CN106769548A - 含瓦斯煤体发生冲击地压模拟试验装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明通过由缸体、上盖板和后盖板构成试验缸，在试验缸内安装挡板，在挡板上设置模拟孔，在试验缸内布置采集器，在试验缸上连接气路系统、数据采集系统和加压系统，从而提供了一种含瓦斯煤体发生冲击地压模拟试验装置以及相应的试验方法，可以更加真实地模拟含瓦斯煤体冲击地压灾害，并获取模拟试验的相关参数。

Description

含瓦斯煤体发生冲击地压模拟试验装置及其方法

技术领域

本发明涉及岩体工程实验设备技术领域，具体地讲，特别涉及一种含瓦斯煤体发生冲击地压模拟试验装置及其方法。

背景技术

目前，冲击地压是一种煤、岩体中聚积的弹性应变能在一定的条件下快速、剧烈的释放，造成煤岩体碎裂并向外抛射的现象。冲击地压发生时会造成地下巷道挤压收缩甚至是堵塞，严重的影响了煤矿的安全生产。由于冲击地压的发生具有瞬时性，对其治理的工作重点是灾害的预测，所以研究冲击地压的触发机制具有重要的理论价值和工程指导意义。

通过模拟实验来探索冲击地压发生规律的方法已经存在，但随着煤矿逐渐进入深部开采，在深部高地应力和瓦斯压力开采条件下，冲击地压的触发机制也将发生变化，传统模拟试验装置存在试验所得发生冲击地压规律和冲击地压触发机制在含瓦斯煤体中不适用的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一在于提供一种含瓦斯煤体发生冲击地压模拟试验装置，为模拟研究含瓦斯煤体的冲击地压灾害提供试验装置。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种含瓦斯煤体发生冲击地压模拟试验装置，包括试验缸、气路系统、数据采集系统和加压系统，所述试验缸包括上盖板、后盖板、以及上端和后端敞口的缸体，所述上盖板、后盖板和缸体围合成密封的试验缸，在所述上盖板和后盖板上分别安装有上加压系统和后加压系统，所述上加压系统自上而下向试验缸内施加压力，后加压系统自后向前向试验缸内施加压力；在所述缸体的前部内开有卡槽，在所述卡槽内卡装有与缸体前壁板平行的挡板，在所述挡板上开有模拟孔，所述挡板的上端也卡入上盖板上对应设置的卡槽内，并且在所述挡板与缸体前壁板之间留有间距；所述气路系统包括高压气瓶、真空泵和气管，其中气管的一端与试验缸内腔连通，气管的另一端分叉后各自连接有高压气瓶和真空泵；所述数据采集系统包括采集器、数据线和计算机，所述采集器位于试件箱内，所述数据线的一端与采集器相连、另一端穿出试件箱与计算机相连。

作为优选，所述挡板上的模拟孔呈位于挡板正中的圆形孔。

作为另一优选，所述挡板上的模拟孔呈位于挡板正中的矩形孔。

作为另一优选，所述挡板上的模拟孔呈位于挡板正中的等腰梯形孔，并且所述模拟孔的上边窄下边宽。

作为另一优选，所述挡板上的模拟孔呈位于挡板正中的异形孔，该异形孔由下部的矩形和上部的拱形组合而成。

在所述缸体的前方布置有带钻杆的钻机，在所述前壁板上开有与钻杆相匹配的钻孔。

所述上加压系统包括水平压板、竖向压杆和液压缸，所述竖向压杆竖向穿过上盖体，并在竖向压杆与上盖体之间设有密封结构，在所述竖向压杆的下端固定有位于上盖体下方的水平压板，所述液压缸与竖向压杆的上端耦合；所述后加压系统的结构与上加压系统的结构类同。

所述采集器包括压力盒、应变花和震动传感器。

本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种含瓦斯煤体发生冲击地压的模拟试验方法，用于模拟研究含瓦斯煤体的冲击地压灾害。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种含瓦斯煤体发生冲击地压的模拟试验方法，包括上述含瓦斯煤体发生冲击地压模拟试验装置，还包括以下步骤，

步骤一：试验准备，将缸体与后盖板密封固定，在安装挡板的位置安装压制板，所述压制板与挡板造型相同，压制板上没有开孔；

步骤二：型煤压制，将煤粉放入试验缸内压制成型，在此过程中埋入采集器；

步骤三：更换压制板，将压制板更换为带模拟孔的挡板，加盖上盖板并密封锁紧；

步骤四：抽真空，运行真空泵抽出试验缸内的气体；

步骤五：瓦斯吸附，关闭真空泵，打开高压气瓶，直到试验缸内的气压达到试验方案设定的气压，该设定气压小于0.74MPa；

步骤六：模拟冲击地压，运行上加压系统或者后加压系统模拟冲击地压，直到型煤发生突然破坏；

步骤七：整理试验数据，对计算机收集的参数进行整理。

在步骤二型煤压制时，将钻杆埋入型煤内，钻杆自挡板模拟孔和前壁板过孔伸出试验缸；在步骤四抽真空之前，对前壁板与挡板之间的间距进行树脂密封；在步骤六中，模拟冲击地压的同时开启钻机驱动钻杆模拟钻进。

有益效果：本发明通过由缸体、上盖板和后盖板构成试验缸，在试验缸内安装挡板，在挡板上设置模拟孔，在试验缸内布置采集器，在试验缸上连接气路系统、数据采集系统和加压系统，从而提供了一种含瓦斯煤体发生冲击地压模拟试验装置以及相应的试验方法，可以更加真实地模拟含瓦斯煤体冲击地压灾害，并获取模拟试验的相关参数。

附图说明

图1为实施例一的结构示意图。

图2为试验缸的内部结构示意图。

图3为试验缸的底部结构示意图。

图4为挡板的结构示意图。

图5为实施例二的流程示意图。

图中标记如下：高压气瓶1、气管2、钻机3、钻杆4、缸体5、挡板6、模拟孔6a、上盖板7、竖向压杆8、液压缸9、采集器10、后盖板11、数据线12、计算机13、真空泵14和水平压板15。

具体实施方式

下面通过参考附图描述实施例是示例性的，旨在解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。下面详细描述本发明的实施例，所述的实施例示例在附图中示出，其中自始至终以相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。在本发明的描述中，需要说明的是，如有术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不应理解为限制本发明的具体保护范围。

在本发明中，除另有明确规定和限定，如有术语“组装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应作广义去理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；也可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介相连，可以是两个元件内部相连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述的术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式作进一步的描述，使本发明的技术方案及其有益效果更加清楚、明确。

实施例一：

如图1、图2、图3和图4所示，本实施例包括试验缸、气路系统、数据采集系统和加压系统。所述试验缸包括上盖板7、后盖板11、以及上端和后端敞口的缸体5，所述上盖板7、后盖板11和缸体5围合成密封的试验缸。在所述缸体5的前部内开有卡槽，在所述卡槽内卡装有与缸体5前壁板平行的挡板6，在所述挡板6上开有模拟孔6a。所述挡板6的上端也卡入上盖板7上对应设置的卡槽内，并且在所述挡板6与缸体5前壁板之间留有间距。所述挡板6用于模拟实际开采的掌子面，挡板6上模拟孔6a的形状根据实际试验方案而定。所述模拟孔6a可以是呈位于挡板6正中的矩形孔；也可以是呈位于挡板6正中的圆形孔；还可以是呈位于挡板6正中的等腰梯形孔，并且所述模拟孔6a的上边窄下边宽；本实施例优选所述挡板6上的模拟孔6a呈位于挡板6正中的异形孔，该异形孔由下部的矩形和上部的拱形组合而成。

如图1、图2和图3所示，在所述上盖板7和后盖板11上分别安装有上加压系统和后加压系统，所述上加压系统自上而下向试验缸内施加压力，后加压系统自后向前向试验缸内施加压力。所述上加压系统包括水平压板15、竖向压杆8和作为动力源的液压缸9，所述竖向压杆8竖向穿过上盖体，并在竖向压杆8与上盖体之间设有密封结构。在所述竖向压杆8的下端固定有位于上盖体下方的水平压板15，所述水平压板15也可以是与竖向压杆8一体的结构。所述液压缸9与竖向压杆8的上端耦合，当然也可以采用气压缸或者其他设备作为动力源。所述后加压系统的结构与上加压系统的结构类同，也即后加压系统包括竖向设置的后压板、水平设置的后压杆和对后压杆施力的动力源。

如图1所示，所述气路系统包括高压气瓶1、真空泵14和气管2，其中气管2的一端与试验缸内腔连通，气管2的另一端分叉后各自连接有高压气瓶1和真空泵14。当然，为保证可靠性和方便性，在气管2的相应部位设有压力表、限压阀、减压阀等控制原器件，以保证气路系统的正常使用。

如图1所示，所述数据采集系统包括采集器10、数据线12和计算机13，所述采集器10位于试件箱内，所述数据线12的一端与采集器10相连、另一端穿出试件箱与计算机13相连。所述采集器10包括压力盒、应变花和震动传感器。为了保证数据采集系统的正常使用，在数据线12上安装有电桥箱。

如图1和图2所示，为了模拟钻进过程中的冲击地压灾害，在所述缸体5的前方布置有带钻杆4的钻机3，在所述缸体5前壁板上开有与钻杆4相匹配的钻孔。如果不需要钻杆4钻进，可以将缸体5前壁板上的钻孔封堵。

实施例二：

如图5所示，一种含瓦斯煤体发生冲击地压的模拟试验方法，包括实施例一所述的含瓦斯煤体发生冲击地压模拟试验装置，还包括以下步骤，

步骤一：试验准备，将缸体5与后盖板11密封固定，在安装挡板6的位置安装压制板，所述压制板与挡板6造型相同，压制板上没有开孔；

步骤二：型煤压制，将煤粉放入试验缸内压制成型，在此过程中埋入采集器10；

步骤三：更换压制板，将压制板更换为带模拟孔6a的挡板6，加盖上盖板7并密封锁紧；

步骤四：抽真空，运行真空泵14抽出试验缸内的气体；

步骤五：瓦斯吸附，关闭真空泵14，打开高压气瓶1，直到试验缸内的气压达到试验方案设定的气压，该设定气压小于0.74MPa；

步骤六：模拟冲击地压，运行上加压系统或者后加压系统模拟冲击地压，直到型煤发生突然破坏；

步骤七：整理试验数据，对计算机13收集的参数进行整理。

如果要模拟钻进过程中的冲击地压，在步骤二型煤压制时，将钻杆4埋入型煤内，钻杆4自挡板6模拟孔6a和前壁板过孔伸出试验缸；在步骤四抽真空之前，对前壁板与挡板6之间的间距进行树脂密封；在步骤六中，模拟冲击地压的同时开启钻机3驱动钻杆4模拟钻进。

Claims (10)

1.一种含瓦斯煤体发生冲击地压模拟试验装置，其特征在于：包括试验缸、气路系统、数据采集系统和加压系统，所述试验缸包括上盖板、后盖板、以及上端和后端敞口的缸体，所述上盖板、后盖板和缸体围合成密封的试验缸，在所述上盖板和后盖板上分别安装有上加压系统和后加压系统，所述上加压系统自上而下向试验缸内施加压力，后加压系统自后向前向试验缸内施加压力；在所述缸体的前部内开有卡槽，在所述卡槽内卡装有与缸体前壁板平行的挡板，在所述挡板上开有模拟孔，所述挡板的上端也卡入上盖板上对应设置的卡槽内，并且在所述挡板与缸体前壁板之间留有间距；所述气路系统包括高压气瓶、真空泵和气管，其中气管的一端与试验缸内腔连通，气管的另一端分叉后各自连接有高压气瓶和真空泵；所述数据采集系统包括采集器、数据线和计算机，所述采集器位于试件箱内，所述数据线的一端与采集器相连、另一端穿出试件箱与计算机相连。

2.根据权利要求1所述的含瓦斯煤体发生冲击地压模拟试验装置，其特征在于：所述挡板上的模拟孔呈位于挡板正中的圆形孔。

3.根据权利要求1所述的含瓦斯煤体发生冲击地压模拟试验装置，其特征在于：所述挡板上的模拟孔呈位于挡板正中的矩形孔。

4.根据权利要求1所述的含瓦斯煤体发生冲击地压模拟试验装置，其特征在于：所述挡板上的模拟孔呈位于挡板正中的等腰梯形孔，并且所述模拟孔的上边窄下边宽。

5.根据权利要求1所述的含瓦斯煤体发生冲击地压模拟试验装置，其特征在于：所述挡板上的模拟孔呈位于挡板正中的异形孔，该异形孔由下部的矩形和上部的拱形组合而成。

6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的含瓦斯煤体发生冲击地压模拟试验装置，其特征在于：在所述缸体的前方布置有带钻杆的钻机，在所述缸体前壁板上开有与钻杆相匹配的钻孔。

7.根据权利要求6所述的含瓦斯煤体发生冲击地压模拟试验装置，其特征在于：所述上加压系统包括水平压板、竖向压杆和液压缸，所述竖向压杆竖向穿过上盖体，并在竖向压杆与上盖体之间设有密封结构，在所述竖向压杆的下端固定有位于上盖体下方的水平压板，所述液压缸与竖向压杆的上端耦合；所述后加压系统的结构与上加压系统的结构类同。

8.根据权利要求7所述的含瓦斯煤体发生冲击地压模拟试验装置，其特征在于：所述采集器包括压力盒、应变花和震动传感器。

9.一种含瓦斯煤体发生冲击地压的模拟试验方法，其特征在于：包括权利要求1至8任一所述的含瓦斯煤体发生冲击地压模拟试验装置，还包括以下步骤，

步骤一：试验准备，将缸体与后盖板密封固定，在安装挡板的位置安装压制板，所述压制板与挡板造型相同，压制板上没有开孔；

步骤二：型煤压制，将煤粉放入试验缸内压制成型，在此过程中埋入采集器；

步骤三：更换压制板，将压制板更换为带模拟孔的挡板，加盖上盖板并密封锁紧；

步骤四：抽真空，运行真空泵抽出试验缸内的气体；

步骤五：瓦斯吸附，关闭真空泵，打开高压气瓶，直到试验缸内的气压达到试验方案设定的气压，该设定气压小于0.74MPa；

步骤六：模拟冲击地压，运行上加压系统或者后加压系统模拟冲击地压，直到型煤发生突然破坏；

步骤七：整理试验数据，对计算机收集的参数进行整理。

10.根据权利要求9所述的含瓦斯煤体发生冲击地压的模拟试验方法，其特征在于：还包括权利要求6所述的含瓦斯煤体发生冲击地压模拟试验装置，在步骤二型煤压制时，将钻杆埋入型煤内，钻杆自挡板模拟孔和前壁板过孔伸出试验缸；在步骤四抽真空之前，对前壁板与挡板之间的间距进行树脂密封；在步骤六中，模拟冲击地压的同时开启钻机驱动钻杆模拟钻进。