[实用新型]上保护层开采固气耦合物理相似模拟实验台

说明书

技术领域

本实用新型涉及保护层开采时下伏煤岩体膨胀变形及卸压瓦斯渗流规律的实验研究的上保护层开采固气耦合物理相似模拟实验台，具体是在前人研究保护层开采理论的基础上，改进了对下伏煤岩体膨胀变形及卸压瓦斯渗流的测定方法，便于渗流速度、煤岩体卸压膨胀变形量等参数的测定。适用于各大煤炭院校、矿山开采行业科研院所开展相关实验。

背景技术

随着矿井开采深度的加深、生产规模的扩大和集中、大采高综采等高强度开采的广泛应用，使采动影响范围和空间扩大，越来越多的低瓦斯矿井逐步演变为高瓦斯或煤与瓦斯突出矿井，对预防煤与瓦斯突出事故的研究成为新的焦点。预防煤与瓦斯突出措施按作用范围来划分，有区域性措施和局部性措施，其中开采保护层是预防突出最有效，最经济的区域性预防突出的技术措施，目前几乎所有发生突出的国家，只要有保护层，都采用这项措施。但随着保护层与被保护层间距的加大，保护效果逐渐降低，远距离保护层可能会出现保护效果不足、甚至失效的问题。

因此，为彻底消除被保护层的突出危险，有效抽采被保护煤层的卸压瓦斯，确保煤矿安全生产，有必要对保护层下伏煤岩体卸压效应及煤层瓦斯渗流规律进行研究。掌握被保护层的卸压瓦斯抽采技术及参数定量化的确定方法，从而进一步加大保护层开采技术的推广应用。

发明内容

为了对保护层开采时下伏煤岩体膨胀变形卸压及瓦斯渗流规律进行实验研究，本实用新型提供了上保护层开采固气耦合物理相似模拟实验台。

本实用新型的技术解决方案如下：一种上保护层开采固气耦合物理相似模拟实验台，包括实验箱体(1)、充气系统、应力采集系统、渗透速度测试系统和下伏煤岩体膨胀变形量测试装置，充气系统由空气压缩机(2)、储气罐(5)、阀门(3)和压力表(4)组成，应力采集系统由应力传感器(13)、108路应力采集仪(14)和计算机(15)组成，渗透速度测试系统由空气压缩机(2)、阀门(3)、压力表(4)、储气罐(5)、导气管(6)及皂泡流量计(12)组成，下伏煤岩体膨胀变形量测试装置由三通(7)、气囊(9)及压力表(4)组成，实验箱体(1)内设有开采煤层(10)和被保护层(11)，被保护层(11)中选择测试点设有气囊(9)，实验箱体(1)内设有应力传感器(13)，实验箱体(1)外设有三通(7)、测气孔(8)、皂泡流量计(12)，空气压缩机(2)和储气罐(5)与测气孔(8)依次连接，三通(7)连接气囊(9)、空气压缩机(2)和压力表(4)，应力传感器(13)依次连接108路应力采集仪(14)和计算机(15)。

本实用新型可测定下伏煤岩体膨胀变形及卸压瓦斯渗流速度的变化，从而研究保护层开采时下伏煤岩体膨胀变形、卸压瓦斯渗流及卸压范围随不同间距/采高的变化规律。实验操作过程简便，效果清楚直观，试验周期短，为研究保护层开采提供便利。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为箱体背面结构示意图。

具体实施方式

一种上保护层开采固气耦合物理相似模拟实验台，包括实验箱体1、充气系统、应力采集系统、渗透速度测试系统和下伏煤岩体膨胀变形量测试装置，充气系统由空气压缩机2、储气罐5、阀门3和压力表4组成，应力采集系统由应力传感器13、108路应力采集仪14和计算机15组成，渗透速度测试系统由空气压缩机2、阀门3、压力表4、储气罐5、导气管6及皂泡流量计12组成，下伏煤岩体膨胀变形量测试装置由三通7、气囊9及压力表4组成，实验箱体1内设有开采煤层10和被保护层11，被保护层11中选择测试点设有气囊9，实验箱体1内设有应力传感器13，实验箱体1外设有三通7、测气孔8、皂泡流量计12，空气压缩机2和储气罐5与测气孔8依次连接，三通7连接气囊9、空气压缩机2和压力表4，应力传感器13依次连接108路应力采集仪14和计算机15。

本实用新型是采用如下技术方案实施的：

实验开始前，将实验所需的相似模型按配比装入实验箱体1中，其中包括开采煤层10与被保护煤层11。待模型晾干后，将空气压缩机2、储气罐5、测试孔8、皂泡流量计12用导气管6连接，并在被保护煤层11中选择测试点布置气囊9，利用导气管6将空气压缩机2、气囊9、三通7、压力表4连接起来并向气囊9中充入一定压力的气体后，关闭三通7，使其中压力保持不变。用以测试下伏煤岩体在采动过程中的膨胀变形及其卸压效应。然后，将应力传感器13、108路应力采集仪12、计算机15连接完毕，用以测试实验过程中岩层的应力变化。即可开始实验。实验过程中，通过箱体1背面的缝隙开采保护层10，随工作面推进过程，对岩层应力变化、下伏煤岩体膨胀变形量、被保护层11中气体渗流速度变化进行测试。然后，将所得结果进行分析总结，从而研究开采保护层时下伏煤岩体膨胀变形及卸压瓦斯渗流规律。