[發明專利]一種多功能煤與瓦斯突出物理模擬裝置

有效

• 申請號: 202110275416.4
• 申請日: 2021-03-15
• 公開（公告）號: CN113030429B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 張超林;王恩元;周西方;王奕博;李忠輝;張奇明;王冬明;張昕
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01N33/22
• 分類號: G01N33/22;G01N15/08;G01N15/02;G01D21/02
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 李悅聲

本發明公開一種多功能煤與瓦斯突出物理模擬裝置，適用于模擬煤礦井下煤與瓦斯突出突出使用。包括試驗腔體、旋轉機構、應力加載系統、氣體滲流系統、突出巷道系統和除塵系統。其結構簡單、使用方便，可實現煤體成型、煤體滲透率測試及煤與瓦斯突出多功能于一體，能夠開展流固耦合條件下不同瓦斯壓力、瓦斯包體積，不同地應力狀態，不同煤層滲透率、厚度、傾角對突出煤粉在巷道中運動及致災機制的影響規律試驗研究。

技術領域

本發明涉及一種多功能煤與瓦斯突出物理模擬裝置，尤其適用于煤礦安全領域使用。

背景技術

煤與瓦斯突出(簡稱突出)是煤礦生產中遇到的一種極其復雜的礦井瓦斯動力現象，其特征是在一定的時間內，由煤體向巷道或采場突然拋出大量的煤炭，并涌出大量的瓦斯。它能在很短的時間內，由煤體向巷道或采場突然噴出大量的瓦斯及煤巖，在煤體中形成特殊形狀的孔洞，并伴隨一定的動力效應，如推倒礦車、破壞支架等，噴出的煤粉可以充填數百米長的巷道，噴出的煤粉-瓦斯流有時帶有暴風般的性質，瓦斯可以逆風流運行，充滿數千米長的巷道。

我國是世界上突出災害最嚴重的國家，自1950年吉林省遼源礦務局發生第一次突出事故以來，70年間共發生突出18000余次，占世界總突出次數的40％以上，其中強度超千噸煤巖的特大型突出次數達140次，超過世界總次數的30％以上，平均每次突出煤巖量77.5t，每次突出瓦斯量1.45萬m3。截至2019年8月，全國煤礦總數5695處，其中突出礦井757處，高瓦斯礦井1024處，全國高、突礦井總數占全國礦井總數的31.3％；山西、吉林、黑龍江、安徽、江西、河南、湖南、重慶、四川、貴州、云南等省的高、突礦井總數占全國高、突礦井總數的90％以上，突出防控刻不容緩。隨著煤礦開采深度和強度的不斷增加，地應力與瓦斯壓力不斷增高，采場結構越來越復雜，突出災害強度頻次的威脅愈加嚴重，極易引發重特大事故，煤礦安全形勢依然嚴峻，實現“零突出”的目標還有非常艱巨的路程要走。

鑒于突出具有突出性、隱蔽性、破壞性，現場對其進行跟蹤考察難度較大，因此實驗室內開展突出模擬試驗是目前研究突出的主要手段，國內外也相繼研究了多種類型的突出模擬試驗裝置。由于突出模擬試驗的煤樣尺寸較大，難以使用原煤開展突出模擬試驗，因此多使用型煤進行壓制成型。傳統的型煤制作過程需要多次裝煤并分批成型，容易導致煤體產生分層現象，影響試驗效果。同時，對于型煤滲透率的測試需要單獨制作小尺度試件(直徑50mm、高度100mm)并借助其他設備進行測試，難以真實反映突出煤樣的滲透率，且操作步驟繁瑣。目前尚無能實現煤樣成型、滲透率測試及突出集一體的試驗裝置。

發明內容

針對上述技術比對不足之處，提供一種結構簡單，使用效果好，能實現煤體成型、煤體滲透率測試及煤與瓦斯突出多功能于一體的多功能煤與瓦斯突出物理模擬試驗裝置。

為實現上述目的，本發明多功能煤與瓦斯突出物理模擬裝置，包括旋轉機構，旋轉機構包括旋轉底座，以及設置在旋轉底座上的旋轉框架，旋轉框架內設有試驗腔體，試驗腔體上設有應力加載系統；

所述旋轉框架包括前后設置的頂板和底板，頂板和底板的四角之間設有四根立柱從而構成籠式結構，頂板和底板通過四根立柱固定并提供反力；

所述旋轉底座兩端分別設有兩組支撐柱，旋轉底座上設有旋轉軸座，其中旋轉框架的底板的一側與旋轉軸座之間通過旋轉軸活動連接，旋轉底座一端的支撐柱與水平設置的旋轉框架的頂板位置匹配，使旋轉框架與旋轉底座水平設置，旋轉底座另一端的支撐柱與底板位置匹配，使旋轉框架與旋轉底座垂直設置；旋轉底座中段設有橫梁，橫梁與頂板之間設有旋轉油缸；