[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

说明书

本发明公开了含瓦斯煤体卸压后发生层裂破坏的模拟研究实验装置，本发明可满足颗粒煤体在实验装置内的加载成型，保证卸压之前煤体承受较高的应力载荷，满足可突然撤回卸压的实验操作要求；限流孔板可实现对卸压边界压降速率的控制调节，增加设备可控变量，更有助于对卸压后流场演化规律以及破坏特征的分析研究，管状缸体内嵌高强度透明材料，配套高速摄像机，实现实验过程的可视化监测，为层裂破坏及推进的过程分析及发生机制探索提供更加直观的实验支撑。流场方向上多位置安装压力传感器，可以实现实时动态监测瓦斯流动过程中的孔隙压力分布及变化，为流场演化规律分析提供更丰富的直观数据支撑。

技术领域

本发明属于煤与瓦斯突出及突然卸压后煤体破坏过程模拟实验技术领域，具体涉及一种针对受载条件下煤岩等多孔介质，在应力突然卸载及气体渗流作用下发生层裂破坏过程的模拟实验装置以及相关实验方法。

背景技术

我国煤与瓦斯突出灾害严重，突出发生的机理复杂且目前没有形成一个共识性的结论，是导致突出事故频发且难以有效控制的根本原因。层裂破坏作为含瓦斯煤体卸压后典型的破坏形式，探究其发生的力学机制，对进一步揭示煤与瓦斯突出发生机理以及指导瓦斯灾害防治具有十分重要意义。关于含瓦斯煤体卸压后层裂破坏的发生及推进过程机理的研究，其中最主要的研究手段之一就是在实验室环境下通过相关的实验设备对其发展过程进行相似模拟研究，探究层裂破坏及推进行为对各实验条件的响应特征，总结分析其发生发展规律，为深入揭示含瓦斯煤体层裂破坏的内在力学机制奠定实验数据基础。国内外众多学者在针对煤与瓦斯突出进行实验研究的过程中搭建了众多突出模拟实验装置，并实现了各方向应力加载、不同气体压力的吸附、各煤样介质的力学强度等模拟真是采掘环境中的实验要求。

但是关于专门针对含瓦斯煤体卸压后发生层裂现象模拟实验装置的研发还鲜有报道。区别于现有相关煤与瓦斯突出模拟实验装置，受载含瓦斯煤体卸压后层裂破坏模拟实验平台应该具有一下功能及特点：

(1)凸显层裂过程中主控因素，排除设备形状等因素的干扰，设备应采用管状规则煤样室及层裂体运动腔体。

(2)为满足煤样的加载成型具有一定的强度以及模拟真实煤层应力受载状态的要求，设备要具备煤样在某向上的应力加载的功能。

(3)前期的相关研究发现，卸压方向上的应力状态以及流场演化规律是层裂破坏的主要控制因素，因此设备要同时满足应力卸载以及煤样边界气体压降速率可调的要求。

(4)考虑卸压后煤体内部流场是一个动态演化过程，设备应实现对煤样室内部各点气压的监测，为针对流场演化以及对层裂破坏的控制作用进行分析提供数据基础。

(5)层裂的发生及推进是煤体在力的作用下被持续剥离、运动及破碎的过程，实现整个过程的可视化，可以更加有助于含瓦斯煤体卸压后层裂破坏发生机制的揭示。

本发明针对以上问题，提供含瓦斯煤体卸压后发生层裂破坏的模拟研究实验装置，目的是满足上述实验相关要求以及克服目前突出相似模拟实验装置存在的不足。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：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；