[發(fā)明專利]一種高溫高壓高應(yīng)力耦合下煤與瓦斯延期突出試驗(yàn)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910589987.8
• 申請(qǐng)日: 2019-07-02
• 公開（公告）號(hào): CN110308245B
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李忠輝;張超林;王恩元;劉曉斐;劉貞堂
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N33/00
• 分類號(hào): G01N33/00;G01N33/22
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 李悅聲

一種高溫高壓高應(yīng)力耦合下煤與瓦斯延期突出試驗(yàn)方法，適用于實(shí)驗(yàn)室中模擬煤礦井下高溫高壓高應(yīng)力耦合下煤與瓦斯突出延期突出使用，包括前期準(zhǔn)備階段、延期突出孕育階段、延期突出誘發(fā)階段、延期突出結(jié)束和后續(xù)工作；通過給煤樣加熱，充入不同壓力的瓦斯氣體，最后使用蠟封圓柱模擬瓦斯突出，從而在室內(nèi)模擬高溫高壓高應(yīng)力耦合下煤與瓦斯延期突出過程，其步驟簡(jiǎn)單，模擬效果好，具有良好的實(shí)用性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種煤與瓦斯延期突出試驗(yàn)方法，尤其適用于實(shí)驗(yàn)室中對(duì)于煤礦井下模擬使用的高溫高壓高應(yīng)力耦合下煤與瓦斯延期突出試驗(yàn)方法。

背景技術(shù)

煤炭是我國(guó)的基礎(chǔ)能源，在未來很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，煤炭作為我國(guó)主體能源的格局不會(huì)變。截至2017年，我國(guó)煤炭消費(fèi)量占一次能源消費(fèi)的比重依然高達(dá)60.4％。煤與瓦斯突出(簡(jiǎn)稱突出)是煤礦生產(chǎn)中遇到的一種極其復(fù)雜的礦井瓦斯動(dòng)力現(xiàn)象，其特征是在一定的時(shí)間內(nèi)，由煤體向巷道或采場(chǎng)突然拋出大量的煤炭，并涌出大量的瓦斯。煤與瓦斯延期突出(簡(jiǎn)稱延期突出)是指突出并不是在剛剛爆破煤壁時(shí)發(fā)生，而是在提煤幾分鐘到幾個(gè)小時(shí)后延期發(fā)生。延期突出發(fā)生的相對(duì)數(shù)量雖然較少，但是由于其特有的隱蔽性、滯后性、突然性，往往令人措手不及而導(dǎo)致重大人員傷亡。

我國(guó)是世界上煤與瓦斯突出災(zāi)害最嚴(yán)重的國(guó)家之一，目前共有1200多對(duì)突出礦井，國(guó)有煤礦50％以上為高瓦斯突出礦井。同時(shí)隨著煤礦開采深度的逐年遞增，煤層溫度、氣壓、應(yīng)力也同步增加。煤體在高溫高壓高應(yīng)力條件下的力學(xué)性質(zhì)與常規(guī)條件下具有較大差異，容易進(jìn)入流變狀態(tài)，導(dǎo)致延期突出的發(fā)生。目前關(guān)于煤與瓦斯突出的研究多集中在常規(guī)條件下的突出物理模擬試驗(yàn)，缺少一種有效的高溫高壓高應(yīng)力耦合下煤與瓦斯延期突出試驗(yàn)方法。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述技術(shù)比對(duì)不足之處，提供一種步驟簡(jiǎn)單，使用效果好，在室內(nèi)模擬高溫高壓高應(yīng)力耦合下煤與瓦斯延期突出過程的高溫高壓高應(yīng)力耦合下煤與瓦斯延期突出試驗(yàn)方法。

為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明的高溫高壓高應(yīng)力耦合下煤與瓦斯延期突出試驗(yàn)方法步驟為：前期準(zhǔn)備階段、延期突出孕育階段、延期突出誘發(fā)階段、延期突出結(jié)束和后續(xù)工作；

詳細(xì)步驟為：

1a)從待測(cè)煤礦區(qū)域突出煤層的煤塊取樣進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，利用現(xiàn)場(chǎng)采集的煤塊取樣測(cè)定突出煤層的相關(guān)參數(shù)，確定試驗(yàn)方案；

1b)使用破碎篩將采集的煤塊取樣篩分成0-1mm粒徑的煤粒，向煤粒中加水?dāng)嚢柚瞥?％含水率煤樣備用；

1c)將6％含水率煤樣裝入可視化箱體，可視化箱體的右側(cè)開有突出口，可視化箱體底部設(shè)有布滿熱電阻絲的海綿狀多功能金屬板，多功能金屬板上設(shè)有充氣口a，可視化箱體上設(shè)有加載系統(tǒng)，加載系統(tǒng)包括可視化箱體頂部的箱體蓋板內(nèi)、箱體的左側(cè)壁內(nèi)和前側(cè)壁內(nèi)設(shè)置的多個(gè)透明加載板，每個(gè)透明加載板上設(shè)置的加載活塞，加載活塞穿過箱體壁連通的加載油缸；可視化箱體背面均勻布置有多個(gè)傳感器安裝孔，在距離突出口0.5m和1.0m的斷面內(nèi)利用可視化箱體背部開設(shè)的傳感器安裝孔向可視化箱體中的6％含水率煤樣分別埋入兩組氣壓傳感器和溫度傳感器，最后使用加載活塞驅(qū)動(dòng)透明加載板使6％含水率煤樣在20MPa條件下成型1h后解除透明加載板對(duì)煤樣的加壓；

1d)在可視化箱體的右側(cè)開有的突出口中安裝延期突出門，延期突出門包括透明圓管，透明圓管尾部設(shè)有安裝法蘭，透明圓管內(nèi)以石蠟融化倒入充滿密封，透明圓管內(nèi)壁直徑與突出口匹配，突出口直徑為0.1m，透明圓管長(zhǎng)0.5m，透明圓管內(nèi)壁區(qū)域1-區(qū)域5分別鋪設(shè)延時(shí)門熱電阻絲，透明圓管內(nèi)壁的熱電阻絲從接線口b延伸出，將延期突出門的透明圓管通過安裝法蘭連接至可視化箱體的突出口上；

1e)將高壓氣瓶出氣口、真空泵抽氣口和可視化箱體的充氣口a氣路順序連接，然后將高壓氣瓶出氣口與延期突出門的充氣口b連接，檢測(cè)可視化箱體、延期突出門及氣管管路密封效果，確保密封壓力不低于6MPa；

1f)在可視化箱體外側(cè)和延期突出門處分別設(shè)置高速攝像機(jī)；