[發明專利]一種補氣的煤與瓦斯突出動力效應模擬實驗裝置及方法

有效

• 申請號: 202110653640.2
• 申請日: 2021-06-11
• 公開（公告）號: CN113358846B
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發明（設計）人: 曹偈;文光才;趙旭生;楊雪林;劉延保;蔣安飛;李日富;黃濤;王波;戴林超;黃立寧
• 申請（專利權）人: 中煤科工集團重慶研究院有限公司;重慶大學
• 主分類號: G01N33/22
• 分類號: G01N33/22;G01N15/08;G01N13/04;G01N7/10;G09B25/00
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 楊柳岸

1.一種補氣的煤與瓦斯突出動力效應模擬實驗方法，其特征在于：該方法所使用的裝置包括補氣罐，所述補氣罐與補氣管路連接，所述補氣管路上設有單向閥，所述補氣管路另一端與充氣法蘭的進氣口連接，所述充氣法蘭上設有出氣口，所述出氣口與突出腔體的內腔連通，所述突出腔體包括突出腔體主體和突出口，所述突出腔體主體一端與充氣法蘭連接并密封，所述突出腔體主體另一端與突出口相連；所述補氣罐內的氣體通過補氣管路經充氣法蘭向突出腔體內補氣；

該方法包括如下步驟：

A、確定所需最大補氣量V₂和補氣罐容積V₃，V₃≥V₂；

a1、根據突出腔體體積V₀計算實際煤層中突出煤體的當量半徑r；

a2、根據突出煤體當量半徑r計算實際煤層中卸壓區煤體的當量半徑R；

a3、計算除突出煤體外的卸壓區煤體的體積V₁；

a4、計算卸壓區參與突出做功的游離瓦斯體積即為所需最大補氣量V₂；

B、確定補氣管路內徑d₁；

b1、確定單位時間內補氣罐向突出腔體補充的瓦斯量Q₂及氣流速度v；

b2、根據單位時間內補氣罐向突出腔體補充的瓦斯量Q₂及氣流速度v確定補氣管路內徑d₁；

C、將補氣罐及內徑d₁的補氣管路與突出腔體連接，開展煤與瓦斯突出動力效應模擬實驗；

c1、向突出腔體內裝填滿由一定粒徑密度及比例組成的顆粒煤；將補氣罐內充入體積為V₂的瓦斯氣體；

c2、突出腔體抽真空且完成之后充入設定壓力為p₁的瓦斯并充分吸附；

c3、打開補氣管路上的單向閥，補氣罐內瓦斯通過補氣管路，充氣法蘭向突出腔體主體內均勻充氣，模擬實際煤層中卸壓區煤體向突出煤體的瓦斯滲流；

c4、進行實驗，觀測并記錄實驗數據。

2.根據權利要求1所述的一種補氣的煤與瓦斯突出動力效應模擬實驗方法，其特征在于：

所述步驟第a1步中，V₀＝π(D²L+d²l)/4，D-突出腔體主體直徑，mm；L-突出腔體主體長度，mm；d-突出口直徑，mm；I-突出口長度，mm；

3.根據權利要求1所述的一種補氣的煤與瓦斯突出動力效應模擬實驗方法，其特征在于：所述第a2步中，R＝1.8886r^0.935，單位：m。

4.根據權利要求1所述的一種補氣的煤與瓦斯突出動力效應模擬實驗方法，其特征在于：所述第a3步中，V₁＝4π(R³-r³)/3，單位：m³。

5.根據權利要求1所述的一種補氣的煤與瓦斯突出動力效應模擬實驗方法，其特征在于：所述第a4步中，V₂＝10V₁p₁ω₀，p₁-煤層瓦斯壓力，單位：MPa；ω₀-孔隙率，％。

6.根據權利要求1所述的一種補氣的煤與瓦斯突出動力效應模擬實驗方法，其特征在于：所述第b1步中，Q₂＝4Q₁(DL+d1)/d₀²，Q₁-實測標準煤樣在瓦斯壓力p₁條件下達峰值強度破壞時瓦斯滲速度，單位：mL/s；d₀-標準煤樣直徑，單位：mm；ρ-瓦斯壓力p₁時的密度，單位：kg/m³；Δp＝0.1atm。

7.根據權利要求1所述的一種補氣的煤與瓦斯突出動力效應模擬實驗方法，其特征在于：所述第b2步中，

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