[发明专利]含高压瓦斯煤块在外界气体突然卸压时的破坏特征实验装置

说明书

本发明公开了一种含高压瓦斯煤块在外界气体突然卸压时的破坏特征实验装置，属于实验装置领域。包括压力容器、带有尖钩的钢管、爆破片装置、固定装置、筛分装置、充气装置、抽气装置、真空压力表及煤块，将煤块置于压力容器，通过抽气装置抽除空气，充气装置充入瓦斯气体，观察压力表读数，特定条件下，人为拉动钢管刺破爆破片形成大面积开口，容器内瓦斯压力突然下降，煤块碎裂，再通过筛分装置测量碎煤的粒度分布。本发明设计合理、结构简单、突出开口打开速度快，具有可控性，且操作简单，密封性能好。

技术领域

本发明属于实验装置技术领域，尤其涉及一种含高压瓦斯煤块在外界气体突然卸压时的破坏特征实验装置。

背景技术

煤与瓦斯突出是发生于煤矿井下的一种严重灾害，其发生时在短时间内涌出大量瓦斯、抛出大量碎煤，导致井巷设施被破坏，人员被掩埋或窒息，并可能进一步造成瓦斯或煤尘爆炸。煤与瓦斯突出的影响因素非常多，机理十分复杂，目前学术界还没有就其详细机理达成一致认识，进而难以有针对性地提出煤与瓦斯突出的预测方法和防治措施，使得煤与瓦斯突出灾害防治的难度和成本都极其巨大。

煤与瓦斯突出机理研究的关键问题在于解释为什么在灾害发生过程中会产生大量的粒度极细的碎煤，同样其合理的预测指标也应能判别在什么样的条件下才能使煤发生高度破碎。通常认为煤与瓦斯突出主要受地应力、瓦斯压力和煤的物理力学性质的影响，但基于只有在高压瓦斯参与下才能发生煤与瓦斯突出的事实，可以得出高压瓦斯是造成煤发生破坏的最重要原因的结论。因此要细化煤与瓦斯突出机理，含高压瓦斯煤在外界压力突然卸载时的破坏特征是一项重要的研究内容。目前国内外已进行了大量的煤与瓦斯突出物理模拟实验，但几乎所有实验都是为了尽可能模拟井下复杂的地质和开采条件，实验影响因素众多，难以从实验结果中明确得出仅瓦斯作用对煤的破坏影响。另外已有少量实验装置用来研究含高压瓦斯煤块在外界气体压力突然卸载时的破坏作用，但这些实验装置一般存在着在开口速度慢、开口过小、容器能充入最高气压过低等问题，导致实验时煤的破碎程度过低，与现场实际不一致。

发明内容

为了研究含高压瓦斯煤块在外界气压突然卸载时的破坏特征，解决上述问题，本发明提供一种含高压瓦斯煤块在外界气体突然卸压时的破坏特征实验装置，营造一个瓦斯破坏煤体的最有利条件，以观测煤体能否仅在瓦斯压力作用下破碎成粉煤，以及破碎的程度情况。

本发明所采用的技术方案是，提供一种含高压瓦斯煤块在外界气体突然卸压时的破坏特征实验装置，包括压力容器、带有尖钩的钢管、爆破片装置、固定装置、充气装置、抽气装置、真空压力表及煤块，其中：

所述爆破片装置由爆破片和上、下夹持器组成，夹持器上设有连接片，连接片通过螺钉连接在各夹持器上，用于夹紧爆破片，所述爆破片密封安装在上夹持器和下夹持器中间；

所述固定装置由半圆弧的上底座和下底座通过螺栓上下配套连接组成，用于夹紧压力容器，所述上底座上设有贯通的圆孔，放置带有尖钩的钢管，所述下底座通过螺栓连接底板，底板承载整个装置；

所述充气装置由金属高压软管连接气瓶组成，用于充入瓦斯气体，所述高压软管上设有高压球阀，靠近气瓶处设有减压阀；

所述抽气装置由真空管连接真空泵组成，用于抽除容器中的空气，所述真空管上设有真空阀；

所述压力容器为水平放置在固定装置上的圆筒，其开口处带有法兰盘，底部设有三个通孔，所述法兰盘通过螺栓连接另一法兰盘，所述两个法兰盘上均开有凹槽，所述凹槽内设有密封圈，下夹持器密封安装在一个法兰盘的凹槽内，上夹持器密封安装在另一个法兰盘的凹槽内，所述带尖钩的钢管安装在上底座的圆孔内，钢管两端下垂，靠近容器开口一端带有尖钩，尖钩带有钢钎，钢钎朝向爆破片位于圆心位置；所述压力容器底部的三个通孔分别为测定孔，抽气孔，充气孔，所述测定孔用于安装真空压力表，所述抽气孔用于连接抽气装置，所述充气孔用于连接充气装置，煤块置于压力容器内。

进一步的，所述压力容器为不锈钢材质一体制成，侧壁为光滑曲面。