[發明專利]一種煤與瓦斯突出模擬實驗裝置及實驗方法

有效

• 申請號: 201611230222.8
• 申請日: 2016-12-27
• 公開（公告）號: CN106526094B
• 公開（公告）日: 2018-07-13
• 發明（設計）人: 張天軍;尚宏波;李樹剛;包若羽;馬騰;宋爽;張磊;羽玥;董曉剛;蔣興科
• 申請（專利權）人: 西安科技大學
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00
• 代理公司: 上海精晟知識產權代理有限公司 31253
• 代理人: 馮子玲

本發明公開了一種煤與瓦斯突出模擬實驗裝置，包括地應力模擬加載系統、瓦斯壓力模擬加載系統、聲發射系統、突出箱體和計算機；所述地應力模擬加載系統包括電子萬能試驗機、第一液壓油缸和第二液壓油缸，所述突出箱體對中放置在電子萬能試驗機的底座上，所述電子萬能試驗機、第一液壓油缸和第二液壓油缸均與計算機相連接。另外，本發明還公開了采用該裝置進行煤與瓦斯突出模擬實驗的方法。本發明的裝置能夠提供穩定的壓力，實現三維加載壓力，且在煤樣發生突出時能夠準確的記錄突出時的臨界壓力值，能夠將采集的數據傳輸到計算機上，實時的反映煤與瓦斯突出前后的能量與壓力的變化規律。

技術領域

本發明屬于煤與瓦斯突出模擬實驗技術領域，具體涉及一種煤與瓦斯突出模擬實驗裝置及實驗方法。

背景技術

隨著煤炭開采深度的不斷增加，在高地應力和瓦斯壓力作用下，越來越多的礦井將面臨嚴峻的煤與瓦斯突出問題，對礦井的安全生產造成極大的危害。煤與瓦斯突出是一種極為復雜的礦井動力現象，其發生受地應力、瓦斯壓力和煤巖的物理力學性質的影響和制約，而目前關于煤與瓦斯突出機理的研究尚未清晰。因此，國內外眾多學者采用煤與瓦斯突出模擬裝置開展了大量的模擬實驗，在一定程度上加深了人們對煤與瓦斯突出的認識，但隨著煤與瓦斯突出力學作用機理的提出，現有的模擬裝置存在尺寸小、加載維數少，充氣壓力底以及不能準確記錄突出前后能量與突出整個過程等缺點，不能充分揭示煤與瓦斯突出過程中的變化規律；特別是現有的模擬裝置突出口需要手動打開，手動打開突出口速度過慢進而影響煤與瓦斯突出的時間及能量的變化規律；此外，現有裝置的加載系統大多不能提供穩定的加載壓力，這樣對尋找煤與瓦斯突出臨界壓力值具有一定的困難。因此，需要一種實驗裝置，能夠模擬煤樣尺寸大、加載維數多，充氣壓力大的要求，同時可以清晰的觀察和記錄煤與瓦斯突出過程中煤樣的破壞情況和能量變化規律。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術的不足，提供一種煤與瓦斯突出模擬實驗裝置。該裝置結構簡單，設計合理，裝配容易。通過設置地應力模擬加載系統和瓦斯壓力模擬加載系統，能夠提供穩定的壓力，實現三維加載壓力，且在煤樣發生突出時能夠準確的記錄突出時的臨界壓力值，通過設置聲發射探頭和壓力傳感器，能夠將采集的數據傳輸到計算機上，實時的反映煤與瓦斯突出前后的能量與壓力的變化規律。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種煤與瓦斯突出模擬實驗裝置，其特征在于：包括地應力模擬加載系統、瓦斯壓力模擬加載系統、聲發射系統、突出箱體和計算機；所述地應力模擬加載系統包括電子萬能試驗機、第一液壓油缸和第二液壓油缸，所述突出箱體對中放置在電子萬能試驗機的底座上，所述電子萬能試驗機、第一液壓油缸和第二液壓油缸均與計算機相連接；所述第一液壓油缸和第二液壓油缸分別安裝于突出箱體的相鄰兩個側壁上；

所述突出箱體包括上端開口的箱體本體和位于箱體本體下方的箱體底座，所述箱體本體的上端設置有箱蓋，所述箱蓋的中部安裝有軸向壓縮活塞，所述軸向壓縮活塞上設有與箱體本體內部腔體相連通的軸向充氣孔，所述箱體底座上設置有與所述腔體相連通的底座充氣孔，所述軸向充氣孔上連接有氣體管道，所述氣體管道上連接有氣體支管，所述氣體支管與底座充氣孔相連通，所述箱體本體上且與第二液壓油缸相對的側壁上開設有突出口，所述突出口上設置有可拆卸的突出堵頭，所述箱體本體上且位于突出口的外側安裝有模擬巷道裝置；所述箱體底座內側和模擬巷道裝置底部均設置有聲發射探頭和壓力傳感器；

所述瓦斯壓力模擬加載系統包括瓦斯氣體罐和空氣壓縮機；所述瓦斯氣體罐通過第一管路與氣體管道連接，空氣壓縮機通過第二管路與氣體管道連接；

所述聲發射系統包括聲發射儀，所述聲發射儀的輸入端與聲發射探頭相連。

上述的一種煤與瓦斯突出模擬實驗裝置，其特征在于：還包括數據采集儀，所述數據采集儀的輸入端與壓力傳感器相連，所述聲發射儀的輸出端和數據采集儀的輸出端均與計算機相連。