CN115097095B - 一种突出煤层采掘工作面突出预测模拟方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种突出煤层采掘工作面突出预测模拟方法和装置，包括以下步骤：测定原始煤层中非构造煤体和构造煤体的密度、含水率、孔隙率以及力学性能基础参数，并获得煤层赋存下的三向应力与瓦斯压力数据；确定原始煤层应力载荷状态及相应的加卸载速率；获得与原构造煤体同等视密度下成型压力；基于确定的成型压力，压制成型煤试件，并由密封胶套密封；向型煤试件中充入甲烷气体，直至型煤试件中瓦斯吸附平衡，使型煤试件瓦斯压力大小等于原始煤层瓦斯压力大小；基于实际采掘工作面突出预测过程，测定钻屑量和/或∆h2突出预测指标；测定煤体的初始释放瓦斯膨胀能，基于初始释放瓦斯膨胀能突出鉴定指标临界值，回判钻屑量和/或∆h2突出预测指标临界值。

Description

一种突出煤层采掘工作面突出预测模拟方法和装置

技术领域

本发明属于煤矿安全中突出防治领域，涉及一种在实验室条件下再现实际突出煤层采掘工作面突出预测模拟方法和装置，具体为一种突出煤层采掘工作面突出预测模拟方法和装置。

背景技术

煤炭在我国能源结构中的地位不容忽视，煤岩瓦斯动力灾害以长期性、复杂性和反复性多态势制约煤炭的安全高效开采。学术界开展此类灾害如煤与瓦斯突出（简称突出）、冲击地压等防治研究已长达180余年，取得了众多重大突破，尤其近年灾害多元动态信息的集成监测、动态预警及分源防控技术工程示范。随深部开采常态化，突出矿井数逐年增加，突出灾害防治更加严峻。突出预测作为突出防治关键的一步，预测指标选择及临界值判定准确性及有效性决定突出预测结果的可靠性与可行性。目前，预测指标临界值的判定，一般是基于现场测定数据和瓦斯动力现象，根据数理统计方法大致划定一个数值。只需确保该临界值回判结果达到一定准确度即可，或者根据已有预测指标临界值去反判推算其他预测指标临界值。然而，依据数理统计方法判定预测指标临界值虽具有较高准确性，但它依赖于测定数据样本的多寡，易产生误判，导致“低指标突出”事故发生。因此，预测指标临界值的准确判定依然存在巨大挑战。基于实验室再现实际采掘工作面突出预测指标测定过程仍缺乏研究，这是预测指标临界值判定缺乏准确性的关键原因。

开展实验室再现突出预测工作，关键在于工作面掘进模型的建立。突出作为主要以地应力、瓦斯压力、煤体力学强度为主导的力学破坏过程。煤体力学强度对突出的发生具有限制作用，因此，突出强度关键由应力加卸载路径及瓦斯压力水平决定。由于在不同的采掘条件下，工作面前方具有突出危险性的煤体所表现突出危险性水平不等。然而从本质安全层面，突出预测工作应追求无突出危险性准确率为100%，即判定工作面无突出危险性，经采掘扰动后工作面不会发生突出事故。因此，所建立的工作面掘进模型需能表征煤体最危险的状态，即应力加卸载路径应满足煤体最易发生损伤失稳，同时突出预测前煤体中瓦斯无泄露。

发明内容

发明的目的：本发明面对突出灾害防治更加严峻的形势，针对目前采掘工作面突出预测指标临界值仍缺乏准确性，存在预测结果误判，引发“低指标突出”事故的现状，提出一种突出煤层采掘工作面突出预测模拟方法和装置。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种突出煤层采掘工作面突出预测模拟方法，主要包括以下步骤：

步骤1），测定原始煤层中非构造煤体和构造煤体的密度、含水率、孔隙率以及力学性能基础参数，并获得煤层赋存下的三向应力与瓦斯压力数据；

步骤2），针对不同的采掘作业扰动特性，以采动引起的三向应力渐变或突变为孕突过程力学行为，确定原始煤层应力载荷状态及相应的加卸载速率；

步骤3），基于小模具将一定量破碎后的构造煤体煤粒在模具中多次压制成型，获得型煤试件成型压力与型煤试件视密度之间的变化曲线，并通过函数拟合获得与原构造煤体同等视密度下成型压力；

步骤4），制备非构造煤体的煤块与水泥同等厚度的复合试件作为阻挡层，将其塞入大模具长度方向一端面预留的孔洞中；基于步骤3）确定的成型压力，分次将破碎后的非构造煤体或构造煤体煤粒在大模具和位于上方和位于两侧的应力加卸载板围合而成的模具中压制成型煤试件，并由密封胶套密封；

步骤5），向大模具压制成型的型煤试件中充入甲烷气体，直至型煤试件中瓦斯吸附平衡，使型煤试件瓦斯压力大小等于原始煤层瓦斯压力大小；

步骤6），基于实际采掘工作面突出预测过程，利用钻杆，通过复合试件从大模具预留的孔洞钻入煤体测定钻屑量和/或∆h₂突出预测指标；

步骤7），所述的突出预测指标测定后，在钻孔周围采集一定量的剩余型煤试件块，测定煤体的初始释放瓦斯膨胀能，基于初始释放瓦斯膨胀能突出鉴定指标临界值，回判钻屑量和/或∆h₂突出预测指标临界值。

优选的，在步骤1）中，测定的煤体的密度包括真密度和视密度；测定的力学性能还包括抗压强度和/或煤的坚固性系数f值；煤体的三向应力指垂向应力、最大水平应力与最小水平应力。

优选的，在步骤2）中，应力载荷状态及相应的加卸载速率的确定主要基于突出发生的时间属性，以综掘和炮掘工艺的差异，实现最小主应力的突然卸载，中间主应力的渐进卸载。

优选的，所述小模具净空间尺寸的长宽高为50×50×100mm，大模具净空间尺寸的长宽高为1200×500×500mm；所述大模具包括长方形底面，和固定连接于底面长度方向两端的端面，其中的一端面加厚，并预留孔洞；所述的孔洞直径为50mm、深度为100mm。所述的大模具的上方和两侧配合设有方便拆卸的应力加卸载板，所述的大模具和应力加卸载板围合而成一个六面长方形模具。

优选的，步骤3）中选择的构造煤体煤粒粒径为6mm以下。

优选的，在步骤4）中，制备所述复合试件具体步骤为：首先将从现场采集的非构造煤体切割出直径为50mm、高为50mm的圆柱体，然后将其放入直径为50mm、高为100mm的圆柱模具中，最后向模具中灌入水泥浆液；待水泥浆完全凝固后，从模具中取出晾干备用；复合试件在放入大模具的预留孔洞前，需经过打磨，使其周围包裹一层热缩管，并在断面涂抹约2cm厚的密封凝胶，安装时，复合试件的非构造煤体部分朝向型煤试件一侧，水泥部分朝向模具外侧，复合试件放入所述预留孔后，在模具的外侧用圆形钢板进行密封。

优选的，在步骤5）中，向大模具压制成型的型煤试件中充入甲烷气体主要是通过大模具上下断面的充气孔。

优选的，在步骤6）中，钻杆钻进前卸下大模具预留孔洞前固定的圆形钢板，且钻进长度为1m。

优选的，在步骤7）中，在钻孔周围采集一定量的剩余型煤试件块具体步骤为：将大模具卸除上端应力加卸载板，利用工具将模具中的型煤试件切开，从钻孔周围剥落一定的煤块密封保存，用于煤体初始释放瓦斯膨胀能测定；

基于初始释放瓦斯膨胀能突出预测指标临界值，回判钻屑量和/或∆h₂等预测指标临界值的具体步骤为：通过模拟不同瓦斯压力水平下型煤试件突出预测指标测定，获得突出预测指标与煤体初始释放瓦斯膨胀能之间的变化曲线，并通过函数拟合获得对应初始释放瓦斯膨胀能突出鉴定指标临界值的其他突出预测指标如钻屑量和/或∆h₂的临界值。

一种突出煤层采掘工作面突出预测模拟装置，包括

小模具，所述小模具为长方体结构，用于将破碎后的构造煤体煤粒在模具中多次压制成型，利用压力传感器采集型煤试件成型压力，进而获得型煤试件成型压力与型煤试件视密度之间的变化曲线，并通过函数拟合获得与原构造煤体同等视密度下成型压力；

大模具，所述大模具包括长方形底面，和固定连接于底面长度方向两端的端面，其中的一端面加厚，并预留孔洞；所述的大模具的上方和两侧配合设有方便拆卸的应力加卸载板，所述的应力加卸载板能够相对于大模具作夹持、松开运动，所述的大模具和应力加卸载板能够围合成一个六面长方形模具，所述六面长方形模具内设有密封胶套；

型煤试件，所述型煤试件为由大模具压制而成的长方体结构，放置于六面长方形模具内，且由密封胶套密封，所述型煤试件的成型压力为上述的原构造煤体同等视密度下成型压力；

复合试件，所述复合试件为圆柱形结构，所述复合试件由两部分组成，一端为非构造煤体结构，另一端为水泥结构，所述复合试件周围包裹一层热缩管，并在端面涂抹密封凝胶，所述复合试件安装于所述预留孔洞内，其非构造煤体端朝向型煤试件，水泥部分朝向大模具外侧，且复合试件放入后，在模具的外侧用圆形钢板密封；

甲烷气体充填装置，所述甲烷气体充填装置用于通过大模具上下面的充气孔，向大模具中的型煤试件中充入甲烷气体，直至型煤试件中瓦斯吸附平衡，使型煤试件瓦斯压力大小等于原始煤层瓦斯压力大小；

钻杆，所述钻杆用于通过复合试件从大模具预留的孔洞钻入型煤试件，使位于两侧的应力加卸载板开始渐进卸载；和

切割工具，所述切割工具在位于上方的应力加卸载板卸除后，将大模具中的型煤试件切开，以测定煤体的初始释放瓦斯膨胀能。

进一步的，所述的大模具的上方和两侧配合设有方便拆卸的应力加卸载板为三轴试验加载装置。

有益效果：

应用本发明的突出煤层采掘工作面突出预测模拟方法，具有的有益效果为：本发明提出的采掘工作面掘进模型，不仅实现在实验室条件下再现实际突出煤层采掘工作面突出预测工作，同时亦能表征采掘工作面突出最危险的状态。使突出预测指标临界值的判定更具可信性，可体现无突出危险性预测准确率为100%，有效避免“低指标突出”事故的发生。

附图说明

图1为本发明中构建的突出煤层采掘工作面突出预测模拟方法和装置工作原理示意图；

图2为大模具的结构示意图；

图3为大模具和中间主应力加卸载板以及最大主应力加卸载板的结构示意图；

图4为成型应力与型煤试件视密度数据拟合函数曲线；

图5为突出预测指标与煤体初始释放瓦斯膨胀能之间的变化曲线；

图中，1-中间主应力加卸载板，2-大模具，3-型煤试件，4-密封胶套，5-复合试件，6-钻杆，7-最大主应力加卸载板。

具体实施方式

下面结合附图进一步阐明本发明，应当说明的是对于领域内技术人员在应用本发明时，基于本发明提出的原理进行改进或修饰应属于本发明的保护范围。

如图1-3所示，一种突出煤层采掘工作面突出预测模拟装置，包括：

小模具，所述小模具为长方体结构，用于将破碎后的构造煤体煤粒在模具中多次压制成型，利用压力传感器采集型煤试件成型压力，进而获得型煤试件成型压力与型煤试件视密度之间的变化曲线，并通过函数拟合获得与原构造煤体同等视密度下成型压力；

大模具2，所述大模具2包括长方形底面，和固定连接于底面长度方向两端的端面，其中的一端面加厚，并预留孔洞；所述的大模具2的上方和两侧配合设有方便拆卸的应力加卸载板，所述的应力加卸载板能够相对于大模具作夹持、松开运动，所述的大模具和应力加卸载板能够围合成一个六面长方形模具，所述六面长方形模具内设有密封胶套4；

型煤试件3，所述型煤试件3为由大模具压制而成的长方体结构，放置于六面长方形模具内，且由密封胶套密封，所述型煤试件3的成型压力为上述的原构造煤体同等视密度下成型压力；

复合试件5，所述复合试件5为圆柱形结构，所述复合试件5由两部分组成，一端为非构造煤体结构，另一端为水泥结构，所述复合试件5周围包裹一层热缩管，并在端面涂抹密封凝胶，所述复合试件5安装于所述预留孔洞内，其非构造煤体端朝向型煤试件，水泥部分朝向大模具2外侧，且复合试件5放入后，在模具的外侧用圆形钢板密封；

甲烷气体充填装置，所述甲烷气体充填装置用于通过大模具2上下面的充气孔向大模具2中的型煤试件中充入甲烷气体，直至型煤试件3中瓦斯吸附平衡，使型煤试件瓦斯压力大小等于原始煤层瓦斯压力大小；

钻杆6，所述钻杆6用于通过复合试件5从大模具2预留的孔洞钻入型煤试件3，使位于两侧的应力加卸载板开始渐进卸载；和

切割工具，所述切割工具在位于上方的应力加卸载板卸除后，将大模具2中的型煤试件3切开，以测定煤体的初始释放瓦斯膨胀能。

所述的大模具2的上方和两侧配合设有方便拆卸的应力加卸载板为三轴试验加载装置。

本发明的一种突出煤层采掘工作面突出预测模拟方法，包括以下步骤：

步骤1，测定原始煤层中非构造煤体和构造煤体真密度、视密度、含水率、孔隙率以及力学性能等基础参数，并获得煤层赋存下的三向应力与瓦斯压力数据。

步骤2，针对不同的采掘作业扰动特性，以采动引起的三向应力渐变或突变为孕突过程力学行为，确定原始煤层应力载荷状态及相应的加卸载速率。

步骤3，分别加工长宽高不等的小模具和大模具2型煤试件成模装置，其中大模具2在长度方向需预留一个孔洞。其中，小模具净空间尺寸的长宽高为50×50×100mm，大模具净空间尺寸的长宽高为1200×500×500mm，预留的孔洞直径为50mm、深度为100mm。如图1-3所示，所述大模具2包括长方形底面，和固定连接于底面长度方向两端的端面，其中的一端面加厚，并预留孔洞；所述的大模具2的上方和两侧配合设有方便拆卸的应力加卸载板，围合而成一个六面长方形模具。

位于上方的为最大主应力加卸载板7，位于两侧的为中间主应力加卸载板1所述的最大主应力加卸载板7和中间主应力加卸载板1，以及其在实验过程中的加卸载功能，可以由三轴试验加载装置提供。所述三轴试验加载装置为市售成熟产品，此处不再赘述。

首先，基于小模具获得与原构造煤体同等视密度下的成型压力，具体的步骤为：通过将一定量破碎后的构造煤体煤粒在小模具中多次压制成型，获得型煤试件成型压力与型煤试件视密度之间的变化曲线，并通过函数拟合即可获得与原构造煤体同等视密度下成型压力，其中选择的构造煤体煤粒粒径一般为6mm以下。成型压力确定过程如下：

1）将现场采集的某突出煤层构造煤体破碎，并筛分出煤粒粒径6mm以下的煤样密封保存。基于步骤1中测定的煤体原始水分，在煤样中加入适量的水分搅拌混合均匀后密封保存；称取一定量的密封煤样依次加入小模具中，通过施加不同的成型应力，获得型煤煤试件视密度；然后将成型应力与型煤试件视密度数据进行拟合，拟合函数一般为指数函数，如图4所示。

2）基于图4中的拟合函数公式，将原煤视密度数据带入拟合函数公式，即可计算出当型煤试件视密度和原构造煤体视密度相同时，型煤试件的成型压力值。

公式为：

式中,ρ为不同成型应力型煤体视密度，kg/m³;a,b₁,b₂,c₁,c₂为拟合函数的系数；σ为成型应力，MPa。

步骤4，制备非构造煤块与水泥同等厚度的复合试件5，具体步骤为：首先将从现场采集的非构造煤体切割出直径为50mm、高为50mm的圆柱体，然后将其放入直径为50mm、高为100mm的圆柱模具中，最后向模具中灌入水泥浆液。待水泥浆完全凝固后，从模具中取出晾干备用。将复合试件5进行打磨，使其周围包裹一层热缩管，并在端面涂抹约2cm厚的密封凝胶。将复合试件5作为阻挡层，将其塞入大模具2预留的孔洞中，且复合试件5的煤体部分朝向型煤试件一侧，水泥部分朝向模具外侧，且复复合试件放入后，在模具的外侧需用一定厚度的圆形钢板进行密封。

将大模具2放置于工作台上，利用三轴试验加载装置，将位于两侧的中间主应力加卸载板1夹持于大模具2的两侧，使大模具2形成一个顶部开口的长方形盒体，并在盒体内设置密封胶套4；基于步骤3确定的成型压力，分次将一定量破碎后的非构造煤体或构造煤体煤粒在大模具中压制成型煤试件3，由密封胶套4将型煤试件4完全密封，再将位于上方的最大主应力加卸载板7加载在型煤试件3上方。

步骤5，通过大模具2上下面的充气孔，向大模具压制成型的型煤试件中充入甲烷气体，直至型煤试件3中瓦斯吸附平衡，使型煤试件瓦斯压力大小等于原始煤层瓦斯压力大小。

步骤6，钻头钻进前卸下大模具2上固定的圆形钢板，基于实际采掘工作面突出预测过程，利用直径为42mm的钻头与钻杆6，通过复合试件5从大模具2预留的孔洞钻入煤体，同时位于两侧的中间主应力加卸载板1开始渐进卸载，测定钻屑量和/或∆h₂等预测指标。

步骤7，预测指标测定后，在钻孔周围采集一定量的剩余型煤试件块，即将大模具2卸除位于上方的最大主应力加卸载板7，利用工具将模具中的型煤试件3切开，从钻孔周围剥落一定的煤块密封保存，测定煤体的初始释放瓦斯膨胀能；基于初始释放瓦斯膨胀能突出鉴定指标临界值42.98mJ/g，回判钻屑量和/或∆h₂等预测指标临界值，具体步骤为：通过模拟不同瓦斯压力水平下型煤试件3突出预测指标测定，获得突出预测指标与煤体初始释放瓦斯膨胀能之间的变化曲线，如图5所示为钻屑量拟合函数。并通过函数拟合，一般为线性关系如下公式，即可获得对应初始释放瓦斯膨胀能突出鉴定指标临界值的其他突出预测指标如钻屑量和/或∆h₂的临界值。

公式为：K=a+bW_p

式中，K为突出预测指标；a,b为拟合函数系数；W_p为初始释放瓦斯膨胀能指标，mJ/g。

Claims (10)

1.一种突出煤层采掘工作面突出预测模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1），测定原始煤层中非构造煤体和构造煤体的密度、含水率、孔隙率以及力学性能基础参数，并获得煤层赋存下的三向应力与瓦斯压力数据；

其中，测定的煤体的密度包括真密度和视密度；测定的煤体的力学性能包括抗压强度和/或煤的坚固性系数f值；煤体的三向应力指垂向应力、最大水平应力与最小水平应力；

步骤2），针对不同的采掘作业扰动特性，以采动引起的三向应力渐变或突变为孕突过程力学行为，确定原始煤层应力载荷状态及相应的加卸载速率；

其中，所述应力载荷状态及相应的加卸载速率的确定主要基于突出发生的时间属性，以综掘和炮掘工艺的差异，实现最小主应力的突然卸载，中间主应力的渐进卸载；

步骤3），基于小模具将破碎后的构造煤体煤粒在模具中多次压制成型，获得型煤试件成型压力与型煤试件视密度之间的变化曲线，并通过函数拟合获得与原构造煤体同等视密度下成型压力；

步骤4），制备非构造煤体的煤块与水泥同等厚度的复合试件作为阻挡层，将其塞入大模具长度方向一端面预留的孔洞中；基于步骤3）确定的成型压力，分次将破碎后的非构造煤体或构造煤体煤粒在大模具和位于上方以及位于两侧的应力加卸载板围合而成的模具中压制成型煤试件，并由密封胶套密封；

步骤5），向所述的型煤试件中充入甲烷气体，直至型煤试件中瓦斯吸附平衡，使型煤试件瓦斯压力大小等于原始煤层瓦斯压力大小；

步骤6），基于实际采掘工作面突出预测过程，利用钻杆，通过复合试件从大模具预留的孔洞钻入型煤试件的煤体，测定钻屑量和/或Δh2突出预测指标；

步骤7），所述突出预测指标测定后，在钻孔周围采集一定量的剩余型煤试件块，测定煤体的初始释放瓦斯膨胀能，基于初始释放瓦斯膨胀能突出鉴定指标临界值，回判钻屑量和/或Δh2突出预测指标临界值。

2.根据权利要求1所述的一种突出煤层采掘工作面突出预测模拟方法，其特征在于，所述小模具净空间尺寸的长宽高为50×50×100mm。

3.根据权利要求1所述的一种突出煤层采掘工作面突出预测模拟方法，其特征在于，大模具净空间尺寸的长宽高为1200×500×500mm，所述大模具包括长方形底面，和固定连接于底面长度方向两端的端面，其中的一端面加厚，并预留孔洞；所述的孔洞直径为50mm、深度为100mm；所述的大模具的上方和两侧配合设有方便拆卸的应力加卸载板，所述的大模具和应力加卸载板围合而成一个六面长方形模具。

4.根据权利要求1所述的一种突出煤层采掘工作面突出预测模拟方法，其特征在于，步骤3）中选择的构造煤体煤粒粒径为6mm以下。

5.根据权利要求1所述的一种突出煤层采掘工作面突出预测模拟方法，其特征在于，在步骤4）中，制备所述复合试件具体步骤为：首先将从现场采集的非构造煤体切割出直径为50mm、高为50mm的圆柱体，然后将其放入直径为50mm、高为100mm的圆柱模具中，最后向模具中灌入水泥浆液；待水泥浆完全凝固后，从模具中取出晾干备用；复合试件在放入大模具的预留孔洞前，需经过打磨，使其周围包裹一层热缩管，并在断面涂抹约2cm厚的密封凝胶，安装时，复合试件的非构造煤体部分朝向型煤试件一侧，水泥部分朝向模具外侧，复合试件放入所述预留孔后，在模具的外侧用圆形钢板进行密封。

6.根据权利要求1所述的一种突出煤层采掘工作面突出预测模拟方法，其特征在于，在步骤5）中，向大模具压制成型的型煤试件中充入甲烷气体主要是通过大模具上下断面的充气孔。

7.根据权利要求1所述的一种突出煤层采掘工作面突出预测模拟方法，其特征在于，在步骤6）中，钻杆钻进前卸下大模具预留孔洞前固定的圆形钢板，且钻进长度为1m。

8.根据权利要求1所述的一种突出煤层采掘工作面突出预测模拟方法，其特征在于，在步骤7）中，在钻孔周围采集一定量的剩余型煤试件块具体步骤为：将大模具卸除上方应力加卸载板，利用工具将模具中的型煤试件切开，从钻孔周围剥落一定的煤块密封保存，用于煤体初始释放瓦斯膨胀能测定；

基于初始释放瓦斯膨胀能突出预测指标临界值，回判钻屑量和/或Δh2突出预测指标临界值的具体步骤为：通过模拟不同瓦斯压力水平下大模具内型煤试件突出预测指标测定，获得如钻屑量和/或Δh2突出预测指标与煤体初始释放瓦斯膨胀能之间的变化曲线，并通过函数拟合获得对应初始释放瓦斯膨胀能突出鉴定指标临界值的钻屑量和/或Δh2突出预测指标临界值。

9.一种突出煤层采掘工作面突出预测模拟装置，其特征在于，包括小模具，所述小模具为长方体结构，用于将破碎后的构造煤体煤粒在模具中多次压制成型，利用压力传感器采集型煤试件成型压力，进而获得型煤试件成型压力与型煤试件视密度之间的变化曲线，并通过函数拟合获得与原构造煤体同等视密度下成型压力；

大模具，所述大模具包括长方形底面，和固定连接于底面长度方向两端的端面，其中的

一端面加厚，并预留孔洞；所述的大模具的上方和两侧配合设有方便拆卸的应力加卸载板，所述的应力加卸载板能够相对于大模具作夹持、松开运动，所述的大模具和应力加卸载板能够围合成一个六面长方形模具，所述六面长方形模具内设有密封胶套；

型煤试件，所述型煤试件为由大模具压制而成的长方体结构，放置于六面长方形模具内，且由密封胶套密封，所述型煤试件的成型压力为上述的原构造煤体同等视密度下成型压力；

复合试件，所述复合试件为圆柱形结构，所述复合试件由两部分组成，一端为非构造煤体结构，另一端为水泥结构，所述复合试件周围包裹一层热缩管，并在端面涂抹密封凝胶，所述复合试件安装于所述预留孔洞内，其非构造煤体端朝向型煤试件，水泥部分朝向大模具外侧，且复合试件放入后，在模具的外侧用圆形钢板密封；

甲烷气体充填装置，所述甲烷气体充填装置用于通过大模具上下面的充气孔，向大模具中的型煤试件中充入甲烷气体，直至型煤试件中瓦斯吸附平衡，使型煤试件瓦斯压力大小等于原始煤层瓦斯压力大小；

钻杆，所述钻杆用于通过复合试件从大模具预留的孔洞钻入型煤试件，使位于两侧的应力加卸载板开始渐进卸载；和

切割工具，所述切割工具在位于上方的应力加卸载板卸除后，将大模具中的型煤试件切开，以测定煤体的初始释放瓦斯膨胀能。

10.根据权利要求9所述的一种突出煤层采掘工作面突出预测模拟装置，其特征在于，所述的大模具的上方和两侧配合设有方便拆卸的应力加卸载板为三轴试验加载装置。