[发明专利]一种用于煤与瓦斯突出模拟试验的正断层物理模拟试验装置及其方法

说明书

本发明公开了一种用于煤与瓦斯突出模拟试验的正断层物理模拟试验装置及其方法，包括两块挡板，每个挡板由至少两块可伸缩挡板上下连接而成，上下侧的相邻的两块可伸缩挡板之间通过可折叠连接结构相连，可折叠连接结构包括分别设置在可伸缩挡板的上端和下端的球形凸缘和球窝凹槽，相对设置的两个可伸缩挡板之间通过至少两根可调横撑连接，可调横撑为伸缩杆，可调横撑的两端分别设置有球形端头，可伸缩挡板上对应球形端头分别设置有球窝，左右侧的可伸缩挡板的球窝对称设置，球形端头插入球窝中，并能在球窝中转动。实现了模拟煤层与正断层共同制作完成的可能，避免了先、后制作产生扰动的影响，本发明制作的含正断层模拟煤层与实际赋存相似程度高。

技术领域

本发明涉及煤与瓦斯突出模拟试验技术领域，具体涉及一种用于煤与瓦斯突出模拟试验的正断层物理模拟试验装置及其方法。

背景技术

煤与瓦斯突出是煤矿地下开采过程中发生的一种极其复杂的动力现象，严重威胁煤矿的安全生产。尽管目前国内外学者对煤与瓦斯突出机理的认识统一到综合假说上来，并认识到突出本身就是一个释放能量、破坏煤体的力学过程，但由于煤与瓦斯突出的复杂性，为进一步提高煤与瓦斯突出预防水平，煤与瓦斯突出的力学作用机理及过程尚需进行量化研究。受煤与瓦斯突出的危险性及发生条件所限，对其研究无法采用直接观察的方法，因而，煤与瓦斯突出模拟试验是研究煤与瓦斯突出力学作用机理及过程的有效方法，随着技术的进步，所用试验装置不断提升，由早期的一维(圆柱形)和小尺寸模型发展到目前的三维(长方体)和大尺寸模型。

采用三维大型煤与瓦斯突出模式试验装置，其试验工艺过程为：先配合压力试验机用相似材料在密封箱体内进行模拟煤层的压制，然后对密封箱体内的模拟煤层进行试验气体充装与吸附，吸附平衡后压力试验机施加三维压力进入突出准备(孕育)阶段，开启突出口进行突出发动、终止，通过高频数据采集仪、高速摄像机等进行突出过程和突出后的数据采集，量化研究突出力学作用过程。

含瓦斯煤层赋存及煤与瓦斯突出受地质构造控制，早期试验装置受密封箱体尺寸小的限制，无法实现将地质构造模型加入到模拟试验中。目前，现有试验装置的密封箱尺寸较大，如，中煤科工集团重庆研究院有限公司研制的试验装置，密封箱体内部尺寸为1.5m×0.8m×0.8m(长×宽×高)；淮南矿业集团研制的试验装置，密封箱体尺寸为3.3m×3.25m×4.1m(长×宽×高)，大尺寸的密封箱体空间及兼具模拟煤层压制模具的特点，具备了将地质构造模型加入模拟试验的条件。在开展物理模拟试验时，在垂直、水平加载及充高压气体密封条件下加入断层模型，将提高试验的相似度，有利于煤与瓦斯突出机理及防治技术的提高。但现有正断层模拟试验装置多由底座、立柱、箱体等组成，与煤与瓦斯突出试验装置的密封箱体比尺寸巨大，无法应用于密封箱体，且制作方法和工艺无法满足密封箱体模拟煤层分层压制制作及突出相似的需求，故需要用于煤与瓦斯突出模拟试验的正断层模拟试验装置及其实现方法。

发明内容

针对现有技术中所存在的不足，本发明的目的在于提供一种用于煤与瓦斯突出模拟试验的正断层物理模拟试验装置，用以在箱体模具内加压分层制作含正断层的模拟煤层，实现正断层包含断距、构造应力、产状等特征，用于正断层影响的煤与瓦斯突出模拟试验。本发明还公开了煤与瓦斯突出正断层物理模拟试验方法。

为实现上述第一目的，本发明采用了如下的技术方案：一种用于煤与瓦斯突出模拟试验的正断层物理模拟试验装置，其特征在于：包括左右对称相向布置的两块挡板，每个挡板由至少两块可伸缩挡板上下连接而成，所述可伸缩挡板包括上半部分挡板和下半部分挡板，所述上半部分挡板插接在下半部分挡板上对应的竖向插接槽内，上下侧的相邻的两块可伸缩挡板之间通过可折叠连接结构相连，所述可折叠连接结构包括分别设置在可伸缩挡板的下端和上端的球形凸缘和球窝凹槽，上下侧之间的可伸缩挡板通过球形凸缘和球形凹槽实现快速可折叠连接，且球形凸缘能在球窝凹槽中转动，相对设置的两个可伸缩挡板之间通过至少两根可调横撑连接，所述可调横撑为伸缩杆，所述可调横撑的两端分别设置有球形端头，所述可伸缩挡板上对应球形端头分别设置有球窝，左右侧的可伸缩挡板的球窝对称设置，所述球形端头插入球窝中，并能在球窝中转动。