤與瓦斯突出機(jī)理，為煤礦瓦斯災(zāi)害治理提供理論支撐，長(zhǎng)期以來人們致力于煤與瓦斯突出機(jī)理的理論和試驗(yàn)研究。早在1953年，前蘇聯(lián)的Khodot V V 等人在世界上首次利用CO₂和突出傾向性的煤，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)成功實(shí)現(xiàn)了煤與瓦斯突出的模擬試驗(yàn)，并由此開始了煤與瓦斯突出規(guī)律及其機(jī)理的研究。然而60多年過去了，截至目前，煤與瓦斯突出的發(fā)生機(jī)理仍然沒有弄清楚，還處于一種假說階段，可見煤與瓦斯突出機(jī)理研究的復(fù)雜性。

在我國(guó)，煤與瓦斯突出模擬試驗(yàn)研究起步較晚，1989年煤研總院撫順分院的鄧全封等研發(fā)了一維煤與瓦斯突出模擬試驗(yàn)裝置，并得到了一些有益認(rèn)識(shí)。之后中國(guó)礦業(yè)大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所、河南理工大學(xué)、安徽理工大學(xué)、重慶大學(xué)、中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司等相繼研發(fā)出了能模擬各種實(shí)驗(yàn)條件和適用于不同煤樣尺寸的煤與瓦斯突出模擬試驗(yàn)裝備，并取得了一系列的試驗(yàn)研究成果。

上述國(guó)內(nèi)外的相關(guān)試驗(yàn)研究極大推進(jìn)了煤與瓦斯突出機(jī)理的相關(guān)理論發(fā)展，但是所研發(fā)出來的模擬試驗(yàn)裝置還存在一些問題和不足：

（1）可重復(fù)性差。以往的突出模擬過程中，裝一次煤樣只能做一次煤與瓦斯突出實(shí)驗(yàn)，即使突出實(shí)驗(yàn)不成功也要重新裝煤樣，步驟繁瑣，實(shí)驗(yàn)周期長(zhǎng)。

（2）很難真實(shí)模擬井下煤層突出過程。煤礦井下實(shí)際煤與瓦斯突出都是在一種開放的系統(tǒng)下啟動(dòng)完成的，即煤層在向外涌出瓦斯的過程中發(fā)生了煤與瓦斯事故。而目前所有的試驗(yàn)裝置在模擬煤與瓦斯突出時(shí)，發(fā)生突出之前一直都處于一種封閉系統(tǒng)狀態(tài)（即在開啟突出口之前瓦斯氣體被完全密封起來，不讓其涌出），只有在打開突出口瞬間才讓瓦斯氣體涌出，這種處理方法與現(xiàn)場(chǎng)瓦斯涌出的開放系統(tǒng)是相悖的。

（3）無法模擬前方煤體厚度對(duì)突出的影響。目前所有的模擬裝置都無法模擬突出前方煤體厚度對(duì)突出的影響。現(xiàn)實(shí)中煤礦井下發(fā)生突出時(shí)，都是存在一定的前方煤體厚度的。如果煤層中某處已經(jīng)滿足了突出的所有條件，但前方煤體厚度過大，煤層中的突出能量無法克服前方煤體所帶來的阻力時(shí)，也是不會(huì)發(fā)生突出事故的。

正因?yàn)椴荒軌蚋鼮檎鎸?shí)地模擬現(xiàn)實(shí)情況，因此利用現(xiàn)有的煤與瓦斯突出模擬試驗(yàn)裝備，仍然難以弄清楚煤與瓦斯突出的發(fā)生機(jī)理，使得煤與瓦斯突出的發(fā)生機(jī)理仍然處于假說階段。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種可重復(fù)試驗(yàn)的煤與瓦斯突出模擬裝置，在開放系統(tǒng)下完成突出試驗(yàn)，裝一次煤樣即可進(jìn)行多次突出試驗(yàn)，并能夠模擬前方煤體厚度對(duì)突出的影響。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的可重復(fù)試驗(yàn)的煤與瓦斯突出模擬裝置，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。

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。

所述突出口向上凸出Ｚ向筒體的頂壁。

本發(fā)明的目的還在于提供一種使用上述可重復(fù)試驗(yàn)的煤與瓦斯突出模擬裝置的試驗(yàn)方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的試驗(yàn)方法依次按以下步驟進(jìn)行：