[发明专利]分体式煤与瓦斯吸附解吸与突出试验装置及试验方法

说明书

技术领域

本发明属于煤炭科研技术领域，特别涉及一种用于进行不同地应力、不同瓦斯压力条件下的分体式煤与瓦斯吸附解吸与突出试验装置及试验方法。

背景技术

目前，煤与瓦斯突出是发生在煤矿井下的一种极其复杂的动力失稳现象，是煤矿井下生产最严重的灾害之一，可造成煤岩体击中或掩埋井下人员、摧毁井下设施等事故，甚至摧毁整个工作面，负面影响极为恶劣。因发生在煤矿井下的煤与瓦斯突出具有时间短、危害大等特点，对现场煤与瓦斯突出过程进行全方位实施研究危险性大的缘故，学者们目前主要依靠实验室模型试验手段进行煤与瓦斯突出机制的研究和探索。

煤与瓦斯突出机理中“综合作用假说”因为全面考虑了地应力、瓦斯压力和煤的物理力学性质等因素而被广泛认可。但是地应力、瓦斯压力和煤的物理力学性质等因素各自在突出过程中的真正作用机制仍未被正确揭示。由于煤与瓦斯突出的高度非线性，采用物理模拟方法研究是目前普遍采用的方法。

目前，国内外相关科研机构已开展了大量的煤与瓦斯突出相似模拟试验研究工作，研制了一系列煤与瓦斯突出模拟试验装置，研究现状如下：

(1)申请号为200810069276.X的中国专利公开了一种煤与瓦斯突出模拟试验台，发明通过多组液压千斤顶向煤样轴向施压，通过充气口向煤样内充瓦斯，装置突出口通过快速释放机构实施机械化自动控制，高速打开突出口。

(2)申请号为200810233048.1的中国专利公开了一种煤与瓦斯突出模具，在底板的中央开设有充气孔，该充气孔中安装进气嘴；前端板的中部开设定位孔，该定位孔中安装突出口。

(3)申请号为200910103154.2的中国专利公开了一种煤与瓦斯突出综合试验装置，该装置包括煤样室、地应力模拟加载系统和气压加载设备，地应力模拟加载系统的施力胶囊和加载装置设置在密闭容器内，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，煤样室由加载块围成，相邻加载块之间存在间隙，通过压力采集装置和摄像机观测试验结果。但该装置不能进行地应力加载。

(4)申请号为200910103155.7的中国专利公开了一种煤与瓦斯突出试验快速泄压的煤样室，包括煤样室本体，煤样室本体设置煤与瓦斯喷出口和压力气体进口，煤与瓦斯喷出口设置控制阀，煤样室本体内在控制阀前设置隔膜，隔膜与控制阀之间的空腔为平衡腔，平衡腔设置压力平衡气体进口。泄压采用隔膜，试验过程复杂，不方便操作。

(5)申请号为200910103157.6的中国专利公开了一种煤与瓦斯突出试验装置，包括煤样室、气压加载设备，煤样室设置煤与瓦斯喷出口，煤与瓦斯喷出口设置控制阀，气压加载设备的加压气体通道与煤样室内部相通，煤样室内在控制阀前设置隔膜，隔膜与控制阀之间的空腔为接有平衡气压加载设备的平衡腔，还包括设置在煤样室内的压力采集装置和设置在煤样室外部的摄像机，煤样室与摄像机相对的位置透明设置。但该装置不能进行地应力加载。

(6)申请号为201010149061.6的中国专利公开了一种煤与瓦斯突出模拟试验装置，包括钢筒，设置在钢筒两端的法兰盘，充气系统和数据采集系统；设置在钢筒一端的法兰盘为带有中心孔的法兰盘，并在该法兰盘与钢筒的非安装侧设置防爆片。但该装置不能进行地应力加载。

(7)申请号为201110021828.1的中国专利公开了一种煤与瓦斯试验模拟装置，包括煤样室和气压加载设备，所述煤样室中设置有至少一个用于放置煤样的煤样型腔，气压加载设备包括瓦斯气瓶和与瓦斯气瓶连接的加压气体通道，煤样室上设置有工作时与煤样型腔连通的煤与瓦斯喷出口，喷出口上设置有用于控制喷出口导通的控制装置，在煤样室外设置有用于对煤样型腔内部煤样拍照的第一照相机，喷出口设置有用于拍摄煤与瓦斯喷出的第二照相机。

(8)申请号为201110324127.5的中国专利公开了一种石门揭煤时煤与瓦斯突出模拟试验系统，其包括顶部设置有开口的箱体，该箱体开口配置有一加载钢板，密闭腔体内铺设有顶板与底板，顶板与底板之间铺设有煤层，该煤层与水平面形成一倾斜角，突出模拟巷道在底板内延伸直至与煤层交汇，瓦斯采用面式充气结构，突出口设置快速开启密封结构。

综合分析上述单位的模型试验台架装置系统，还存在以下不足之处：

1.上述模拟试验装置无法实现煤与瓦斯吸附特性测试；

2.上述试验装置不论大小，其内部模型多以长方体为主，加载时在模型边角处容易形成应力集中；