[发明专利]一种补气的煤与瓦斯突出动力效应模拟实验装置及方法

说明书

本发明涉及一种补气的煤与瓦斯突出动力效应模拟实验装置及方法，属于煤与瓦斯突出致灾模拟实验技术领域；包括补气罐，补气罐与补气管路连接，补气管路上设有单向阀，补气管路另一端与充气法兰的进气口连接，充气法兰上设有出气口，出气口与突出腔体的内腔连通，突出腔体主体一端与充气法兰连接并密封，突出腔体主体另一端与突出口相连；根据突出腔体V₀计算出在实际煤层卸压区参与突出做功的游离瓦斯体积V₂，并充入补气罐内，通过补气管路经充气法兰向突出腔体内补气；通过简便、易操作的实验装置及方法，解决传统煤与瓦斯突出动力效应模拟实验装置及方法没有定量分析卸压区瓦斯渗透导致煤与瓦斯突出效应实验数据不准确的问题。

技术领域

本发明属于煤与瓦斯突出致灾模拟实验技术领域，涉及一种补气的煤与瓦斯突出动力效应模拟实验装置及方法。

背景技术

我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，煤炭在我国能源结构中占有重要地位。尽管采取了相应的系列防控措施，但涉及煤岩瓦斯的矿井动力灾害仍有发生，归根结底是对煤岩瓦斯灾变的机理认识尚不够清晰完善。

煤与瓦斯突出是煤矿典型动力灾害之一，具有极强破坏性，严重制约煤矿安全生产。目前针对煤与瓦斯突出的研究通常集中于煤体本身以及瓦斯的作用，然而，突出的发生是煤、瓦斯及顶、底板共同作用导致的结果。目前针对煤与瓦斯突出的研究通常以突出孔洞为设定对象开展研究，主要考虑突出范围内煤体做功及瓦斯作用，而在煤与瓦斯突出致灾研究中更是较少考虑突出孔洞周围卸压煤体解吸瓦斯对突出的作用。例如，参考文件CN104181282 A仅是给出了一种煤与瓦斯突出动力效应模拟实验方法的具体流程，并未涉及气体补给；参考文件CN105891440A考虑了气体补给并利用补气气包借助实施，但补气包及其管路的设计缺乏定量依据且对比文件中也未给出，仅是定性研究，实际指导意义有限。发明人发现：在煤与瓦斯突出涉及破碎煤体的抛出过程中，卸压区解吸瓦斯均有不同程度的参与，煤与瓦斯突出事故中突出的吨煤瓦斯含量远大于原始煤层的瓦斯含量，实际突出孔洞周围卸压区煤体有大量的瓦斯参与了突出动力效应。因此，准确的模拟卸压区煤体解吸瓦斯参与突出作用过程能够更真实的还原突出过程，反演突出瓦斯涌出规律，传统研究中将其忽略掉显然是不合理的。卸压区解吸瓦斯参与突出的定量化表达尚未建立，基于此，亟需研发相关的实验系统并基于此提出相关实验方法，以期进一步提高对煤与瓦斯突出致灾机理的认识。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种补气的煤与瓦斯突出动力效应模拟实验装置及方法，充分考虑突出孔洞周围卸压煤体解吸瓦斯对突出的作用，通过简便、易操作的实验装置及方法，提高对煤与瓦斯突出致灾机理的认识，解决传统煤与瓦斯突出动力效应模拟实验装置及方法没有定量分析卸压区瓦斯渗透导致煤与瓦斯突出效应导致实验数据不准确的问题。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种补气的煤与瓦斯突出动力效应模拟实验装置，包括补气罐，所述补气罐与补气管路连接，所述补气管路上设有单向阀，所述补气管路另一端与充气法兰的进气口连接，所述充气法兰上设有出气口，所述出气口与突出腔体的内腔连通，所述突出腔体包括突出腔体主体和突出口，所述突出腔体主体一端与充气法兰连接并密封，所述突出腔体主体另一端与突出口相连；补气罐内的气体通过补气管路经充气法兰向突出腔体内补气。

进一步，所述充气法兰的出气口均匀分布在充气法兰上。

进一步，所述突出腔体主体及突出口均为空心圆柱形。

一种补气的煤与瓦斯突出动力效应模拟实验方法，包括如下步骤：

A、确定所需最大补气量V₂和补气罐容积V₃；V₃≥V₂

a1、根据突出腔体体积V₀计算实际煤层中突出煤体的当量半径r；

a2、根据突出煤体当量半径r计算实际煤层中卸压区煤体的当量半径R；