[发明专利]含瓦斯煤体卸压后发生层裂破坏的模拟研究实验装置及实验方法

权利要求书

1.含瓦斯煤体卸压后发生层裂破坏的模拟研究实验装置，其包括加载组件、筒体、抽真空组件、瓦斯气体充入组件、数据采集装置以及高速摄像装置，其特征在于，

所述筒体的中部设置有沿着筒体的径向方向伸入所述筒体内部的可回撤挡杆，所述可回撤挡杆推入所述筒体内并推送到位后与阻挡压头接触完好；

所述加载组件设置在所述筒体的一端，所述加载组件与所述阻挡压头之间构设为装填煤样的载煤空间；

所述筒体上设置有与所述载煤空间相互连通的抽真空组件和瓦斯气体充入组件；

所述筒体的内壁上位于所述载煤空间内设置有数据采集装置；

所述筒体的另一端设置有可回撤挡板；

所述筒体的旁侧位于所述可回撤挡杆与可回撤挡板之间设置有所述高速摄像装置；

其中，所述阻挡压头包括带孔压板型号与不带孔压板型号两种结构。

2.根据权利要求1所述的含瓦斯煤体卸压后发生层裂破坏的模拟研究实验装置，其特征在于：所述可回撤挡杆与所述控制汽缸的活塞杆连接，以便使得所述可回撤挡杆由控制汽缸控制撤回与推送，所述可回撤挡板由另一控制汽缸进行驱动移动。

3.根据权利要求2所述的含瓦斯煤体卸压后发生层裂破坏的模拟研究实验装置，其特征在于：所述筒体的中部设置有沿着其径向延伸的延伸肩，所述延伸肩上设置有与所述筒体内的筒状腔体相连通的径向延伸孔，所述可回撤挡柱可滑动的设置在所述径向延伸孔内，且所述径向延伸孔内壁与所述可回撤挡柱之间还设置有密封圈。

4.根据权利要求1所述的含瓦斯煤体卸压后发生层裂破坏的模拟研究实验装置，其特征在于：所述筒体的筒状腔体的另一端采用法兰连接装置连接有沿着其径向方向伸入所述筒状腔体内的限流孔板，所述限流孔板的中心设置有限流孔，所述限流孔直径小于所述筒状腔体直径，调换所述限流孔板实现孔径大小改变，进而控制边界压降速率，所述可回撤挡板设置在所述法兰连接装置的端面上，所述筒体、所述法兰和可回撤挡板之间的连接处设置有密封圈。

5.根据权利要求1所述的含瓦斯煤体卸压后发生层裂破坏的模拟研究实验装置，其特征在于：所述加载组件包括反力架、油压泵、进、出油管、油压表和液压泵站，所述反力架固定设置在所述筒体的一端，所述反力架内设置有所述油压泵，所述油压泵的活塞杆上连接加载板，所述加载板密封滑动设置在所述筒体内，所述油压泵通过进、出油管以及油压表与液压泵站连接。

6.根据权利要求1所述的含瓦斯煤体卸压后发生层裂破坏的模拟研究实验装置，其特征在于：所述抽真空组件包括真空泵、负压表和阀门，所述真空泵通过气管连接所述筒体内的筒状腔体，所述气管上设置有负压表和阀门。

7.根据权利要求1所述的含瓦斯煤体卸压后发生层裂破坏的模拟研究实验装置，其特征在于：所述瓦斯气体充入组件包括高压气瓶、气压表和减压阀，所述高压气瓶通过气管连接筒体内的筒状腔体，该气管上设置有气压表和减压阀。

8.根据权利要求1所述的含瓦斯煤体卸压后发生层裂破坏的模拟研究实验装置，其特征在于：所述数据采集装置包括多通道数据采集仪、计算机和气压传感器，多个所述气压传感器设置在所述筒体内的载煤空间和非载煤空间内，所述气压传感器通过多通道数据采集仪与计算机连接。

9.根据权利要求1-8任意一项所述的含瓦斯煤体卸压后发生层裂破坏的模拟研究实验装置，其特征在于：所述筒体采用高强度透明材料与钢材料组合而成，且所述高强度透明材料朝向设置高清摄像装置的一侧，阻挡压头由压板和压轴组成，可回撤挡杆与阻挡压轴之间通过内嵌钢珠接触。

10.一种含瓦斯煤体卸压后发生层裂破坏的模拟研究实验方法，其采用权利要求1-10任意一项所述的含瓦斯煤体卸压后发生层裂破坏的模拟研究实验装置，其特征在于：其包括以下步骤：

(1)操作控制汽缸，将可回撤挡杆推送到位并与阻挡压头接触完好，将筛分及混合处理好的颗粒粉煤装填至载煤空间，法兰连接加载油缸与管状缸体，做好对煤样加载成型前的准备；

(2)控制操作加载装置，对煤样施加50MPa的外部载荷，并在该应力状态下保持30分钟，使其具有一定的力学强度；

(3)卸载应力，操作汽缸抽回挡板，将阻挡压头更换为压板带孔型号，重新推送挡杆(16)到位与压轴接触，安装孔径为R1的限流孔板，操作汽缸推送可回撤挡板；

(4)操作加载装置对已成型的煤样施加实验要求的载荷梯度，打开阀门以及真空泵，对整个实验腔体进行抽真空处理，当负压表显示小于100Pa时关闭阀门，负压表数值稳定半小时以上表明真空度及密封性符合实验要求；

(5)打开高压气瓶阀门，条件减压阀，对已脱真空的受载煤样充入实验要求压力梯度的瓦斯气体，并保证煤样在该压力条件下充分吸附；

(6)打开并调试数据采集装置以及高速摄像装置，操作控制汽缸，同时抽回可回撤挡杆与挡板，记录各气压数据变化以及观测含瓦斯煤体的层裂破坏特征；

根据上述实验操作进行下一阶瓦斯吸附压力、外部加载载荷、煤体力学强度、边界卸压速率、调换限流孔板等实验条件的层裂破坏模拟实验，实现不同步卸压应力及卸压气体压力来探究应力及流场拉应力在煤体层裂过程中的控制作用。