[發(fā)明專利]一種補(bǔ)氣的煤與瓦斯突出動(dòng)力效應(yīng)模擬實(shí)驗(yàn)裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110653640.2
• 申請(qǐng)日: 2021-06-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113358846B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-03-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）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(qǐng)（專利權(quán)）人: 中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司;重慶大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N33/22
• 分類號(hào): G01N33/22;G01N15/08;G01N13/04;G01N7/10;G09B25/00
• 代理公司: 北京同恒源知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11275
• 代理人: 楊柳岸

本發(fā)明涉及一種補(bǔ)氣的煤與瓦斯突出動(dòng)力效應(yīng)模擬實(shí)驗(yàn)裝置及方法，屬于煤與瓦斯突出致災(zāi)模擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域；包括補(bǔ)氣罐，補(bǔ)氣罐與補(bǔ)氣管路連接，補(bǔ)氣管路上設(shè)有單向閥，補(bǔ)氣管路另一端與充氣法蘭的進(jìn)氣口連接，充氣法蘭上設(shè)有出氣口，出氣口與突出腔體的內(nèi)腔連通，突出腔體主體一端與充氣法蘭連接并密封，突出腔體主體另一端與突出口相連；根據(jù)突出腔體V₀計(jì)算出在實(shí)際煤層卸壓區(qū)參與突出做功的游離瓦斯體積V₂，并充入補(bǔ)氣罐內(nèi)，通過(guò)補(bǔ)氣管路經(jīng)充氣法蘭向突出腔體內(nèi)補(bǔ)氣；通過(guò)簡(jiǎn)便、易操作的實(shí)驗(yàn)裝置及方法，解決傳統(tǒng)煤與瓦斯突出動(dòng)力效應(yīng)模擬實(shí)驗(yàn)裝置及方法沒(méi)有定量分析卸壓區(qū)瓦斯?jié)B透導(dǎo)致煤與瓦斯突出效應(yīng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確的問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于煤與瓦斯突出致災(zāi)模擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種補(bǔ)氣的煤與瓦斯突出動(dòng)力效應(yīng)模擬實(shí)驗(yàn)裝置及方法。

背景技術(shù)

我國(guó)是世界上最大的煤炭生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)，煤炭在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中占有重要地位。盡管采取了相應(yīng)的系列防控措施，但涉及煤巖瓦斯的礦井動(dòng)力災(zāi)害仍有發(fā)生，歸根結(jié)底是對(duì)煤巖瓦斯災(zāi)變的機(jī)理認(rèn)識(shí)尚不夠清晰完善。

煤與瓦斯突出是煤礦典型動(dòng)力災(zāi)害之一，具有極強(qiáng)破壞性，嚴(yán)重制約煤礦安全生產(chǎn)。目前針對(duì)煤與瓦斯突出的研究通常集中于煤體本身以及瓦斯的作用，然而，突出的發(fā)生是煤、瓦斯及頂、底板共同作用導(dǎo)致的結(jié)果。目前針對(duì)煤與瓦斯突出的研究通常以突出孔洞為設(shè)定對(duì)象開(kāi)展研究，主要考慮突出范圍內(nèi)煤體做功及瓦斯作用，而在煤與瓦斯突出致災(zāi)研究中更是較少考慮突出孔洞周圍卸壓煤體解吸瓦斯對(duì)突出的作用。例如，參考文件CN104181282 A僅是給出了一種煤與瓦斯突出動(dòng)力效應(yīng)模擬實(shí)驗(yàn)方法的具體流程，并未涉及氣體補(bǔ)給；參考文件CN105891440A考慮了氣體補(bǔ)給并利用補(bǔ)氣氣包借助實(shí)施，但補(bǔ)氣包及其管路的設(shè)計(jì)缺乏定量依據(jù)且對(duì)比文件中也未給出，僅是定性研究，實(shí)際指導(dǎo)意義有限。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)：在煤與瓦斯突出涉及破碎煤體的拋出過(guò)程中，卸壓區(qū)解吸瓦斯均有不同程度的參與，煤與瓦斯突出事故中突出的噸煤瓦斯含量遠(yuǎn)大于原始煤層的瓦斯含量，實(shí)際突出孔洞周圍卸壓區(qū)煤體有大量的瓦斯參與了突出動(dòng)力效應(yīng)。因此，準(zhǔn)確的模擬卸壓區(qū)煤體解吸瓦斯參與突出作用過(guò)程能夠更真實(shí)的還原突出過(guò)程，反演突出瓦斯涌出規(guī)律，傳統(tǒng)研究中將其忽略掉顯然是不合理的。卸壓區(qū)解吸瓦斯參與突出的定量化表達(dá)尚未建立，基于此，亟需研發(fā)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)并基于此提出相關(guān)實(shí)驗(yàn)方法，以期進(jìn)一步提高對(duì)煤與瓦斯突出致災(zāi)機(jī)理的認(rèn)識(shí)。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種補(bǔ)氣的煤與瓦斯突出動(dòng)力效應(yīng)模擬實(shí)驗(yàn)裝置及方法，充分考慮突出孔洞周圍卸壓煤體解吸瓦斯對(duì)突出的作用，通過(guò)簡(jiǎn)便、易操作的實(shí)驗(yàn)裝置及方法，提高對(duì)煤與瓦斯突出致災(zāi)機(jī)理的認(rèn)識(shí)，解決傳統(tǒng)煤與瓦斯突出動(dòng)力效應(yīng)模擬實(shí)驗(yàn)裝置及方法沒(méi)有定量分析卸壓區(qū)瓦斯?jié)B透導(dǎo)致煤與瓦斯突出效應(yīng)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確的問(wèn)題。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種補(bǔ)氣的煤與瓦斯突出動(dòng)力效應(yīng)模擬實(shí)驗(yàn)裝置，包括補(bǔ)氣罐，所述補(bǔ)氣罐與補(bǔ)氣管路連接，所述補(bǔ)氣管路上設(shè)有單向閥，所述補(bǔ)氣管路另一端與充氣法蘭的進(jìn)氣口連接，所述充氣法蘭上設(shè)有出氣口，所述出氣口與突出腔體的內(nèi)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；補(bǔ)氣罐內(nèi)的氣體通過(guò)補(bǔ)氣管路經(jīng)充氣法蘭向突出腔體內(nèi)補(bǔ)氣。

進(jìn)一步，所述充氣法蘭的出氣口均勻分布在充氣法蘭上。

進(jìn)一步，所述突出腔體主體及突出口均為空心圓柱形。

一種補(bǔ)氣的煤與瓦斯突出動(dòng)力效應(yīng)模擬實(shí)驗(yàn)方法，包括如下步驟：

A、確定所需最大補(bǔ)氣量V₂和補(bǔ)氣罐容積V₃；V₃≥V₂

a1、根據(jù)突出腔體體積V₀計(jì)算實(shí)際煤層中突出煤體的當(dāng)量半徑r；

a2、根據(jù)突出煤體當(dāng)量半徑r計(jì)算實(shí)際煤層中卸壓區(qū)煤體的當(dāng)量半徑R；