[发明专利]多场耦合条件下煤与瓦斯突出多参数监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种煤与瓦斯突出多参数监测方法，特别是涉及一种多场耦合条件下煤与瓦斯突出多参数监测方法。

背景技术

煤与瓦斯突出是煤矿井下一种极其复杂的动力现象，它严重地威胁着煤矿安全生产，影响着煤矿生产能力的发挥。在掘进工作面，特别是石门揭煤过程中经常发生煤与瓦斯延期突出，它是爆破或作业后一段时间内在爆破或作业处发生的煤与瓦斯突出。急倾斜煤层等在第一次突出发生后也曾发生过二次突出甚至是三次突出。据不完全统计，全国发生延期突出次数占总突出次数的百分之几，尽管所占比例不大，但因为“延期”，这类突出往往出乎人们的意料之外，延期突出的延期时间，无一定的规律，短则几分钟，长则十几小时，甚至几天;二次突出也常发生在第一次突出后的清理过程中；如果突出时，正好碰上工作面有人进行作业或者是正在对上次突出后进行清理，人员不能及时撤退，对矿工的危害极大，造成重大人员伤亡和财产损失，严重威胁着矿井安全生产。煤与瓦斯突出发生的机理与形式是复杂的，随着煤矿开采深度的增加以及开采条件日益复杂化，煤与瓦斯突出的发生也更加难以预测，目前，国内外学者对煤与瓦斯突出的机理研究已取得一些成果，但是绝大部分成果都是现场统计资料及实验室研究提出的假说。这些假说都只能对煤与瓦斯突出的某一部分现象给予说明，还不能构成量化的完整的原理体系。利用现有的假说对煤与瓦斯突出进行预测有很大的难度，并且准确性不高，这就给矿井安全生产带来了巨大的隐患。

目前，进行煤与瓦斯突出试验的装置主要存在以下问题：（1）采用的试件多为型煤，型煤虽然在一定程度上与原煤有相似性，但是两者还是存在较大的差异，在对煤与瓦斯突出机理的研究上有一定的局限性；（2）部分型煤试件尺寸较大，试验准备周期较长；（3）装置安装较为复杂；（4）装置只能产生一次突出，不能够真实的反映井下煤与瓦斯突出现象；（5）突出口打开速度较慢，在一定程度上影响了煤与瓦斯突出的时间，不能接近现场情况。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明提供了一种多场耦合条件下煤与瓦斯突出多参数监测方法。该方法能够采用不同尺寸的原煤在三轴应力状态下进行煤与瓦斯突出试验，对煤与瓦斯突出发生的机理进行更全面、更科学的研究。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

多场耦合条件下煤与瓦斯突出多参数监测方法，在该监测方法中采用了一种主压力室，该主压力室包括围压室底座、钢筒、围压腔上盖、突出口密封锥套、密封铝片、密封螺塞、升降丝杆、负荷传感器、下承压板和围压活塞；所述钢筒放置在围压室底座上，所述围压腔上盖与钢筒之间设置围压密封圈，围压腔上盖通过拉杆压在钢筒上；所述下承压板设置在钢筒内并与钢筒的内壁滑动配合，所述升降丝杆竖直设置在下承压板的下方并通过负荷传感器顶在下承压板上，所述下承压板的上部呈锥形结构，所述围压活塞套在下承压板的上部并与下承压板密封配合，所述围压活塞与钢筒的内壁密封配合；所述围压腔上盖的中部为上口大的锥形中空结构，所述突出口密封锥套压在围压腔上盖的锥形口内并与围压腔上盖密封配合； 

该监测方法包括如下步骤：

1）提取直径为50～100mm的原煤试件，将原煤试件装在伸缩钢套内并由伸缩钢套固定，伸缩钢套安装在主压力室内的围压腔上盖和下承压板之间，再用胶套套在伸缩钢套外将原煤试件密封；

2）在伸缩钢套内放置温度传感器、压力传感器、轴向位移传感器和径向引伸计；

3）所述密封铝片设置在突出口密封锥套上，所述密封螺塞旋合在围压腔上盖的上端口内并压在密封铝片上，密封铝片与突出口密封锥套密封配合； 

4）启动数据控制与采集系统，监测试验前后原煤试件的应力、温度以及气体压力的变化，并对其进行采集；

5）对主压力室内的原煤试件进行加压，向伸缩钢套与钢筒之间注水，对伸缩钢套内的原煤试件施加围压；通过升降丝杆对伸缩钢套内的原煤试件施加轴压；

6）对主压力室胶套内部的空气进行排空，在保持轴压与围压不变的情况下用真空泵抽掉主压力室胶套内部的空气，直至气体压力低于10Pa；

7）在保持轴压与围压不变的情况下，向原煤试件充入瓦斯气体，使原煤试件吸附气体达到平衡状态，充入瓦斯气体必须保证48h以上； 

8）一切准备就绪后，刺破密封铝片，胶套内的原煤试件和瓦斯气体产生突出；对整个实验过程中的各个数据进行实时监测与收集。

与现有技术相比，本发明的多场耦合条件下煤与瓦斯突出多参数监测方法具有如下优点：