[实用新型]一种微震响应煤与瓦斯突出自触发模拟实验装置

说明书

技术领域

本实用新型所涉及一种捕获煤与瓦斯突出实验及突出激发阶段信息的模拟实验装置，具体涉及用于不同瓦斯压力、不同应力条件下煤与瓦斯突出的模拟实验，以及不同瓦斯压力、不同应力条件下煤与瓦斯突出激发阶段信息的捕获。

背景技术

综合作用假说解释煤与瓦斯突出的机理被广大学者接受，认为煤与瓦斯突出的动力是瓦斯压力和应力，突出的阻力为煤体的强度。但到目前为止，瓦斯压力、应力和煤的力学性质在如何激发煤与瓦斯突出的作用机理尚未查明，前苏联、日体和我国在一些学者先后设计和制造了一些设备或装制用于煤与瓦斯突出的模拟和实验，这些设备或装制在研究煤与瓦斯突出发生阶段起到了一定的作用，例如中国矿业大学通过煤与瓦斯突出装制研究了突出过程中温度的变化，认为应力破碎煤体使弹性能释放导致了突出过程中温度的变化；焦作工学院通过煤与瓦斯突出装制研究了突出过程中温度的变化，认为瓦斯的膨胀作功过程是一个接近于等温过程的多变过程。重庆大学、重庆研究院、中国科学院力学研究所、辽宁工程技术大学等通过煤与瓦斯突出装制模拟研究不同强度煤体、三轴应力、不同瓦斯压力条件等环境下煤与瓦斯突出的过程，虽然在一定程度上推进了煤与瓦斯突出机理的研究进展，但多数只是模拟了突出的过程，对煤与瓦斯突出激发阶段在瓦斯压力、地应力作用下煤体的流变研究的少，而通过微震响应捕捉煤与瓦斯突出模拟实验突出前兆信息的更少。另外，煤与瓦斯突出激发阶段是一个流变过程，但多数的模拟装置不能模拟激发煤与瓦斯突出的流变过程。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种微震响应煤与瓦斯突出自触发模拟实验装置，模拟煤与瓦斯突出的孕育、激发、发生和结束过程，通过突出口密封材料实现煤与瓦斯突出自动触发，通过微震监测激发阶段煤体的流变破坏过程，捕获突出激发阶段释放的信息，实现煤与瓦斯突出预警。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种微震响应煤与瓦斯突出自触发模拟实验装置，其包括圆柱形外板、后端板、压力加载可移动活塞和应力加载杆，其特征在于，所述后端板、所述圆柱形外板和所述压力加载可 移动活塞共同组成密闭的突出腔体，所述压力加载可移动活塞与所述圆柱形外板之间设置有密封装置，所述应力加载杆与所述压力加载可移动活塞连接，所述圆柱形外板上开有多个孔，瓦斯压力传感器和应力传感器的输出端分别穿过所述孔，并保证当向突出腔体内的实验煤体加载时，所述瓦斯压力传感器和所述应力传感器与实验煤体直接接触，所述圆柱形外板上还设置有瓦斯压力加载入口，所述瓦斯压力加载入口用于向所述突出腔体内加入高纯瓦斯气，所述圆柱形板外设置有微震传感器，所述后端板上设置有突出口，所述突出口为前大后小的喇叭口形结构，在实验煤体填入突出腔体并压实前，在煤与瓦斯突出口内填充有密封材料，所述密封材料采用压力机分层压实，且所述密封材料压实密封在后端板的突出口和部分的突出腔体内，所述突出口外侧设置有预固定板，所述圆柱形外板上固定有基座连接装置，以保证模拟实验过程中突出腔体不发生移动、转动，所述瓦斯压力传感器、应力传感器和微震传感器与信号处理系统相连接。

进一步，作为优选，所述的特殊的密封材料是由粘土、蒙脱石、高岭石和海泡石按一定比例均匀混合制备成的混合物，且制备后的密封材料中，石英的重量比例为61％，锐钛矿型重量比例为13％，其它填充材料比例为26％，所述密封材料的真密度2.81g/cm。

进一步，作为优选，所述特殊的密封材料的制备过程为，首先选取粘土、蒙脱石、高岭石和海泡石，按照相应的成分、质量百分比混合并采用搅拌机械搅拌均匀，然后称重放入烘箱中烘烤24小时，依次取出后放在橡皮板上碾散并过1mm标准筛，筛下物按10∶1加入水充分搅拌均匀并放入密封袋中，并要求所述密封材料的变形模量为32MPa，变形速率不超过0.005mm/min。

进一步，作为优选，使用所述密封材料来封堵所述实验煤体时，首先将预固定板置于后端板外并通过螺母、螺栓、橡胶垫固定，然后逐层向突出腔体内填入特殊密封，通过应力加载杆和压力加载可移动活塞将1MPa的应力作用于密封材料上，并持续24小时，并根据实验过程中可加载于实验煤体上的应力和瓦斯压力的大小来确定填入突出腔体内密封材料量的多少。

进一步，作为优选，所述微震传感器在圆柱形外板外的设置方式为，一组3个且等分设置在圆柱形外板的圆截面上，微震传感器与圆柱形外板通过螺帽连接。

进一步，作为优选，所述应力加载杆和压力加载可移动活塞为一整体结构，压力加载可移动活塞可从突出腔体内移出，以便装入密封材料和实验煤样至突出腔体内。