[发明专利]一种深部开采矿井复合动力灾害动力效应模拟实验方法

说明书

本发明公开了一种深部开采矿井复合动力灾害动力效应模拟实验方法，具体分为两类动力效应模拟实验，即通过调整T型刚性压头至解锁状态持续加载开展考虑采动应力和地应力影响的动力效应模拟实验，通过调整T型刚性压头至限位状态开展仅考虑气体参与的动力效应模拟实验。实验过程中同步监测耐高压密封腔体内气压变化，利用防爆型高速气动阀快速卸压，同步记录透明管道不同位置处的气体压力、浓度及温度，通过红外热像仪和分体式高速摄像机记录破碎并抛出的颗粒煤体的红外成像及运动特征；统计破碎并被抛出的颗粒煤的总量、几何特征及沿透明管道分布特征。本发明可为灾变各阶段的精确分析提供数据支撑，具有重要的理论意义和工程价值。

技术领域

本发明涉及一种动力效应模拟实验方法，具体涉及一种深部开采矿井复合动力灾害动力效应模拟实验方法。

背景技术

深部煤矿开采受高地应力、高温、高岩溶水等威胁日趋严重，高强度开采(扰动)使得一些高瓦斯矿井发生复合型煤岩动力灾害的概率显著增大，此类动力灾害兼具冲击地压和突出的部分特征，两种动力灾害互为共存、互相影响、相互复合，严重威胁矿井的生产安全。此外，深部复合煤岩动力灾害是一个复杂的力学过程，灾害发生过程中多种因素的相互交织，导致在事故孕育、发生、发展过程中可能互为诱因，互为强化，或产生“共振”效应，进而使得复合动力灾害的发生机理更为复杂，理论研究更为困难。

深部高应力、高瓦斯及其二者耦合作用均可诱发动力灾害且伴随强烈动力效应，考虑到复合动力灾害的复杂性以及研究方法和手段的限制，国内外对此类灾害的研究尚且较少，此类灾害通常具有巨大的破坏性和危害性，现场人为诱发不具可行性。因此，研发能够满足相应孕灾、致灾条件的实验系统并基于此开展系列室内实验，通过动力效应实验研究尝试从能量角度进行量化分析并对复合动力灾害的动力效应进行量化评估，可在明确灾变过程中的能量积聚、传递及释放机制的基础上进一步理清其致灾效应，对于矿井复合型灾害的预测及防治同样具有重要现实意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种深部开采矿井复合动力灾害动力效应模拟实验方法。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种深部开采矿井复合动力灾害动力效应模拟实验方法，其特征在于：所述实验方法包括以下两类，第一类为考虑采动应力和地应力影响的动力效应模拟实验，第二类为仅考虑气体参与的动力效应模拟实验；

所述第一类实验方法包括：耐高压密封腔体装入颗粒煤，水平旋转T型刚性压头90°使其始终处于限位解除状态，通过T型刚性压头对装入的颗粒煤施加预紧力，充入吸附性气体并保持设定吸附时间，通过T型刚性压头持续加载并同步监测耐高压密封腔体内气压变化，当加载到设定值时，打开防爆型高速气动阀快速卸压，同步记录透明管道不同位置处的气体压力、气体浓度及温度，通过红外热像仪和分体式高速摄像机记录破碎并抛出的颗粒煤体的红外成像及运动特征；统计破碎并被抛出的颗粒煤的总量、几何特征及沿透明管道分布特征；

所述第二类实验方法包括：向耐高压密封腔体装入颗粒煤，将T型刚性压头通过限位开关限位构成密封腔体，充入吸附性气体并保持设定吸附时间并同步监测耐高压密封腔体内气压变化，当达到设定吸附时间时通过防爆型高速气动阀卸压，同步记录透明管道不同位置处的气体压力、气体浓度及温度，通过红外热像仪和分体式高速摄像机记录破碎并抛出的颗粒煤体的红外成像及运动特征；统计破碎并被抛出的颗粒煤的总量、几何特征及沿透明管道分布特征。

所述预紧力为0.3-0.5kN；所述向耐高压密封腔体注入的吸附性气体的气压为0.1～2MPa，所述吸附时间不低于24h；所述几何特征包括粒径及比表面积，所述沿透明管道分布特征包括抛出距离及抛出速度。