一種煤與瓦斯突出滲透失穩(wěn)試驗裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及煤礦地下開采煤與瓦斯突出預(yù)測及防治領(lǐng)域，特別是涉及一種煤與瓦斯突出滲透失穩(wěn)試驗裝置，該試驗裝置包括一組合煤樣室，組合煤樣室由多個單節(jié)煤樣室連接而成，單節(jié)煤樣室由無縫鋼管制成，每個單節(jié)煤樣室的外壁均設(shè)有單向進氣閥以及氣壓測量裝置，每個單向進氣閥均與注氣管連接；每個單節(jié)煤樣室內(nèi)腔中均裝有煤樣，煤樣通過煤樣壓實裝置壓實，裝有已壓實煤樣的單節(jié)煤樣室經(jīng)法蘭連接在一起形成組合煤樣室；所述組合煤樣室在靠近揭煤模擬裝置一端的外端蓋上裝有放氣閥。本發(fā)明的組合煤樣室采用多節(jié)拼裝形式，能夠保證煤樣有相同的壓實度，且保證煤樣有足夠的長度實現(xiàn)氣壓梯度的觀測；通過注氣管、放氣閥及砂礫石層可以調(diào)整揭煤前、后煤樣的氣壓梯度。
【專利說明】一種煤與瓦斯突出滲透失穩(wěn)試驗裝置
【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001]本發(fā)明涉及煤礦地下開采煤與瓦斯突出預(yù)測與防治領(lǐng)域，特別是涉及一種煤與瓦斯突出滲透失穩(wěn)試驗裝置。
【【背景技術(shù)】】
[0002] 煤與瓦斯突出是主要的礦井災(zāi)害之一。
[0003]由于煤與瓦斯突出機理的復(fù)雜性，國內(nèi)外對煤與瓦斯突出機理的研究仍在繼續(xù)探索中。煤與瓦斯突出機理的假說之一 “滲透失穩(wěn)機理假說”，強調(diào)的是煤層瓦斯壓力梯度對煤層穩(wěn)定性的作用。然而，煤層瓦斯壓力梯度對煤與瓦斯突出強度的影響如何，需要通過試驗來檢驗。目前，缺少專門的煤與瓦斯突出滲透失穩(wěn)的試驗裝置。
[0004]中國專利ZL200810021141.6公開了一種煤層瓦斯動力作用模擬系統(tǒng)，包括有注氣系統(tǒng)、裝樣系統(tǒng)、壓實系統(tǒng)和信息采集系統(tǒng)，裝樣系統(tǒng)，包括有布置多種信息傳感器的高壓缸體，所述高壓缸體一端安裝有卸氣閥門，另一端為密封液壓柱塞；所述液壓柱塞內(nèi)有液壓油腔，液壓柱塞中間有貫穿柱塞的進氣管，所述的進氣管穿過液壓油腔的端蓋；所述的注氣系統(tǒng)包括高壓氣瓶、調(diào)壓閥、管閥件，向進氣管提供瓦斯氣體；所述的壓實系統(tǒng)包括有液壓泵站，向液壓柱塞內(nèi)的液壓油腔注油，提供油壓；所述裝樣、壓實、注氣過程的數(shù)據(jù)采集由信息采集系統(tǒng)控制。
[0005]中國專利ZL200910103154.2公開了一種煤與瓦斯突出綜合試驗裝置，包括煤樣室、地應(yīng)力模擬加載系統(tǒng)和氣壓加載設(shè)備，所述煤樣室設(shè)置煤與瓦斯噴出口，煤與瓦斯噴出口設(shè)置閥，還包括密閉容器，所述氣壓加載設(shè)備的加壓氣體通道與密閉容器內(nèi)部相通，地應(yīng)力模擬加載系統(tǒng)包括充壓設(shè)備、設(shè)置在密閉容器內(nèi)的施力膠囊和加載裝置，所述施力膠囊的膠囊壁為夾層設(shè)置，充壓設(shè)備的充壓通道與膠囊壁夾層相通，加載裝置包括至少兩個加載塊，所述煤樣室由至少兩個加載塊圍成，相鄰加載塊之間存在間隙，所述施力膠囊套在煤樣室外部；所述煤與瓦斯噴出口設(shè)置在密閉容器外部；所述施力膠囊為上下開口的圓柱形，由加載塊圍成的煤樣室為上下開口的圓柱形；還包括壓力采集裝置和攝像機，所述壓力采集裝置設(shè)置在煤樣室內(nèi)，煤樣室與攝像機相對的位置透明設(shè)置。
[0006]上述試驗裝置存在的主要缺陷是:煤樣室只有單節(jié)，且只能一次性加載煤樣，導(dǎo)致煤樣室煤樣長度較短且煤樣壓實不均勻，不利于進行瓦斯壓力梯度試驗的觀測，不利于對煤與瓦斯突出發(fā)展過程的研究。此外，沒有密閉的模擬巷道，不能研究巷道背景氣壓變化對突出的影響。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0007]為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提供一種煤與瓦斯突出滲透失穩(wěn)試驗裝置，為煤層瓦斯突出研究提供一種專用的滲透失穩(wěn)試驗裝置，以準確獲取煤層瓦斯壓力梯度對煤層穩(wěn)定性的數(shù)據(jù)。
[0008]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種煤與瓦斯突出滲透失穩(wěn)試驗裝置，該試驗裝置包括一組合煤樣室，所述組合煤樣室由多個單節(jié)煤樣室連接而成，所述單節(jié)煤樣室由無縫鋼管制成，兩端設(shè)有法蘭，每個所述單節(jié)煤樣室的外壁均設(shè)有單向進氣閥以及氣壓測量裝置，每個所述單向進氣閥均與注氣管連接；每個所述單節(jié)煤樣室內(nèi)腔中均裝有煤樣，煤樣通過煤樣壓實裝置壓實，煤樣壓實后固定在煤樣室，裝有已壓實煤樣的單節(jié)煤樣室通過法蘭連接在一起形成組合煤樣室，雖然每個單節(jié)煤樣室之間的煤樣存在縫隙，但是從滲透失穩(wěn)的角度不影響試驗的總體效果；所述組合煤樣室在靠近揭煤模擬裝置一端的外端蓋上裝有放氣閥；組合煤樣室可保證煤樣有足夠的長度實現(xiàn)氣壓梯度的觀測，以及保證組合煤樣室的煤樣有相同的壓實度。注氣管為組合煤樣室煤樣注氣，并達到所需氣壓。打開組合煤樣室的放氣閥，就可以調(diào)整揭煤前煤樣室煤層瓦斯壓力梯度。
[0009]進一步的，所述煤樣壓實裝置包括反力框架和油壓千斤頂，所述油壓千斤頂固定于所述反力框架的測試中心區(qū)，所述油壓千斤頂?shù)挠凸艽┻^所述單節(jié)煤樣室的外壁與油泵連接。反力框架為現(xiàn)有技術(shù)，主要包括輔助梁、反力梁、分配梁、加載體和油壓系統(tǒng)組成，由反力框架提供反力，油壓施荷，可以對煤樣室的煤樣進行壓實。
[0010]進一步的，所述試驗裝置還包括一組合模擬巷道，所述組合模擬巷道由多個單節(jié)模擬巷道連接而成，所述單節(jié)模擬巷道由無縫鋼管制成，兩端設(shè)有法蘭，組合模擬巷道的外端蓋設(shè)有放氣閥，所述放氣閥外接流量計用于測量氣體體積；所述組合模擬巷道一端與所述組合煤樣室通過連接管連接，該連接管上設(shè)有球閥作為揭煤模擬裝置。組合模擬巷道可保證模擬巷道有足夠長的空間，更加符合實際情況。所述揭煤模擬裝置采用的是球閥。打開球閥可進行揭煤試驗，用于測量模擬巷道中噴出的煤粉量和組合煤樣室中的松散煤粉量，評價瓦斯突出的強度。
[0011]進一步的，所述單節(jié)模擬巷道中至少有一個安裝有沙礫石層，所述沙礫石層通過兩端的濾網(wǎng)固定。在組合模擬巷道中設(shè)置沙礫石層，在揭煤后起到延長氣體滲流長度，達到降低煤樣室煤樣氣體壓力梯度的作用，縮短突出持續(xù)的時間，降低突出強度，研究突出發(fā)生后煤樣室煤樣氣壓梯度改變對突出發(fā)展過程的影響。
[0012]發(fā)明原理:通過煤樣壓實裝置對單節(jié)煤樣室的煤樣進行壓實達到一定壓實度。將裝有已壓實煤樣的單節(jié)煤樣室通過法蘭組裝到一起形成組合煤樣室，使組合煤樣室有一定的長度。將單節(jié)模擬巷道通過法蘭組裝到一起形成組合模擬巷道，使組合模擬巷道有一定長度。組合模擬巷道與組合煤樣室之間通過連接管連接在一起，連接管上裝有球閥作為揭煤模擬裝置。通過注氣管向組合煤樣室煤樣注氣，通過煤樣室的放氣閥放氣使煤樣室煤樣有一定的氣壓梯度，當(dāng)煤樣室氣壓梯度為一定值時打開揭煤模擬裝置，以此研究煤層的臨界失穩(wěn)梯度。組合模擬巷道外端蓋上裝有注氣閥，通過注氣閥向模擬巷道注氣，用于調(diào)整模擬巷道中的背景氣壓，也起到調(diào)整煤樣室煤樣氣壓梯度的作用。組合模擬巷道中安裝有沙礫石層。在揭煤后起到延長氣體滲流長度，達到降低煤樣室煤樣氣體壓力梯度的作用，從而縮短突出持續(xù)的時間，降低突出強度。通過調(diào)整砂礫石層厚度及砂礫石粒徑，可以調(diào)整突出的強度。據(jù)此研究組合煤樣室煤樣突出的發(fā)展過程。突出的強度通過測量揭煤后組合模擬巷道中突出的煤粉量和組合煤樣室中的松散煤粉量的質(zhì)量來確定。
[0013]本發(fā)明具有的有益效果是:本發(fā)明能模擬石門揭煤時煤與瓦斯突出的過程。組合煤樣室采用多節(jié)拼裝形式，能夠保證組合煤樣室的煤樣有相同的壓實度，且保證煤樣有足夠的長度實現(xiàn)氣壓梯度的觀測，有利于觀測突出向煤樣室深部發(fā)展的過程。通過組合煤樣室的注氣管、放氣閥和組合模擬巷道的注氣管調(diào)節(jié)揭煤前的煤樣室中煤樣的氣壓梯度，研究揭煤前煤樣室氣壓梯度對突出的影響；通過組合模擬巷道中的砂礫石層調(diào)整揭煤后煤樣室中煤樣的氣壓梯度，研究揭煤后煤樣室氣壓梯度對突出的影響。突出的煤粉收集在模擬巷道中，能實現(xiàn)突出強度的測定。
【【專利附圖】
【附圖說明】】
[0014]下面參照附圖結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步的描述。
[0015]圖1是本發(fā)明突出試驗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理示意圖；
[0016]圖2是本發(fā)明煤樣壓實裝置結(jié)構(gòu)原理示意圖；
[0017]圖3是本發(fā)明反力框架結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖4是本發(fā)明反力框架俯視圖。
[0019]圖中，1-1.托架，1-2.煤樣室注氣管外接口(外接高壓氣瓶)，1-3.組合煤樣室，
1-4.法蘭，1-5.氣壓表，1-6.注氣管，1-7.連接螺栓，1-8.放氣閥，1-9.連接管，1-10.活接頭，1-11.球閥(揭煤模擬裝置)，1-12.砂礫石層，1-13.濾網(wǎng)，1-14.組合模擬巷道，1-15.模擬巷道注氣閥，1-16.模擬巷道放氣閥(外接流量計)，2-1.油壓千斤頂，2-2.反力框架，
2-3.單節(jié)煤樣室。
【【具體實施方式】】
[0020]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。圖1是本發(fā)明突出試驗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理示意圖。圖2是本發(fā)明煤樣壓實裝置原理示意圖。
[0021]參見圖1，一種煤與瓦斯突出滲透失穩(wěn)試驗裝置，該試驗裝置包括一組合煤樣室，1-3，組合煤樣室1-3由多個單節(jié)煤樣室2-3連接而成，單節(jié)煤樣室2-3由無縫鋼管制成，兩端設(shè)有法蘭1-4，每個單節(jié)煤樣室2-3的外壁均設(shè)有單向進氣閥和氣壓表1-5，組合煤樣1-3外接放氣閥1-8，每個單向進氣閥均與注氣管1-6連接，每個單節(jié)煤樣室2-3內(nèi)均裝有煤樣，每個單節(jié)煤樣室2-3內(nèi)的煤樣經(jīng)專門的煤樣壓實裝置分別壓實后(如圖2所示)，通過法蘭
1-4和連接螺栓1-7組合在一起，形成一定長度的組合煤樣室1-3。
[0022]進一步的，所述煤樣壓實裝置包括反力框架2-2和油壓千斤頂2-1，油壓千斤頂
2-1固定于反力框架2-2的測試中心區(qū)，油壓千斤頂2-1的油管穿過單節(jié)煤樣室2-3的外壁與油泵連接。反力框架2-2采用現(xiàn)有產(chǎn)品(如圖3、4所示)，主要包括輔助梁、反力梁、分配梁、加載體和油壓系統(tǒng)組成，由反力架提供反力，油壓系統(tǒng)施荷，通過油壓千斤頂2-1給單節(jié)煤樣室2-3中的煤樣施加一定壓力，保證煤樣有一定壓實度。
[0023]組合煤樣室1-3采用多節(jié)拼裝形式，能夠保證組合煤樣室的煤樣有相同的壓實度，且保證煤樣有足夠的長度實現(xiàn)氣壓梯度的觀測，有利于觀測突出向煤樣室深部發(fā)展的過程。通過組合煤樣室1-3的注氣管1-6、放氣閥1-8調(diào)節(jié)揭煤前煤樣室中煤樣的氣壓梯度，有利于研究揭煤前煤樣室氣壓梯度對突出的影響。
[0024]進一步的，試驗裝置還包括一組合模擬巷道1-14，組合模擬巷道由多個單節(jié)模擬巷道連接而成，單節(jié)模擬巷道由無縫鋼管制成，兩端設(shè)有法蘭，單節(jié)模擬巷道通過法蘭1-4和連接螺栓1-7組合在一起形成組合模擬巷道1-14，組合煤樣室1-3和組合模擬巷道1-14由連接管1-9和活接頭1-10連接，連接管1-9上裝有球閥1-11作為揭煤模擬裝置，揭煤前球閥1-11處于關(guān)閉狀態(tài)。
[0025]單節(jié)模擬巷道中至少有一個安裝有沙礫石層1-12，沙礫石層1-12通過兩端的濾網(wǎng)1-13固定，揭煤后，砂礫石層1-12起到延長氣體滲流長度的作用，使組合煤樣室1-3中煤樣的氣壓梯度降低，縮短突出的終止時間，降低突出強度。
[0026]通過注氣管1-6、放氣閥1-8以及模擬巷道注氣閥1-15調(diào)節(jié)揭煤前煤樣室中煤樣的氣壓梯度，通過組合模擬巷道中的砂礫石層1-12，調(diào)整揭煤后煤樣室中煤樣的氣壓梯度，可進一步揭示揭煤后煤樣室氣壓梯度對突出的影響。突出的煤粉收集在模擬巷道1-14中，能實現(xiàn)突出強度的測定。
[0027]本試驗裝置的使用方法如下:注氣管1-6通過煤樣室注氣管外接口 1-2外接高壓氣瓶，通過外接高壓氣瓶向組合煤樣室1-3中的煤樣注氣，組合煤樣室1-3和組合模擬巷道安裝有氣壓表1-5測試試驗過程中的氣壓。組合模擬巷道端蓋裝有模擬巷道注氣閥1-15用于調(diào)整揭煤前組合模擬巷道中的氣壓背景值，組合煤樣室1-3靠近揭煤模擬裝置1-11 一端的外端蓋上裝有放氣閥1-8，通過模擬巷道注氣閥1-15向組合模擬巷道1-14注氣，以及打開放氣閥1-8放氣，使組合煤樣室1-3中的煤樣達到一定的氣體壓力梯度，當(dāng)組合煤樣室1-3中煤樣的壓力梯度為一定值時，打開球閥1-11進行揭煤試驗，通過測量模擬巷道1-14中噴出的煤粉量和組合煤樣室1-3中的松散煤粉量，進行突出強度的分析。組合模擬巷道放氣閥1-16外接流量計測量氣體體積。上述各部件均安裝在托架1-1上。
[0028]盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同物限定。
【權(quán)利要求】
1.一種煤與瓦斯突出滲透失穩(wěn)試驗裝置，其特征在于:該試驗裝置包括一組合煤樣室，所述組合煤樣室由多個單節(jié)煤樣室連接而成，所述單節(jié)煤樣室由無縫鋼管制成，兩端設(shè)有法蘭，每個所述單節(jié)煤樣室的外壁均設(shè)有單向進氣閥以及氣壓測量裝置，每個所述單向進氣閥均與注氣管連接；每個所述單節(jié)煤樣室內(nèi)腔中均裝有煤樣，煤樣通過煤樣壓實裝置壓實后固定在煤樣室中，裝有已壓實煤樣的單節(jié)煤樣室通過法蘭連接在一起形成組合煤樣室；所述組合煤樣室中最外側(cè)的單節(jié)煤樣室裝有一根通過外界的短管，該短管上裝有揭煤模擬裝置，在該單節(jié)煤樣室的外端蓋上裝有放氣閥。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種煤與瓦斯突出滲透失穩(wěn)試驗裝置，其特征在于:所述揭煤模擬裝置為球閥。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種煤與瓦斯突出滲透失穩(wěn)試驗裝置，其特征在于:所述煤樣壓實裝置包括反力框架和油壓千斤頂，所述油壓千斤頂固定于所述反力框架的測試中心區(qū)，所述油壓千斤頂?shù)挠凸艽┻^所述單節(jié)煤樣室的外壁與油泵連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述一種煤與瓦斯突出滲透失穩(wěn)試驗裝置，其特征在于:所述試驗裝置還包括一組合模擬巷道，所述組合模擬巷道由多個單節(jié)模擬巷道連接而成，所述單節(jié)模擬巷道由無縫鋼管制成，兩端設(shè)有法蘭，所述組合模擬巷道的外端蓋設(shè)有放氣閥，所述放氣閥外接流量計用于測量氣體體積；所述組合模擬巷道一端與所述組合煤樣室通過一根帶有揭煤模擬裝置的連接管連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種煤與瓦斯突出滲透失穩(wěn)試驗裝置，其特征在于:所述單節(jié)模擬巷道中至少有一個安裝有沙礫石層，所述沙礫石層通過兩端的濾網(wǎng)固定。
【文檔編號】G01N33/22GK103529188SQ201310491338
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月12日
【發(fā)明者】謝焰 申請人:安徽理工大學(xué)