[发明专利]一种煤与瓦斯突出渗透失稳试验装置

说明书

【技术领域】

本发明涉及煤矿地下开采煤与瓦斯突出预测与防治领域，特别是涉及一种煤与瓦斯突出渗透失稳试验装置。

【背景技术】

煤与瓦斯突出是主要的矿井灾害之一。

由于煤与瓦斯突出机理的复杂性，国内外对煤与瓦斯突出机理的研究仍在继续探索中。煤与瓦斯突出机理的假说之一“渗透失稳机理假说”，强调的是煤层瓦斯压力梯度对煤层稳定性的作用。然而，煤层瓦斯压力梯度对煤与瓦斯突出强度的影响如何，需要通过试验来检验。目前，缺少专门的煤与瓦斯突出渗透失稳的试验装置。

中国专利ZL200810021141.6公开了一种煤层瓦斯动力作用模拟系统，包括有注气系统、装样系统、压实系统和信息采集系统，装样系统，包括有布置多种信息传感器的高压缸体，所述高压缸体一端安装有卸气阀门，另一端为密封液压柱塞；所述液压柱塞内有液压油腔，液压柱塞中间有贯穿柱塞的进气管，所述的进气管穿过液压油腔的端盖；所述的注气系统包括高压气瓶、调压阀、管阀件，向进气管提供瓦斯气体；所述的压实系统包括有液压泵站，向液压柱塞内的液压油腔注油，提供油压；所述装样、压实、注气过程的数据采集由信息采集系统控制。

中国专利ZL200910103154.2公开了一种煤与瓦斯突出综合试验装置，包括煤样室、地应力模拟加载系统和气压加载设备，所述煤样室设置煤与瓦斯喷出口，煤与瓦斯喷出口设置阀，还包括密闭容器，所述气压加载设备的加压气体通道与密闭容器内部相通，地应力模拟加载系统包括充压设备、设置在密闭容器内的施力胶囊和加载装置，所述施力胶囊的胶囊壁为夹层设置，充压设备的充压通道与胶囊壁夹层相通，加载装置包括至少两个加载块，所述煤样室由至少两个加载块围成，相邻加载块之间存在间隙，所述施力胶囊套在煤样室外部；所述煤与瓦斯喷出口设置在密闭容器外部；所述施力胶囊为上下开口的圆柱形，由加载块围成的煤样室为上下开口的圆柱形；还包括压力采集装置和摄像机，所述压力采集装置设置在煤样室内，煤样室与摄像机相对的位置透明设置。

上述试验装置存在的主要缺陷是：煤样室只有单节，且只能一次性加载煤样，导致煤样室煤样长度较短且煤样压实不均匀，不利于进行瓦斯压力梯度试验的观测，不利于对煤与瓦斯突出发展过程的研究。此外，没有密闭的模拟巷道，不能研究巷道背景气压变化对突出的影响。

【发明内容】

为克服现有技术的不足之处，本发明提供一种煤与瓦斯突出渗透失稳试验装置，为煤层瓦斯突出研究提供一种专用的渗透失稳试验装置，以准确获取煤层瓦斯压力梯度对煤层稳定性的数据。

本发明所采用的技术方案是：一种煤与瓦斯突出渗透失稳试验装置，该试验装置包括一组合煤样室，所述组合煤样室由多个单节煤样室连接而成，所述单节煤样室由无缝钢管制成，两端设有法兰，每个所述单节煤样室的外壁均设有单向进气阀以及气压测量装置，每个所述单向进气阀均与注气管连接；每个所述单节煤样室内腔中均装有煤样，煤样通过煤样压实装置压实，煤样压实后固定在煤样室，装有已压实煤样的单节煤样室通过法兰连接在一起形成组合煤样室，虽然每个单节煤样室之间的煤样存在缝隙，但是从渗透失稳的角度不影响试验的总体效果；所述组合煤样室在靠近揭煤模拟装置一端的外端盖上装有放气阀；组合煤样室可保证煤样有足够的长度实现气压梯度的观测，以及保证组合煤样室的煤样有相同的压实度。注气管为组合煤样室煤样注气，并达到所需气压。打开组合煤样室的放气阀，就可以调整揭煤前煤样室煤层瓦斯压力梯度。

进一步的，所述煤样压实装置包括反力框架和油压千斤顶，所述油压千斤顶固定于所述反力框架的测试中心区，所述油压千斤顶的油管穿过所述单节煤样室的外壁与油泵连接。反力框架为现有技术，主要包括辅助梁、反力梁、分配梁、加载体和油压系统组成，由反力框架提供反力，油压施荷，可以对煤样室的煤样进行压实。

进一步的，所述试验装置还包括一组合模拟巷道，所述组合模拟巷道由多个单节模拟巷道连接而成，所述单节模拟巷道由无缝钢管制成，两端设有法兰，组合模拟巷道的外端盖设有放气阀，所述放气阀外接流量计用于测量气体体积；所述组合模拟巷道一端与所述组合煤样室通过连接管连接，该连接管上设有球阀作为揭煤模拟装置。组合模拟巷道可保证模拟巷道有足够长的空间，更加符合实际情况。所述揭煤模拟装置采用的是球阀。打开球阀可进行揭煤试验，用于测量模拟巷道中喷出的煤粉量和组合煤样室中的松散煤粉量，评价瓦斯突出的强度。