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CN101487834A - 煤与瓦斯突出综合试验装置 - Google Patents

煤与瓦斯突出综合试验装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种煤与瓦斯突出综合试验装置，包括煤样室、地应力模拟加载系统和气压加载设备，地应力模拟加载系统的施力胶囊和加载装置设置在密闭容器内，充压设备的充压通道与胶囊壁夹层相通，加载装置包括至少两个加载块，煤样室由加载块围成，相邻加载块之间存在间隙，施力胶囊套在煤样室外部；通过压力采集装置和摄像机观测试验结果，本发明通过模拟地应力和气压的共同作用，能够同时考察瓦斯压力与地应力在煤与瓦斯突出孕育、发动和发展过程中所起的作用，为煤与瓦斯突出的预测和预防提供理论依据；使用时可以调整压力数值，观察不同压力下的试验结果，还可以只用模拟地应力或者只用瓦斯压力的情况下进行试验，使用灵活。

Description

煤与瓦斯突出综合试验装置
技术领域
本发明涉及一种煤炭科研装置，特别涉及一种煤与瓦斯突出综合试验装置。
背景技术
煤与瓦斯突出事故是指煤矿开采过程中，煤体在地应力和瓦斯共同作用下，破碎的煤和瓦斯由煤体或岩体内突然向采掘空间抛出的异常的动力现象，表现为几吨至数千吨甚至达万吨以上的破碎的煤岩在数秒至几十秒时间内，由煤岩体向采掘空间抛出，同时伴有大量瓦斯涌出，危害较为严重。
煤与瓦斯突出是煤矿井下最严重的动力灾害，其发生与地应力、瓦斯压力和煤岩物理力学性质密切相关，其中瓦斯压力的作用尤为重要。煤中瓦斯的赋存形式有游离态和吸附态，其中吸附瓦斯占全部瓦斯含量的90％左右，游离态的瓦斯和吸附态的瓦斯在煤与瓦斯突出过程中所起的作用目前还不清楚，(此部分删掉)，但地应力与瓦斯压力在煤与瓦斯突出全过程中是如何起作用的目前尚不清楚，煤体的破坏过程也一直未能直观地看到。煤与瓦斯突出属于地质灾害，长期以来，由于无法直接观察到煤与瓦斯突出的破坏过程，也就无法预测和预防，因此，由于煤与瓦斯突出造成的事故也比较频繁。而模拟煤与瓦斯突出试验可以为研究、预测和预防煤与瓦斯突出提供理论依据。
因此，需要一种实验装置，能够模拟地应力以及瓦斯的压力，清楚的观察到并记录模拟煤与瓦斯突出时的状态，直接观察煤的破坏过程，为煤与瓦斯突出的预测和预防提供理论依据。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种煤与瓦斯突出综合试验装置，能够模拟地应力以及瓦斯的压力，清楚的观察到并记录模拟煤与瓦斯突出时的状态，直接观察煤的破坏过程，为煤与瓦斯突出的预测和预防提供理论依据。
本发明的煤与瓦斯突出综合试验装置，包括煤样室、地应力模拟加载系统和气压加载设备，所述煤样室设置煤与瓦斯喷出口，煤与瓦斯喷出口设置阀，还包括密闭容器，所述气压加载设备的加压气体通道与密闭容器内部相通，地应力模拟加载系统包括充压设备、设置在密闭容器内的施力胶囊和加载装置，所述施力胶囊的胶囊壁为夹层设置，充压设备的充压通道与胶囊壁夹层相通，加载装置包括至少两个加载块，所述煤样室由至少两个加载块围成，相邻加载块之间存在间隙，所述施力胶囊套在煤样室外部；所述煤与瓦斯喷出口设置在密闭容器外部；
还包括压力采集装置和摄像机，所述压力采集装置设置在煤样室内，煤样室与摄像机相对的位置透明设置。
进一步，所述施力胶囊为上下开口的圆柱形，由加载块围成的煤样室为上下开口的圆柱形；
进一步，所述密闭容器为圆柱形，密闭容器与煤样室上开口对应的封头为透明设置，所述摄像机设置在透明封头外部；
进一步，还包括控制器，所述压力采集装置为压力传感器，所述摄像机和压力传感器分别与控制器相连；
进一步，相邻加载块之间的间隙内注有密封胶；
进一步，所述煤样室由尺寸相同的四块加载块围成；
进一步，所述充压设备为空气压缩机，空气压缩机出气口通过充压通道连接施力胶囊夹层；气压加载设备为瓦斯气瓶；
进一步，所述控制阀为电磁阀，所述电磁阀的命令输入端连接控制器；
进一步，煤与瓦斯喷出口通过喷出管连接煤样室，所述喷出管和充压通道与密闭容器壁之间通过O型密封圈密封。
本发明的有益效果：本发明的煤与瓦斯突出综合试验装置，采用胶囊形模拟地应力的加压装置以及密闭容器结构，能够均匀的模拟地应力和瓦斯压力对煤层(样品)产生的综合压力，突然卸压后，在模拟地应力和气压的共同作用下，使煤与瓦斯从煤与瓦斯喷出口，能够同时考察瓦斯压力与地应力在煤与瓦斯突出孕育、发动和发展过程中所起的作用，为煤与瓦斯突出的预测和预防提供理论依据；使用时可以调整压力数值，观察不同压力下的试验结果，还可以只用模拟地应力或者只用瓦斯压力的情况下进行试验，使用灵活；本发明结构简单、体积小、制作成本低，以较低的成本和简单的结构实现连续化和可视化的监测煤与瓦斯突出，操作比较简单。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1沿A-A向剖视图。
具体实施方式
图1为本发明的结构示意图，图2为图1沿A-A向剖视图，如图所示：本实施例的煤与瓦斯突出综合试验装置，包括煤样室5、地应力模拟加载系统和气压加载设备15，煤样室5设置煤与瓦斯喷出口3，煤与瓦斯喷出口3设置控制阀4，本实施例中的控制阀4为电磁阀，控制简单灵敏，提高试验的可信度；
还包括密闭容器1，气压加载设备的加压气体通道与密闭容器1内部相通，地应力模拟加载系统包括充压设备13、设置在密闭容器1内的施力胶囊7和加载装置，施力胶囊7的胶囊壁为夹层设置，充压设备的充压通道14与胶囊壁夹层相通，加载装置包括四个加载块6，煤样室5由四个加载块6围成，采用四个加载块，可以使加载块围成的煤样室壁保持足够强度，使煤样受力更接近于实际状态，并且受力呈四周均匀状态；相邻加载块6之间存在间隙，使加载块可以径向移动，相邻加载块6之间的间隙内注有密封胶11，保证加载块之间存在整体性并能够同步移动，使地应力的模拟效果更加真实；施力胶囊7套在煤样室外部；煤与瓦斯喷出口3设置在密闭容器1外部；本实施例中，施力胶囊7为上下开口的圆柱形，由加载块6围成的煤样室5为上下开口的圆柱形，使模拟地应力能够从四周均匀的作用于煤样室内煤样，更接近于实际状态，同时，可以在不增加加载设备成本的条件下，大大提高煤样尺寸，使试验更逼真；
还包括压力采集装置9、控制器8和摄像机10，电磁阀4的命令输入端连接控制器8，由控制器根据具体情况进行控制；本实施例中，数据采集装置采用压力传感器，摄像机10和压力传感器分别与控制器8相连，采得的数据准确及时，压力采集装置9设置在煤样室5内，密闭容器1与煤样室5上开口对应的封头12为透明设置，所述摄像机10设置在透明封头12外部，方便摄像机拍摄；密闭容器1采用圆柱形结构，结构紧凑、体积小；通过控制器可自动采集和控制摄像机及阀门，实现智能化操作；
本实施例中，充压设备13为空气压缩机，空气压缩机出气口通过充压通道14连接施力胶囊夹层；气压加载设备15为瓦斯气瓶，容易获得，安装维护简单；煤与瓦斯喷出口3通过喷出管2连接煤样室，喷出管2和充压通道14与密闭容器1壁之间通过0型密封圈密封，密封简单可靠，制作成本低。
本发明在使用时，将煤粉置煤样室中，启动充压设备对施力胶囊充气(或充液)，施力胶囊膨胀，内圆对加载块外部施压压制煤粉成型煤，煤与瓦斯喷出口的喷出管上装设控制阀，可以是电磁阀也可以是气动阀；通过瓦斯气瓶向密闭容器以及煤样室内充气，保持气压一段时间，使瓦斯充分吸附，打开煤与瓦斯喷出口的控制阀，根据煤与瓦斯喷出口尺寸的大小，使煤样在地应力和瓦斯压力作用下破坏，并且煤和瓦斯或者单独的瓦斯携少量煤从煤与瓦斯喷出口抛出，同时，摄像机和传感器获得图像和压力参数，控制器记录煤的破坏过程和气体压力变化；本发明还可以调整压力参数进行多次试验；试验完成后，分析煤的破坏过程及其原因，考察煤与瓦斯突出过程中地应力、瓦斯压力及煤体物理力学性质对突出的控制作用。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种煤与瓦斯突出综合试验装置，包括煤样室、地应力模拟加载系统和气压加载设备，所述煤样室设置煤与瓦斯喷出口，煤与瓦斯喷出口设置控制阀，其特征在于：还包括密闭容器，所述气压加载设备的加压气体通道与密闭容器内部相通，地应力模拟加载系统包括充压设备、设置在密闭容器内的施力胶囊和加载装置，所述施力胶囊的胶囊壁为夹层设置，充压设备的充压通道与胶囊壁夹层相通，加载装置包括至少两个加载块，所述煤样室由至少两个加载块围成，相邻加载块之间存在间隙，所述施力胶囊套在煤样室外部；所述煤与瓦斯喷出口设置在密闭容器外部；
还包括压力采集装置和摄像机，所述压力采集装置设置在煤样室内，煤样室与摄像机相对的位置透明设置。
2.根据权利要求1所述的煤与瓦斯突出综合试验装置，其特征在于：所述施力胶囊为上下开口的圆柱形，由加载块围成的煤样室为上下开口的圆柱形。
3.根据权利要求2所述的煤与瓦斯突出综合试验装置，其特征在于：所述密闭容器为圆柱形，密闭容器与煤样室上开口对应的封头为透明设置，所述摄像机设置在透明封头外部。
4.根据权利要求3所述的煤与瓦斯突出综合试验装置，其特征在于：还包括控制器，所述压力采集装置为压力传感器，所述摄像机和压力传感器分别与控制器相连。
5.根据权利要求4所述的煤与瓦斯突出综合试验装置，其特征在于：相邻加载块之间的间隙内注有密封胶。
6.根据权利要求5所述的煤与瓦斯突出综合试验装置，其特征在于：所述煤样室由尺寸相同的四块加载块围成。
7.根据权利要求6所述的煤与瓦斯突出综合试验装置，其特征在于：所述充压设备为空气压缩机，空气压缩机出气口通过充压通道连接施力胶囊夹层；气压加载设备为瓦斯气瓶。
8.根据权利要求7所述的煤与瓦斯突出综合试验装置，其特征在于：所述控制阀为电磁阀，所述电磁阀的命令输入端连接控制器。
9.根据权利要求8所述的煤与瓦斯突出综合试验装置，其特征在于：煤与瓦斯喷出口通过喷出管连接煤样室，所述喷出管和充压通道与密闭容器壁之间通过O型密封圈密封。
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