[发明专利]瓦斯动力灾害模拟试验台快速释放装置与试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及煤矿安全生产技术领域，尤其是一种瓦斯动力灾害模拟试验装置。

背景技术

煤与瓦斯突出是煤矿生产过程中一种十分严重的事故灾害，但对于煤与瓦斯突出发生的机理一直没有定论，目前还处于假说解释阶段。其中的假说有瓦斯作用假说、地应力作用假说、化学本质作用假说以及综合作用假说等，目前对综合作用引发煤与瓦斯突出的假说支持者较多。综合作用假说认为在矿井生产过程中，采掘活动导致煤层所受地应力及煤层瓦斯压力改变打破原本的平衡状态，最后地应力、瓦斯压力以及其他相关因素综合作用导致煤岩体破坏失稳，从而发生煤与瓦斯突出灾害。

目前国内外学者在煤与瓦斯突出机理方面做了很多工作也取得了诸多成果，能够满足模拟现场不同条件的煤与瓦斯突出实验装置也应运而生，现有的瓦斯动力灾害模拟试验台包括有突出缸体，突出缸体内填充有煤样并施加一定量的瓦斯气体，形成一定的瓦斯压力，突出缸体上直接设置突出结构（瓦斯突出口等）。现有的此类模拟试验装置还存在一些问题和不足：

（1）设备突出口还采用手动方式打开，打开时间过长会影响突出的时间和强度，并且实验不安全；

（2）数据统计除了石门揭煤，76%的煤与瓦斯突出事故发生在煤层巷道中。也就是由于各种因素导致原始煤体失稳破坏而发生突出的位置，与现场工人的采掘空间之间是存在一定距离的屏蔽煤柱的，屏蔽煤柱对突出强度的影响不能忽略，但是目前本领域现有技术还没有考虑到屏蔽煤柱的影响。

（3）目前设备大多结构复杂，装卸煤样麻烦，实验周期长效率低。

（4）实际的煤体当中，会存在一定的瓦斯气流，即瓦斯气体会从煤体内向外渗流。现有的瓦斯突出模拟装置均不能模拟瓦斯气流，因此试验的仿真程度受到限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种瓦斯动力灾害模拟试验台快速释放装置，能够模拟屏蔽煤柱对突出强度的影响，实现一次装煤多次实验，通过活塞杆实现静压加载及快速回撤，便于观察卸压后或发生突出时活塞筒内煤体的运动情况。

为实现上述目的，本发明的瓦斯动力灾害模拟试验台快速释放装置，包括突出缸体，突出缸体内填充有煤样和瓦斯气体；其特征在于：突出缸体连接有活塞筒，活塞筒设有两个以上，活塞筒的总长度与模拟现场屏蔽煤柱的厚度相同；相邻活塞筒之间通过法兰结构相连接；末端的活塞筒通过法兰结构连接有加载卸压筒，加载卸压筒与活塞筒相连接的一端部连接有突出筒，所述突出筒与加载卸压筒相互垂直；突出筒和加载卸压筒的自由端均敞口设置；加载卸压筒内滑动密封设有活塞头，活塞头连接有活塞杆，活塞杆伸出加载卸压筒的自由端部并连接外置动力装置；与加载卸压筒相连接的活塞筒上设有透明观察窗；所述每个活塞筒均连接有渗流出气管，渗流出气管上设有调节阀。

所述中间活塞筒设置有2－5个；

所述每个活塞筒均连接有压力表。

本发明的目的还在于提供一种使用上述瓦斯动力灾害模拟试验台快速释放装置的试验方法。

为实现上述目的，本发明的试验方法依次按以下步骤进行：

①根据突出发生位置与采掘空间的卸压点之间的实际距离，选择相应数量的活塞筒，使各活塞筒通过法兰结构连接起来后的总长度与屏蔽煤柱的实际厚度相同；

②然后在突出缸体内和活塞筒内加入煤样，控制外置动力装置带动活塞杆和活塞头伸入活塞筒内并挤压煤样，从而对煤体加载实验预定的外载应力，此时活塞头将活塞筒内的煤样与突出筒分隔开来；通过外置加气装置向突出缸体内注入瓦斯气体形成预定的瓦斯压力；

③通过调节阀调节渗流出气管单位时间内的出气量，从而模拟实际煤层的渗气速度；控制外置动力装置，迅速向回拉动活塞头，活塞头越过突出筒时，观测是否发生突出现象，完成第一次试验；

④如果第③步骤中没有发生突出现象，控制外置动力装置向左推动活塞头，使活塞头向煤样施加压力；通过活塞头和外置加气装置将外载应力与瓦斯压力调节为不同的预设置值，快速进行下一次试验。

在所述第④步骤中，通过拆卸或加装活塞筒、并从突出口装填煤样，来模拟不同厚度的屏蔽煤柱。

本发明具有如下的优点：