CN112326919A - 一种煤与瓦斯突出模拟试验装置及试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种煤与瓦斯突出模拟试验装置及试验方法，装置包括内部用于填充煤样的突出腔体，突出腔体的一端安装活塞，另一端开设突出口；突出口配置有多个具有不同口径规格的可调节挡板；突出口上安装有盖板，突出口外对接有管道。本发明能够在突出模拟实验中，通过轴压加载模拟煤岩体在井下的真实应力环境，然后利用高压瓦斯气体获得突发性高压瓦斯，模拟瓦斯压力增大导致煤与瓦斯突出发生的真实过程。此外，本发明还能模拟不同突出口情形下，煤与瓦斯突出情况，能够准确地模拟现场突出过程，更加真实、可靠地研究煤与瓦斯突出规律和现象，为研究煤与瓦斯突出的发生机理提供可靠的试验基础，实用性强。
Description
技术领域
本发明涉及矿业工程技术领域，特别是涉及一种煤与瓦斯突出模拟试验装置及试验方法。
背景技术
在煤矿采掘过程中，当煤层处在地质构造带影响区域内，瓦斯地质赋存条件复杂多变，不可预见因素增多，在掘进、揭煤等作业方式诱导条件下更容易发生煤与瓦斯突出。只有充分认识由采掘工程导致的煤岩体物理平衡状态的破坏过程，了解煤与瓦斯突出动力灾害的演变规律及致灾机理，解决煤与瓦斯突出动力灾害发生的关键科学问题，才能研究有效的灾害预测、预报技术，达到有效预防和控制煤与瓦斯突出动力灾害发生的目的。
目前的模拟突出试验装置，虽然可在一定程度上探测煤与瓦斯突出机理，但大多数突出试验装置结构复杂，功能单一，且模拟真实性较差，由于试验条件固定不变，无法探测模拟多种突出口径下的煤样突出情况，进而无法为研究煤与瓦斯突出的发生机理提供可靠的试验基础。
发明内容
本发明的目的是提供一种煤与瓦斯突出模拟试验装置及试验方法，装置结构简单，能够真实模拟井下瓦斯压力突然增大导致煤与瓦斯突出发生，为煤与瓦斯突出机理研究和预测体防治提供手段支持。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种煤与瓦斯突出模拟试验装置，包括内部用于填充煤样的突出腔体，所述突出腔体的一端安装活塞，另一端开设突出口；所述活塞用于轴向推压煤样，使所述煤样从所述突出口突出；所述突出口配置有多个具有不同口径规格的可调节挡板；所述突出口上安装有盖板，所述突出口外对接有管道。
可选的，所述活塞的一端连接活塞驱动机构。
可选的，所述活塞驱动机构为千斤顶，所述千斤顶安装于反力架。
可选的，所述突出腔体上方设置有压杆，所述压杆用于在所述盖板关闭时，压紧所述盖板。
可选的，所述压杆包括金属杆和连接于所述金属杆一端的钢板，所述金属杆的中部铰接于支座形成杠杆结构。
可选的，所述突出腔体上安装有压力表、真空泵和/或加压阀。
可选的，所述突出腔体上设置有充气口和脱气口，所述充气口用于连接高压瓦斯气源。
可选的，所述可调节挡板的口径为2cm、3cm、4cm、5cm、6cm、7cm和/或8cm。
同时本发明提供一种基于上述煤与瓦斯突出模拟试验装置的煤与瓦斯突出模拟试验方法，主要包括如下步骤：
S1、在突出腔体的突出口安装对应口径的可调节挡板；
S2、关闭盖板，将煤样加入突出腔体内，并在突出腔体一侧装入活塞，活塞可沿突出腔体的内壁滑动；
S3、推动活塞，在轴向上对煤样施加压力，将煤样挤压；
S4、启动真空泵，对煤样进行脱真空处理；
S5、脱真空处理结束后，关闭脱气口阀门，打开充气口阀门往突出腔体中充高压瓦斯气体，调节加压阀，将充入煤样中的瓦斯气体的压力调节为模拟试验的预定值；
S6、瓦斯气体的压力达到预定值后，稳压一段时间，让煤样在试验预定瓦斯压力下充分吸附，然后关闭充气口阀门，停止充气；
S7、煤样达到吸附平衡后，打开盖板，模拟突出现象。
可选的，根据不同情况模拟更换不同口径的可调节挡板，并重复步骤S1-S7，可在同一台煤与瓦斯模拟装置中，根据不同情况模拟出不同突出口条件下煤样的突出情况。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明提供的煤与瓦斯突出模拟试验装置及试验方法，能够在突出模拟实验中，通过轴压加载模拟煤岩体在井下的真实应力环境，然后利用高压瓦斯气体获得突发性高压瓦斯，可以模拟瓦斯压力增大导致煤与瓦斯突出发生的真实过程。此外，本发明试验装置还能模拟不同突出口情形下，煤与瓦斯突出情况，能够准确地模拟现场突出过程，更加真实、可靠地研究煤与瓦斯突出规律和现象，为研究煤与瓦斯突出的发生机理提供可靠的试验基础，并指导煤矿生产实践，实用性强。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明煤与瓦斯突出模拟试验装置的结构示意图；
其中，附图标记为：1、突出腔体；2、活塞；3、突出口；4、可调节挡板；5、盖板；6、管道；7、千斤顶；8、反力架；9、压杆；10、金属杆；11、钢板；12、支座；13、压力表；14、充气口；15、脱气口；16、煤样；17、密封圈。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种煤与瓦斯突出模拟试验装置及试验方法，装置结构简单，能够真实模拟井下瓦斯压力突然增大导致煤与瓦斯突出发生，为煤与瓦斯突出机理研究和预测体防治提供手段支持。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一：
如图1所示，本实施例提供一种煤与瓦斯突出模拟试验装置，包括内部用于填充煤样16的突出腔体1，突出腔体1的左端安装活塞2，右端开设突出口3；活塞2用于轴向推压煤样16，使煤样16从突出口3突出；突出口3配置有多个具有不同口径规格的可调节挡板4，更换不同口径规格的可调节挡板4，可模拟不同突出口径条件下的突出情况。突出口3上安装有盖板5，盖板5的一端通过合页结构与突出口3铰接，突出口3外对接有管道6，管道6用于接收突出的煤料，管道6上还设有传感器等检测器件，用于检测出突出煤料的相关参数，如压力、温度、重量等。其中，突出腔体1优选为圆筒结构。
本实施例中，如图1所示，活塞2的一端连接活塞驱动机构。活塞驱动机构优选为千斤顶7，千斤顶7固定安装于反力架8。千斤顶7用于驱动活塞2在突出腔体1内轴向移动，且能够加载不同轴压。活塞2的杆部结构贯穿反力架8设置，且活塞2与反力架8的交叉处设置有密封圈17，防止活塞运动过程中，产生漏气。
本实施例中，如图1所示，突出腔体1上方设置有压杆9，压杆9用于在盖板5关闭时，进一步压紧盖板5。其中，压杆9包括金属杆10和连接于金属杆10右端的钢板11，钢板11竖直设置，底端用于在压紧时与盖板5上的边缘凹槽匹配卡接，金属杆10的中部铰接于支座12形成杠杆结构，通过按压金属杆10的另一端，可将钢板11升起，解除压杆对盖板5的压紧。
本实施例中，如图1所示，突出腔体1上安装有压力表13、真空泵、加压阀、充气口14和脱气口15，充气口14用于连接高压瓦斯气源。充气口14和脱气口1上均安装有阀门结构，用于控制气口的启闭。
本实施例中，可调节挡板4的口径可为2cm、3cm、4cm、5cm、6cm、7cm和/或8cm。可调节挡板4采用可拆卸的方式安装在突出口3的内侧。
本实施例中，为了提高盖板的密封效果，在盖板的内端面设置有密封圈。
下面基于上述煤与瓦斯突出模拟试验装置，对煤与瓦斯突出模拟试验方法作具体说明，主要包括如下步骤：
步骤1、在突出腔体1内加入同轴心的可调节挡板4，可模拟特定突出口径条件下的煤样突出情况。其中，不同可调节挡板4上的突出口径不同，可调节突出口径的规格可为2cm、3cm、4cm、5cm、6cm、7cm或8cm，同一台煤与瓦斯模拟装置，可根据不同情况模拟不同突出口条件下煤样突出情况。
步骤2、关闭盖板5，用压杆9将盖板5进一步压紧，将煤样16加入突出腔体1内，之后在突出腔体1左侧加入活塞2，活塞2可沿突出腔体1的内壁周向滑动。其中，煤样16优选为煤粉结构。
步骤3、固定反力架8，反力架8上固定有千斤顶7，千斤顶7与活塞2相连，用于对活塞2施加不同的轴向载荷。
步骤4、打开千斤顶7，推动活塞2，活塞挤压煤体，模拟轴压，在轴向上对煤体施加压力，直至将煤粉挤压成型煤块。
步骤5、启动真空泵，对煤样16进行脱真空处理，并保持24小时。
步骤6、脱真空处理结束后，关闭脱气口15的阀门，打开充气口14的阀门，开始往突出腔体1中充高压瓦斯气体，调节加压阀，将充入煤样中的瓦斯气体的压力调节为模拟试验的预定值。
步骤7、瓦斯气体的压力调节达到预定值后，并稳压24小时，让煤样在试验预定瓦斯压力下充分吸附，然后关闭充气口14的阀门，停止充气。其中，优选模拟瓦斯压力为0.8MPa，即充气至0.8MPa后，并稳定24小时，24小时后关闭充气口阀门，停止充气。
步骤8、煤样达到吸附平衡后，压动金属杆10的另一端，打开盖板5，煤样可从突出口突出，模拟突出现象。
最终，对管道6内突出煤样的相关参数进行检测，完成一次试验。
根据不同情况模拟更换不同口径的可调节挡板4，并重复上述步骤1-8，可在同一台煤与瓦斯模拟装置中，根据不同情况模拟出不同突出口条件下煤样的突出情况。
由此可见，相比以往的同类试验装置，本实施例能够在试验中加载不同轴压，通过轴压加载模拟煤岩体在井下的真实应力环境，然后利用高压瓦斯气体获得突发性高压瓦斯，模拟瓦斯压力增大导致煤与瓦斯突出发生的真实过程。此外，此装置还能模拟不同突出口情形下，煤与瓦斯突出情况，能够准确地模拟现场突出过程，更加真实、可靠地研究煤与瓦斯突出规律和现象，为研究煤与瓦斯突出的发生机理提供可靠的试验基础，并指导煤矿生产实践。
需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种煤与瓦斯突出模拟试验装置，其特征在于，包括内部用于填充煤样的突出腔体，所述突出腔体的一端安装活塞，另一端开设突出口；所述活塞用于轴向推压煤样，使所述煤样从所述突出口突出；所述突出口配置有多个具有不同口径规格的可调节挡板；所述突出口上安装有盖板，所述突出口外对接有管道。
2.根据权利要求1所述的煤与瓦斯突出模拟试验装置，其特征在于，所述活塞的一端连接活塞驱动机构。
3.根据权利要求2所述的煤与瓦斯突出模拟试验装置，其特征在于，所述活塞驱动机构为千斤顶，所述千斤顶安装于反力架。
4.根据权利要求1所述的煤与瓦斯突出模拟试验装置，其特征在于，所述突出腔体上方设置有压杆，所述压杆用于在所述盖板关闭时，压紧所述盖板。
5.根据权利要求4所述的煤与瓦斯突出模拟试验装置，其特征在于，所述压杆包括金属杆和连接于所述金属杆一端的钢板，所述金属杆的中部铰接于支座形成杠杆结构。
6.根据权利要求1所述的煤与瓦斯突出模拟试验装置，其特征在于，所述突出腔体上安装有压力表、真空泵和/或加压阀。
7.根据权利要求1所述的煤与瓦斯突出模拟试验装置，其特征在于，所述突出腔体上设置有充气口和脱气口，所述充气口用于连接高压瓦斯气源。
8.根据权利要求1所述的煤与瓦斯突出模拟试验装置，其特征在于，所述可调节挡板的口径为2cm、3cm、4cm、5cm、6cm、7cm和/或8cm。
9.一种基于权利要求1-8任意一项所述煤与瓦斯突出模拟试验装置的煤与瓦斯突出模拟试验方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、在突出腔体的突出口安装对应口径的可调节挡板；
S2、关闭盖板，将煤样加入突出腔体内，并在突出腔体一侧装入活塞，活塞可沿突出腔体的内壁滑动；
S3、推动活塞，在轴向上对煤样施加压力，将煤样挤压；
S4、启动真空泵，对煤样进行脱真空处理；
S5、脱真空处理结束后，关闭脱气口阀门，打开充气口阀门往突出腔体中充高压瓦斯气体，调节加压阀，将充入煤样中的瓦斯气体的压力调节为模拟试验的预定值；
S6、瓦斯气体的压力达到预定值后，稳压一段时间，让煤样在试验预定瓦斯压力下充分吸附，然后关闭充气口阀门，停止充气；
S7、煤样达到吸附平衡后，打开盖板，模拟突出现象。
10.根据权利要求9所述的煤与瓦斯突出模拟试验方法，其特征在于，根据不同情况模拟更换不同口径的可调节挡板，并重复步骤S1-S7，以测得不同突出口条件下煤样突出情况。
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