[实用新型]一种动力扰动诱导煤与瓦斯突出模拟实验装置

说明书

技术领域

本实用新型属于模拟煤与瓦斯突出技术，尤其涉及一种动力扰动诱导煤与瓦斯突出模拟实验装置。

背景技术

随着煤矿开采深度的增加，进入深部高应力环境，地质构造的作用显著增加，冲击灾害的诱因转变为由近场集中静荷载的积聚和远场集中动荷载的扰动共同作用，煤与瓦斯突出灾害机理更加复杂，而现有的研究大多是静态或准静态作用下的煤与瓦斯突出特性研究，导致复杂地质条件下动力扰动诱导煤与瓦斯突出灾害不能进行有效的预测和防治，对矿山安全高效生产造成很大的威胁，特别是随着开采深度的增大，这类灾害问题将变得更加突出。为此，必须加强对复杂地质条件下动力扰动诱导煤与瓦斯突出机理的研究，特别是开采动力扰动、自重应力场、构造应力场与渗流场的多物理场耦合作用下的煤与瓦斯突出机理的研究及相应实验设备的研制显得尤为重要。目前，煤与瓦斯突出规律的研究方法主要有工程现场实验、数值模拟、突出特性统计分析和实验室相似模拟试验，由于煤与瓦斯突出是一种复杂的动力现象，其发生的危险性和突发性使得很难开展实时监测研究，因此通过实验室相似模拟实验是研究煤与瓦斯突出规律的有效方法。早在1951年前苏联的B.B.霍多特等人就进行了首次煤与瓦斯突出模拟试验，开创了用模拟试验研究煤与瓦斯突出规律的新手段，此后加拿大、日本等国学者先后开展了一系列煤与瓦斯突出相似模拟试验。邓全封等人于1989年首次开展了我国的煤与瓦斯突出模拟试验研究，经过近60年的研究和发展，煤与瓦斯突出模拟装置得到长足的发展，由一维模拟实验逐渐发展到三维模拟实验，诱发突出的手段由早期的釆用雷管爆破到现在快速打开突出口及利用冲击重块施加冲击荷载等手段，监测监控仪器、手段及监控参数逐渐变得丰富，模拟煤样尺寸、充气压力逐步变大，密封性也逐渐得到保证。但是，现有相似模拟装置成在的一些不存在下述问题：

一、一般相似模拟装置仅考虑静态或准静态作用下的煤与瓦斯突出的特性研究，实际上，在我国8669次有明确作业方式记录的突出事例中，有8362次有放炮、支护、落煤和打钻等动力扰动作业方式诱发了突出，占96.5%，弄清楚动力扰动作用下煤与瓦斯突出发生规律对煤与瓦斯突出事故的预防和治理具有重要的作用。

二、矿产资源进入深部开采以后，受“三高一扰动”作用，煤与瓦斯突出动力灾害的诱因转变为由近场集中静荷载的积聚和远场集中动荷载的扰动共同作用，同时地质构造的作用也在显著增加。但是，目前的相似模拟试验并未开展复杂地质条件下的动力扰动诱发煤与瓦斯突出的相似模拟试验研究。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题：提供一种动力扰动诱导煤与瓦斯突出模拟实验装置，以解决现有技术诱导煤与瓦斯突出模拟实验装置没有考虑远场集中动荷载的扰动和复杂地质条件导致实验结果不准确不能有效预防和治理瓦斯等问题。

本实用新型技术方案：

一种动力扰动诱导煤与瓦斯突出模拟实验装置，它包括实验箱体，实验箱体的前后左右侧板、实验箱体顶盖和实验箱体底板组成一个密封腔体，密封腔体中间通过透气钢板隔开，实验箱体底板至透气钢板之间的腔体为模拟模型腔，实验箱体顶盖与透气钢板之间安装有千斤顶，密封腔体的左右侧板上固定有应力波传导杆，在实验箱体上安装有动力加载装置，在密封腔体上安装有数据检测装置。

实验箱体底板和实验箱体顶盖之间有至少四根丝杆支撑，丝杆与实验箱体底板和实验箱体顶盖之间通过螺母固定，动力加载装置为摆锤，摆锤的摆杆连接在实验箱体顶盖左右侧边上，摆锤与实验箱体顶盖垂直时，摆锤的锤部与应力波传导杆的轴心在同一直线上，摆锤的顶端上设有发射器，摆锤与应力波传导杆的顶端之间设有测速器。

模拟模型腔从上至下是煤层顶板，煤层和煤层底板，煤层内部开有巷道。

模拟模型腔左右侧板上粘贴有透气垫，应力波传导杆穿过试验箱体侧板上的透气垫进入煤层内，应力波传导杆长度的30%-70%进入煤层。

煤层顶板内安装有第一位移计组和第一应力计组；煤层底板内安装有第二位移计组和第二应力计组；每组应力计和每组位移计的数量至少6个。

煤层与煤层顶板之间铺设有透明树脂板，透明树脂板内部安装有第二高速摄像头，巷道内架设有支护，第一高速摄像头安装在支护上，支护上还安装有瓦斯浓度探头。

在煤层顶板和煤层底板内部区域设有至少二组声波探头和一组微震探头。

实验箱体的后、左和右侧板上分别开有第一进气孔、第二进气孔和第三进气孔，在后、左、右和前侧板上分别设有第一气压计组、第二气压计组、第三气压计组和四气压计组。

本实用新型的有益效果：