[发明专利]煤与瓦斯突出模拟试验装置及其防护装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种煤与瓦斯突出装置及其防护试验装置，具体地说， 涉及用于进行不同地应力、不同瓦斯压力下的煤与瓦斯突出模拟试验研 究，同时研究在突出过程中声发射信号的传播规律及衰减特征的煤与瓦 斯突出模拟试验装置。

背景技术

在煤与瓦斯突出机理研究方面，仍以1958年苏联霍朵特博士提出的 综合假说最具代表性，认为瓦斯突出是地应力、瓦斯和煤的物理力学性 质三因素综合作用的结果。但截至目前为止，煤与瓦斯突出的机理仍未 明确。苏联自50年代开始在实验室进行突出模拟试验。曾进行过单纯靠 瓦斯压力来破碎和抛出煤的试验。试验表明只有在很大瓦斯压力梯度下 (每一厘米瓦斯压力下降几个兆帕)，煤才有可能被破碎和抛出。日本的 研究人员自60年代初开始在实验室进行突出时瓦斯抛射煤粉的试验，后 来发展为利用CO₂的结晶冰、松香或水泥和煤粉混合等制成多孔介质，试 验在介质孔隙瓦斯压力下引起多孔介质材料的破碎和抛出，最后发展为 类似苏联的综合考虑地层应力和瓦斯压力的突出模拟试验。日本模拟的 优点在于模型中有一段模拟围岩的水泥段，能进行“掘进”等作业；其 缺点是用冰、水泥或松香等这些无瓦斯吸附能力的材料做模型，不论其 物理化学性质或力学性质都与煤相差甚远。迄今为止，由于各种条件的 限制，所做的突出模拟都不够完善，还称不上真正的“模拟”，只能看作 是在一定条件下的“复制”。

自20世纪80年代以来，我国在煤与瓦斯突出机理试验研究方面上取 得了显著的成就。其中具有代表性试验平台简介如下。

国内学者中国科学院力学研究所丁晓良(1989)开展煤与瓦斯突出 实验，为考察突然爆露面处瓦斯压力卸载速率对煤体破坏的影响，在瓦 斯非定常与定常渗流条件下进行实验，通过改变成型压力、钢筒内半径、 气体种类来考察煤体强度、巷道几何尺寸、瓦斯吸附特性对煤体初次破 坏的影响。认为在非定常渗流条件下，煤体破坏形式随初始瓦斯超压ΔP₀的增加，击破密封膜后桶内煤体呈现不同的破坏状态；在定常渗流条件 下，瓦斯超压达到某临界值，煤体发生初次破坏，破坏煤体呈定型破坏。

煤炭科学研究总院抚顺分院的邓全封，栾永祥，王佑安等人(1989) 选用突出煤层的煤样，不添加任何添加剂条件下压结成型模拟石门突然 揭开煤层时的煤与瓦斯突出实验，考虑了影响突出的三个主要因素(地应 力、瓦斯和煤强度)，但由于煤型尺寸较小，并未在煤型中进行瓦斯压力、 应力分布状况的实际测定，对煤的破碎和抛出过程未进行详细的论证。

中国科学院力学研究所孟祥跃等人(1996)开发了既能改变地应力 又能改变瓦斯压力的二维煤与瓦斯突出实验装置。

重庆大学许江(2007)年研制了“大型煤与瓦斯突出模拟试验台”， 该试验台可以进行大尺寸、不同倾角煤层在不同地应力和不同瓦斯压力 条件下煤与瓦斯突出模拟试验，通过对突出煤样施加均布荷载和阶梯形 荷载，可模拟工作面前方造成突出的局部应力集中现象，进行了煤与瓦 斯突出机制的探索。

然而，上述煤与瓦斯突出装置虽在一定程度上促进了该类装置的发 展，但均存在一定程度的局限或缺陷：

(1)未能有效地捕捉突出前、突出过程、突出后容器腔内压力的分 布变化规律，并实现图像实时输出；

(2)装置的突出口打开方式均为手动，这在一定程度上威胁了实验 人员的人身安全，并且与实际情况不符；

(3)煤与瓦斯突出试验有一定的危险性，未能对突出过程进行有效 的防护。

发明内容

为了克服现有技术中实验装置的缺点，本发明公开了一种煤与瓦斯 突出模拟试验装置，包括：钢筒，设置在钢筒两端的法兰盖和法兰盘， 充气系统和数据采集系统；设置在钢筒一端的法兰盘为带有中心孔的法 兰盘，并在该法兰盘与钢筒的非安装侧设置防爆片。

进一步，所述防爆片为带有突破结构的防爆片，所述突破结构为加 工在防爆片中心的槽深为0.3mm-0.9mm不等的十字槽。

进一步，所述防爆片可为平板或截面带有一定弧度的弯板。