[实用新型]一种煤与瓦斯突出模拟试验用模具

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种含瓦斯煤岩的突出试验装置，尤其涉及煤与瓦斯突出试验的模具。

背景技术

虽然综合作用假说在煤与瓦斯突出机理研究领域被普遍认可，该假说认为煤与瓦斯突出是由地应力、瓦斯压力和煤的力学性质综合作用的结果，但三因素各自在突出过程中的作用机理尚不明晰。为进一步解释综合作用假说中三因素的作用机制，国内外学者先后研制了一系列煤与瓦斯突出模拟试验装置。

在国外，前苏联在20世纪50年代就进行了一维突出模拟实验并研制了相应的试验装置，试验表明只有在很大瓦斯压力梯度下(每一厘米瓦斯压力下降几个兆帕)煤才有可能被破碎和抛出。随后20世纪60年代初，日本学者氏平增之在实验室也进行瓦斯抛射煤粒试验，利用CO₂的结晶冰、松香、水泥、煤粒制作了多孔介质模型用于模拟突出，试验在多孔介质孔隙瓦斯压力下引起材料的破碎和抛出，最后发展为类似前苏联的综合考虑地层应力和瓦斯压力的突出模拟试验。

在国内，20世纪80年代初，煤炭科学研究院抚顺分院王佑安通过现场采集煤样，实验室成型，模拟IV、V类突出危险煤，开展了煤与瓦斯突出一维模拟试验研究，得出了一维条件下突出强度同垂直应力、瓦斯压力之间的定量关系。1996年，中科院力学所孟祥跃等人开发了既能改变地应力又能改变瓦斯压力的二维煤与瓦斯突出实验装置。2000年中国矿业大学郭立稳、俞启香、蒋承林通过开发的煤与瓦斯突出装置研究了突出过程中的温度变化，认为在煤与瓦斯突出过程中，煤体温度的升高是由地应力破碎煤体使弹性能释放造成的，而温度降低则是由于瓦斯气体解吸和膨胀造成的，其变化是先升高后降低并连续变化的。2002年焦作工学院牛国庆、颜爱华、刘明举等也设计了煤与瓦斯突出装置，用来考察煤与瓦斯突出过程中的温度变化，研究结果认为在煤与瓦斯突出过程中，瓦斯的膨胀做功过程并非绝热过程，而是一个接近于等温过程的多变过程。随后在2004年，焦作工学院蔡成功等又按照相似理论设计了三维煤与瓦斯突出模拟实验装置，实验模拟了不同煤型强度、三向应力、瓦斯压力条件下的煤与瓦斯突出过程。

以上实验装置虽在一定程度上加深了煤与瓦斯突出机理的研究进展，但或多或少的存在以下缺点：

1、所采用的突出煤样尺寸均较小，进气源也均为“点充气”，均不能模拟工作面前方的局部应力集中，而应力集中往往又是造成突出的重要因素；

2、突出箱体的突出口固定不变，一个突出箱体不能进行不同突出口径的突出模拟试验；

3、突出口打开方式均为手动，打开速度较慢，在一定程度上影响了煤与瓦斯突出的时间和强度，与真实井下煤与瓦斯突出存在差别；

2007年，重庆大学尹光志、许江、鲜学福等在前人研究成果的基础上自主研发了大型煤与瓦斯突出模拟试验台，该装置中试验时突出煤样的尺寸较大，实现了瓦斯气源的面充气功能，用于探索综合作用假说的作用机制，可进行不同瓦斯压力、不同地应力下的煤与瓦斯突出模拟试验，借助于高速摄像机实现了煤与瓦斯突出过程全程回放功能，在瓦斯灾害防治领域取得了一定科研成果。但是，该模拟试验台也存在以下不足：

1、该试验台虽有施加阶梯形荷载的多组液压千斤顶装置，但多组液压千斤顶的荷载均施加在一块钢板(上压板)上，钢板不易变形，导致施加在突出煤样上的力梯度不够明显；

2、对试验所用突出煤样施加的应力只有垂直应力，无法模拟现场实际情况存在的水平地应力，试验所得的结果不准确；

3、对整个突出箱体利用一个上盖板采用大“O”形圈密封，成型时无法保证千斤顶施加的成型压力完全加载到煤体上，煤体压缩变形较大时，部分荷载被突出箱体四周的钢板所承担。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种施加在突出煤样上的力，梯度明显、并且能够真实模拟现场实际情况的煤与瓦斯突出模具。