[发明专利]适用于模型试验的煤体瓦斯气体面式充填装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种瓦斯试验装置，尤其是一种高瓦斯赋存矿井煤与瓦斯突出模型试验的煤体瓦斯气体面式充填装置。

背景技术

煤与瓦斯突出是严重威胁煤矿井下安全的一种非常严重的自然灾害。随着我国煤矿开采深度的增加，煤与瓦斯突出形势更加严峻，相应的研究其规律的大型模型试验也在大量的进行。而煤与瓦斯突出模型试验成功的关键因素之一就是瓦斯气体的充填。

 在国外，前苏联在20世纪50年代就进行了一维突出模拟实验并研制了相应的试验装置，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。随后20世纪60年代，日本学者氏平增之在实验室也进行瓦斯抛射煤粒试验，利用二氧化碳的结晶冰、松香、水泥、煤粒制作了多孔介质模型用于模拟突出，试验在多孔介质孔隙瓦斯压力下引起材料的破碎和抛出，最后发展为类似前苏联的综合考虑地层应力和瓦斯压力的突出模拟试验。

 在国内，20世纪80年代初，煤炭科学院抚顺分院王佑安通过现场采集煤样，在实验室成型，模拟Ⅳ、Ⅴ类突出危险煤，开展了煤与瓦斯突出一维模拟试验研究，得出了一维条件下突出强度同垂直应力、瓦斯压力之间的定量关系。1996年，中科院力学所孟祥跃等人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试验装置。2000年，中国矿业大学郭立稳、俞启香、蒋承琳通过开发的煤与瓦斯突出装置研究了突出过程中的温度变化，认为在煤与瓦斯突出过程中，煤体温度的升高是由地应力破碎煤体使弹性能释放造成的，而温度降低则是由于瓦斯气体解吸和膨胀造成的，其变化是先升高后降低并连续变化的。2000年，焦作工学院牛国庆、颜爱华、刘明举等也设计了煤与瓦斯突出装置，用来考察煤与瓦斯突出过程中的温度变化，研究结果认为在煤与瓦斯突出过程中，瓦斯的膨胀做功过程并非绝热过程，而是一个接近于等温过程的多变过程。随后在2004年，焦作工学院蔡成功等又按照相似理论设计了三维煤与瓦斯突出模拟试验装置。试验模拟了不同煤型强度、三向应力、瓦斯压力条件下的煤与瓦斯突出过程。

2008年，申请号为200810069276.X的中国专利公开了一种煤与瓦斯突出模拟试验台，该发明通过多组液压千斤顶向煤样轴向施压，通过充气口向煤样内充瓦斯；装置突出口通过快速释放机构实施机械化自动控制。充气采用泡沫金属板，利用泡沫金属的透气性，实现“面充气”。

申请号为200810233048.1的中国专利公开了一种煤与瓦斯突出模具，该模具底板的上表面开设有矩形沉槽，沉槽上嵌设过滤网，过滤网也采用泡沫金属实现“面充气”。泡沫金属孔隙含量高，孔隙直径可达至毫米级，但相对于几百目的煤粉来说，孔隙还是偏大了，而且泡沫金属在市场上不易购买。另外，气体充填不是独立的装置，是和整个试验台联在一体的。

2011年，申请号为201120016771.1的中国专利公开了一种煤与瓦斯突出试验模拟装置，包括煤样室和气压加载设备，所述的煤样室中设置有至少一个用于放置煤样的煤样型腔，气压加载设备包括瓦斯气瓶连接的加压气体通道，加压气体通道与煤样室中的煤样型腔相连通。该装置还是采用煤体瓦斯气体的点式充填模式。

以上试验装置虽在一定程度上加深了煤与瓦斯突出机理的研究进展，但或多或少的存在以下缺点：

1）目前，煤与瓦斯突出模型试验的气体加载设备是通过加压气体通道与煤样室中的煤样型腔相连通，进气源大多为“点充气”，这种瓦斯气体充填方式造成了充气不均匀、充气速度慢，充气过程中容易形成气体堆积，增加局部气体压力，严重影响试验效果。

2）泡沫金属作为透气面板，相对于几百目的煤粉来说，孔隙偏大，且成本较高，不易购买，因而这种“面充气”方式不易广泛应用。

3）在抽气过程中，目前的气体加载方式容易吸出固体颗粒，在模型内形成大的空腔，破坏模型的整体性，采用泡沫金属容易堵塞孔隙，从而影响试验效果。

4）目前还没有独立的适用于模型试验的煤体瓦斯气体面式充填装置，气体面式充填装置没有实现模块化设计，不能根据实际情况和试验要求进行调整，不利于维修。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种模块化设计，能够快速、均匀、稳定的对大型煤体模型进行瓦斯充填的适用于模型试验的煤体瓦斯气体面式充填装置。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：