煤與瓦斯突出模擬及煤體滲透特性測試裝置製造方法

2023-12-04 16:43:11 1

煤與瓦斯突出模擬及煤體滲透特性測試裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種煤與瓦斯突出模擬及煤體滲透特性測試裝置，包括電子萬能試驗機、突出模擬及滲透測試裝置、第一瓦斯氣體系統和圍壓液壓系統；突出模擬及滲透測試裝置由巷幫模擬機構和巷幫周圍環境模擬機構組成，巷幫模擬機構包括擋板、透氣板、煤巖樣和U型卡套；巷幫周圍環境模擬機構包括底座、缸筒、下壓頭、上半凹面壓頭、上半凸面壓頭和活塞；第一瓦斯氣體系統包括第一瓦斯氣體罐、第一減壓閥和第一氣壓表；圍壓液壓系統包括圍壓液箱、液壓泵、圍壓液壓力表、圍壓液溢流閥、圍壓液回流閥。本實用新型能夠真實地模擬礦井的煤與瓦斯突出過程，且能夠用於對受擾動影響的巷幫煤巖體和礦井深部煤巖體的氣體滲透特性進行測試。
【專利說明】煤與瓦斯突出模擬及煤體滲透特性測試裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型屬於煤礦安全【技術領域】，具體涉及一種煤與瓦斯突出模擬及煤體滲透特性測試裝置。
【背景技術】
[0002]在研究煤與瓦斯突出機理方面，現有的理論均指出地應力、瓦斯壓力和煤巖體的力學性質是影響煤與瓦斯突出的三要素，但截止目前，還未能確定出三大要素各自對煤與瓦斯突出的作用機理，也未能確定出三大要素對其影響的大小。因此，國內外眾多學者進行了煤與瓦斯突出的實驗室模擬過程，也獲得許多研究進展，但是，礦井下煤巖體的地應力包括軸壓和圍壓，因圍壓因素難以控制，現有試驗大多控制的是軸壓和瓦斯氣體壓力，不能控制圍壓，難以完成圍壓對煤與瓦斯突出影響的機理研究；而且，現有的煤與瓦斯突出模擬試驗未充分考慮擾動因素的影響，即使考慮擾動影響也大多是考慮頂板擾動的影響，而且不能測量擾動強度和擾動時間，而實際煤礦井下煤巖體常常因割煤機的採動、掘進面的放炮和巷幫煤巖體的打孔等受到不同程度的擾動影響，也常因擾動影響，煤巖體的力學性質發生改變，引發煤與瓦斯突出，這對井下正常採煤和人員安全造成了極大威脅，因此現有技術中煤與瓦斯突出模擬的真實性較差，還不能夠真實地模擬煤與瓦斯突出的過程，獲得的研究數據的準確性欠佳。
[0003]而煤巖體的滲透特性是研究礦井下採礦時礦井發生煤與瓦斯突出和突水的基礎，故研究煤巖體的滲透特性具有重要的工程意義。國內外學者對煤巖體的滲透特性研究大多是通過實驗室做試驗方式進行，試驗可分為兩類:第一類是通過液體滲透測流量的方式進行煤巖體液體滲透特性測試；第二類是通過氣體滲透測流量的方式進行煤巖體氣體滲透特性測試，進行煤巖體液體滲透特性測試和氣體滲透特性測試時的試驗方法又均分為兩種:一種是在壓差穩定的情況下，測量流體滲透過煤巖體的流量，即穩態法；由於巷幫煤巖體裸露在巷道內的側面受氣體壓力為大氣壓力，內部氣體壓力穩定在一定值，因此穩態法主要用於對巷幫煤巖體的滲透特性進行測試；另一種是壓差變化過程中，測量流體滲透過煤巖體的流量關於時間的關係，即瞬態法；由於礦井深部的煤巖體內部瓦斯常常因氣體壓力差的存在而沿著煤巖體內部裂隙和孔隙運移，也因運移過程中壓力差減小，運移速度和流量發生變化，因此瞬態法主要用於對礦井深部煤巖體的滲透特性進行測試。目前，採用穩態法和瞬態法進行煤巖體液體滲透特性測試的技術已較為成熟，但是，採用穩態法和瞬態法進行煤巖體氣體滲透特性測試的技術還處在研發階段，存在以下的缺陷和不足:(1)雖然能夠實現氣體的三軸滲流試驗，但是在三軸滲流試驗中的圍壓不可控制，不能為工程技術人員提供圍壓因素的數據，因而工程技術人員也就無法研究圍壓對煤巖體氣體滲透特性測試的影響；但礦井的不同深度處，煤巖體所受的圍壓大小不同，而煤巖體的氣體滲透特性也會因圍壓大小的不同而改變；(2)在氣體的單軸滲流試驗和三軸滲流試驗中，均未考慮擾動因素的影響，但礦井下的煤巖體往往因掘進巷道和採煤等因素受到不同程度的擾動影響，進而煤巖體內部裂隙演化和分布規律發生變化，導致煤巖體的滲流特性發生改變，從而改變了煤巖體的瓦斯湧出等規律，故研究擾動因素對煤巖體的滲透特性具有重要的現實意義。
實用新型內容
[0004]本實用新型所要解決的技術問題在於針對上述現有技術中的不足，提供一種煤與瓦斯突出模擬及煤體滲透特性測試裝置，其實現方便，能夠真實地模擬礦井的煤與瓦斯突出過程，同時能夠用於對受擾動影響的巷幫煤巖體和礦井深部煤巖體的氣體滲透特性進行測試，功能完備，實用性強，便於推廣使用。
[0005]為解決上述技術問題，本實用新型採用的技術方案是:一種煤與瓦斯突出模擬及煤體滲透特性測試裝置，其特徵在於:包括電子萬能試驗機、突出模擬及滲透測試裝置、第一瓦斯氣體系統和圍壓液壓系統，所述突出模擬及滲透測試裝置對中放置在電子萬能試驗機的底座上；
[0006]所述突出模擬及滲透測試裝置由巷幫模擬機構和巷幫周圍環境模擬機構組成，所述巷幫模擬機構包括依次對接的擋板、透氣板、煤巖樣和U型卡套，所述擋板、透氣板、煤巖樣和U型卡套通過電工膠帶纏繞固定為一整體，所述U型卡套由套管和可拆卸連接在套管一端端部的套管蓋組成，所述套管的外壁上設置有刻度，所述套管蓋上連接有通氣管，所述通氣管上連接有通氣閥和氣體流量計，所述擋板中部設置有第一進氣通道，所述透氣板中部設置有與第一進氣通道相連通的第二進氣通道，所述透氣板上位於第二進氣通道的四周設置有輻射狀的透氣孔道；所述巷幫周圍環境模擬機構包括底座、固定連接在底座頂部的缸筒和固定連接在缸筒頂部的筒蓋，所述缸筒中部側壁上開有供巷幫模擬機構插入的巷幫模擬機構插入孔，所述底座頂部中間位置處設置有凹槽，所述凹槽內放置有下壓頭，所述下壓頭的正上方從下到上依次設置有上半凹面壓頭、上半凸面壓頭和活塞，所述活塞穿過筒蓋，且筒蓋的中間位置處設置有供活塞穿過的通孔，所述活塞的上端面位於所述電子萬能試驗機的壓頭的正下方，所述巷幫模擬機構從所述巷幫模擬機構插入孔插入缸筒內部，且煤巖樣對正位於下壓頭的上端面與上半凹面壓頭的下端面之間，U型卡套卡合連接在所述巷幫模擬機構插入孔內；所述底座上設置有第三進氣通道和與第三進氣通道相連通的氣體入口，所述下壓頭上設置有與第三進氣通道相連通的第四進氣通道，所述第四進氣通道通過第一氣體傳輸管路與第一進氣通道相連通；所述底座上設置有與缸筒內部空間相連通的圍壓液流入通道，所述底座側部設置有與圍壓液流入通道相連通的圍壓液入口，所述缸筒側面設有排氣口，所述排氣口上連接有排氣口塞；
[0007]所述第一瓦斯氣體系統包括第一瓦斯氣體罐，所述第一瓦斯氣體罐的出氣口通過第二氣體傳輸管路與氣體入口連接，所述第二氣體傳輸管路上設置有第一減壓閥和第一氣壓表;
[0008]所述圍壓液壓系統包括圍壓液箱和一端與圍壓液箱連接的圍壓液流入管，所述圍壓液流入管的另一端與圍壓液入口連接，所述圍壓液流入管上連接有液壓泵和單向閥，位於液壓泵和單向閥之間的一段圍壓液流入管上連接有圍壓液溢流管，所述圍壓液溢流管上連接有圍壓液壓力表和圍壓液溢流閥，位於單向閥和圍壓液入口之間的一段圍壓液流入管上連接有圍壓液回流管，所述圍壓液回流管上連接有圍壓液回流閥。
[0009]上述的煤與瓦斯突出模擬及煤體滲透特性測試裝置，其特徵在於:包括用於對振動強度進行檢測的振動檢測裝置，所述振動檢測裝置的振動檢測探頭安放於位於筒蓋外部的活塞的表面上，或安放於拆卸下套管蓋後套管內露出的煤巖樣的表面上；位於筒蓋外部的活塞的中部設置有環狀凸起，所述活塞上套裝有位於環狀凸起上部的擾動環。
[0010]上述的煤與瓦斯突出模擬及煤體滲透特性測試裝置，其特徵在於:包括第二瓦斯氣體系統，所述第二瓦斯氣體系統包括第二瓦斯氣體罐，所述第二瓦斯氣體罐的出氣口通過第三氣體傳輸管路與通氣管連接，所述第三氣體傳輸管路上設置有第二減壓閥和第二氣壓表。
[0011]上述的煤與瓦斯突出模擬及煤體滲透特性測試裝置，其特徵在於:所述底座與下壓頭之間、底座與缸筒之間、缸筒與筒蓋之間、上半凹面壓頭與上半凸面壓頭之間、套管與缸筒之間、套管蓋與套管之間以及筒蓋與活塞之間均設置有密封圈。
[0012]上述的煤與瓦斯突出模擬及煤體滲透特性測試裝置，其特徵在於:所述套管蓋通過第一螺栓可拆卸連接在套管一端端部；所述缸筒通過第二螺栓固定連接在底座頂部，所述筒蓋通過第三螺栓固定連接在缸筒頂部。
[0013]上述的煤與瓦斯突出模擬及煤體滲透特性測試裝置，其特徵在於:所述缸筒外輪廓的形狀、下壓頭外輪廓的形狀、煤巖樣外輪廓的形狀、套管外輪廓的形狀和上半凹面壓頭下部外輪廓的形狀均為長方體形，所述煤巖樣的長度與下壓頭的長度和上半凹面壓頭下部的長度相等，所述煤巖樣的寬度與下壓頭的寬度、套管的寬度和上半凹面壓頭下部的寬度相等，所述煤巖樣的高度與套管外輪廓的高度相等。
[0014]上述的煤與瓦斯突出模擬及煤體滲透特性測試裝置，其特徵在於:所述第一氣體傳輸管路的一端通過第一快速接頭與第一進氣通道相接，所述第一氣體傳輸管路的另一端通過第二快速接頭與第四進氣通道相接。
[0015]上述的煤與瓦斯突出模擬及煤體滲透特性測試裝置，其特徵在於:所述環狀凸起下表面與活塞的下端面之間的距離加上組合後的上半凹面壓頭和上半凸面壓頭的總高度大於筒蓋的上端面至下壓頭的上端面之間的距離。
[0016]上述的煤與瓦斯突出模擬及煤體滲透特性測試裝置，其特徵在於:所述振動檢測裝置為型號為DH的超動態信號測試分析系統。
[0017]上述的煤與瓦斯突出模擬及煤體滲透特性測試裝置，其特徵在於:所述第三氣體傳輸管路通過第三快速接頭與通氣管相接。
[0018]本實用新型與現有技術相比具有以下優點:
[0019]1、本實用新的結構簡單，組裝方便，使用操作便捷。
[0020]2、本實用新型的突出模擬及滲透測試裝置由巷幫模擬機構和巷幫周圍環境模擬機構組成，通過與電子萬能試驗機、第一瓦斯氣體系統、第二瓦斯氣體系統和圍壓液壓系統，以及擾動環和振動檢測裝置配合使用，能夠完成現有技術中難以完成的圍壓對煤與瓦斯突出影響的機理研究，能夠在實驗室，通過調節軸壓、圍壓和瓦斯氣體壓力，真實地模擬無擾動影響和有擾動影響下的煤與瓦斯突出過程，且不僅能夠在軸壓、圍壓和瓦斯氣體壓力可控的前提下進行擾動影響下穩態法測定煤巖體氣體滲流特性的實驗，對巷幫煤巖體受擾動影響的氣體滲透特性進行測試；還能夠在軸壓、圍壓和瓦斯氣體壓力可控的前提下進行擾動影響下瞬態法測定煤巖體氣體滲流特性的實驗，對礦井深部的煤巖體受擾動影響的氣體滲透特性進行測試；本實用新型的功能完備，既能夠為煤與瓦斯突出的理論研究提供實驗裝置，又能夠為工程技術人員研究圍壓和擾動因素對煤巖體氣體滲透特性測試的影響提供實驗裝置。
[0021]3、本實用新型的透氣板上位於第二進氣通道的四周設置有輻射狀的透氣孔道，瓦斯氣體能夠通過透氣板上的透氣孔道對煤巖樣進行瓦斯面加壓，加壓效果好，能夠真實地模擬煤礦井下瓦斯氣體壓力對煤巖體的作用。
[0022]4、本實用新型的套管外壁上設置有刻度，能夠通過觀察設置在套管外壁上的刻度，使煤巖樣對正位於下壓頭的上端面上，且能夠使電子萬能試驗機的壓頭通過活塞對煤巖樣進行準確地加載軸壓，有助於提高煤與瓦斯突出模擬以及煤體滲透特性測試的精度。
[0023]6、本實用新型的實用性強，使用效果好，便於推廣使用。
[0024]綜上所述，本實用新型實現方便，能夠真實地模擬礦井的煤與瓦斯突出過程，同時能夠用於對受擾動影響的巷幫煤巖體和礦井深部煤巖體的氣體滲透特性進行測試，功能完備，實用性強，便於推廣使用。
[0025]下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術方案做進一步的詳細描述。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為本實用新型的結構示意圖。
[0027]圖2為本實用新型突出模擬及滲透測試裝置的結構示意圖。
[0028]附圖標記說明:
[0029]I一擋板；2—透氣板；3—煤巖樣；
[0030]4-1 一套管；4-2—套管蓋；5—第一進氣通道；
[0031]6一第二進氣通道； 7—透氣孔道；8—底座；
[0032]9一缸筒；10—筒蓋；11—下壓頭；
[0033]12—上半凸面壓頭；13—活塞；14一第三進氣通道；
[0034]15—氣體入口；16—第四進氣通道； 17—第一氣體傳輸管路；
[0035]18—圍壓液流入通道；19—圍壓液入口；20—排氣口；
[0036]21一排氣口塞；22—第一瓦斯氣體罐；
[0037]23一第二氣體傳輸管路；24—第一減壓閥；
[0038]25—第一氣壓表；26—圍壓液箱；27—圍壓液流入管；
[0039]28—液壓泵；29—圍壓液溢流管；30—圍壓液壓力表；
[0040]31一圍壓液溢流閥； 32—圍壓液回流管；33—圍壓液回流閥；
[0041]34—通氣管；35—通氣閥；36—環狀凸起；
[0042]37—擾動環；38—第二瓦斯氣體罐；39—上半凹面壓頭；
[0043]40—電子萬能試驗機；41 一突出模擬及滲透測試裝置；
[0044]42—振動檢測裝置； 43—單向閥；44 一密封圈；
[0045]45—第二螺栓；46—第三螺栓；
[0046]47—第三氣體傳輸管路；48—第二減壓閥；
[0047]49一第二氣壓表；50—第一螺栓；51—氣體流量計。
【具體實施方式】[0048]如圖1和圖2所示，本實用新型包括電子萬能試驗機40、突出模擬及滲透測試裝置41、第一瓦斯氣體系統和圍壓液壓系統，所述突出模擬及滲透測試裝置41對中放置在電子萬能試驗機40的底座上；
[0049]所述突出模擬及滲透測試裝置41由巷幫模擬機構和巷幫周圍環境模擬機構組成，所述巷幫模擬機構包括依次對接的擋板1、透氣板2、煤巖樣3和U型卡套，所述擋板1、透氣板2、煤巖樣3和U型卡套通過電工膠帶纏繞固定為一整體，所述U型卡套由套管4-1和可拆卸連接在套管4-1 一端端部的套管蓋4-2組成,所述套管4-1的外壁上設置有刻度，所述套管蓋4-2上連接有通氣管34，所述通氣管34上連接有通氣閥35和氣體流量計51，所述擋板I中部設置有第一進氣通道5，所述透氣板2中部設置有與第一進氣通道5相連通的第二進氣通道6，所述透氣板2上位於第二進氣通道6的四周設置有輻射狀的透氣孔道7 ;所述巷幫周圍環境模擬機構包括底座8、固定連接在底座8頂部的缸筒9和固定連接在缸筒9頂部的筒蓋10，所述缸筒9中部側壁上開有供巷幫模擬機構插入的巷幫模擬機構插入孔，所述底座8頂部中間位置處設置有凹槽，所述凹槽內放置有下壓頭11，所述下壓頭11的正上方從下到上依次設置有上半凹面壓頭39、上半凸面壓頭12和活塞13，所述活塞13穿過筒蓋10，且筒蓋10的中間位置處設置有供活塞13穿過的通孔，所述活塞13的上端面位於所述電子萬能試驗機40的壓頭的正下方，所述巷幫模擬機構從所述巷幫模擬機構插入孔插入缸筒9內部，且煤巖樣3對正位於下壓頭11的上端面與上半凹面壓頭39的下端面之間，U型卡套卡合連接在所述巷幫模擬機構插入孔內；所述底座8上設置有第三進氣通道14和與第三進氣通道14相連通的氣體入口 15，所述下壓頭11上設置有與第三進氣通道14相連通的第四進氣通道16，所述第四進氣通道16通過第一氣體傳輸管路17與第一進氣通道5相連通；所述底座8上設置有與缸筒9內部空間相連通的圍壓液流入通道18，所述底座8側部設置有與圍壓液流入通道18相連通的圍壓液入口 19，所述缸筒9側面設有排氣口 20，所述排氣口 20上連接有排氣口塞21 ；
[0050]所述第一瓦斯氣體系統包括第一瓦斯氣體罐22，所述第一瓦斯氣體罐22的出氣口通過第二氣體傳輸管路23與氣體入口 15連接，所述第二氣體傳輸管路23上設置有第一減壓閥24和第一氣壓表25 ；
[0051]所述圍壓液壓系統包括圍壓液箱26和一端與圍壓液箱26連接的圍壓液流入管27，所述圍壓液流入管27的另一端與圍壓液入口 19連接，所述圍壓液流入管27上連接有液壓泵28和單向閥43，位於液壓泵28和圍壓單向閥43之間的一段圍壓液流入管27上連接有圍壓液溢流管29，所述圍壓液溢流管29上連接有圍壓液壓力表30和圍壓液溢流閥31，位於單向閥43和圍壓液入口 19之間的一段圍壓液流入管27上連接有圍壓液回流管32，所述圍壓液回流管32上連接有圍壓液回流閥33。
[0052]本實施例中，本實用新型還包括用於對振動強度進行檢測的振動檢測裝置42，所述振動檢測裝置42的振動檢測探頭安放於位於筒蓋10外部的活塞13的表面上，或安放於拆卸下套管蓋4-2後套管4-1內露出的煤巖樣3的表面上；位於筒蓋10外部的活塞13的中部設置有環狀凸起36，所述活塞13上套裝有位於環狀凸起36上部的擾動環37。
[0053]本實施例中，本實用新型還包括第二瓦斯氣體系統，所述第二瓦斯氣體系統包括第二瓦斯氣體罐38，所述第二瓦斯氣體罐38的出氣口通過第三氣體傳輸管路47與通氣管34連接，所述第三氣體傳輸管路47上設置有第二減壓閥48和第二氣壓表49。[0054]本實施例中，所述底座8與下壓頭11之間、底座8與缸筒9之間、缸筒9與筒蓋10之間、上半凹面壓頭39與上半凸面壓頭12之間、套管4-1與缸筒9之間、套管蓋4-2與套管4-1之間以及筒蓋10與活塞13之間均設置有密封圈44。
[0055]本實施例中，所述套管蓋4-2通過第一螺栓50可拆卸連接在套管4-1 一端端部；所述缸筒9通過第二螺栓45固定連接在底座8頂部，所述筒蓋10通過第三螺栓46固定連接在缸筒9頂部。
[0056]本實施例中，所述缸筒9外輪廓的形狀、下壓頭11外輪廓的形狀、煤巖樣3外輪廓的形狀、套管4-1外輪廓的形狀和上半凹面壓頭39下部外輪廓的形狀均為長方體形，所述煤巖樣3的長度與下壓頭11的長度和上半凹面壓頭39下部的長度相等，所述煤巖樣3的寬度與下壓頭11的寬度、套管4-1的寬度和上半凹面壓頭39下部的寬度相等，所述煤巖樣3的高度與套管4-1外輪廓的高度相等。
[0057]本實施例中，所述第一氣體傳輸管路17的一端通過第一快速接頭與第一進氣通道5相接，所述第一氣體傳輸管路17的另一端通過第二快速接頭與第四進氣通道16相接。
[0058]本實施例中，所述環狀凸起36下表面與活塞13的下端面之間的距離加上組合後的上半凹面壓頭39和上半凸面壓頭12的總高度大於筒蓋10的上端面至下壓頭11的上端面之間的距離。
[0059]本實施例中，所述振動檢測裝置42為型號為DH5960的超動態信號測試分析系統。
[0060]本實施例中，所述第三氣體傳輸管路47通過第三快速接頭與通氣管34相接。
[0061]本實用新型使用時突出模擬及滲透測試裝置41的裝配過程為:
[0062](I)將依次對接的擋板1、透氣板2、煤巖樣3和所述U型卡套通過電工膠帶纏繞固定為一整體，組合成巷幫模擬機構；
[0063](2)將下壓頭11放置在所述凹槽內，且使第四進氣通道16與第三進氣通道14相連通，並將第一氣體傳輸管路17的一端連接在第四進氣通道16上；
[0064](3 )將缸筒9固定連接在底座8頂部；
[0065](4)將所述巷幫模擬機構具有擋板I的一端插入所述巷幫模擬機構插入孔內，並通過觀察設置在套管4-1外壁上的刻度，使煤巖樣3對正位於下壓頭11的上端面上；具體實施時，已知底座8中心至缸筒9開有巷幫模擬機構插入孔的一側側面的距離為I1，且已知煤巖樣3的長度的一半為I2，通過公式I=I1-12就能夠計算得到套管4-1伸入缸筒9內部的側面至缸筒9開有巷幫模擬機構插入孔的一側側面的距離1，而該距離I能夠通過觀察設置在套管4-1外壁上的刻度得知；
[0066](5)將第一氣體傳輸管路17的另一端連接在第一進氣通道5上；
[0067](6)將上半凹面壓頭39對正放置於煤巖樣3的上端面上，並在上半凹面壓頭39的頂部放置上半凸面壓頭12 ；
[0068](7)將活塞13穿過設置在筒蓋10中間位置處的通孔中，並將筒蓋10固定連接在缸筒9頂部，同時保證活塞13的中心與上半凸面壓頭12的中心對正。
[0069]突出模擬及滲透測試裝置41裝配完成後，將第二氣體傳輸管路23連接到氣體入口 15上；將圍壓液流入管27連接到圍壓液入口 19上；將裝配完成的突出模擬及滲透測試裝置41對中放置在電子萬能試驗機40的底座上，且使活塞13的上端面位於所述電子萬能試驗機40的壓頭的正下方。[0070]當需要進行無擾動影響下的煤與瓦斯突出模擬時，按照以下步驟進行:
[0071]步驟一、給煤巖樣3加載軸壓:電子萬能試驗機40的壓頭根據設定的速度參數和壓力參數下壓活塞13 ;例如，設定速度參數為0.4mm/min?0.6mm/min,設定壓力參數為3MPa ?5MPa ；
[0072]步驟二、給煤巖樣3加載圍壓:取下連接在排氣口 20上的排氣口塞21，打開排氣口 20，打開圍壓液溢流閥31的進液開關，開啟所述圍壓液壓系統，圍壓液箱26內的圍壓液經過第二液壓泵37加壓後經由圍壓液流入管27和圍壓液入口 19流入缸筒9內，當排氣口20有圍壓液流出時，將排氣口塞21連接在排氣口 20上，關閉排氣口 20 ;通過在操作圍壓液溢流閥31，能夠調節圍壓的大小；
[0073]步驟三、模擬瓦斯氣體壓力:首先，關閉通氣閥35，然後，打開第一減壓閥24的開關，開啟所述第一瓦斯氣體系統，第一瓦斯氣體罐22內的瓦斯氣體通過第一減壓閥24減壓到0.8MPa?IMPa後經由第二氣體傳輸管路23和氣體入口 15進入第一進氣通道5和第二進氣通道6內，並進入透氣孔道7內；24?48小時後，關閉第一減壓閥24的開關；
[0074]步驟四、模擬無擾動影響下的煤與瓦斯突出:拆卸下套管蓋4-2，煤與瓦斯形成突出。
[0075]當需要進行有擾動影響下的煤與瓦斯突出模擬時，步驟一與步驟二與進行無擾動影響下的煤與瓦斯突出模擬完全相同，所不同的是:步驟三中第一瓦斯氣體罐22內的瓦斯氣體通過第一減壓閥24減壓到0.5MPa?0.7MPa後經由第二氣體傳輸管路23和氣體入口15進入第一進氣通道5和第二進氣通道6內；步驟四的具體過程如下:步驟401、拆卸下套管蓋4-2，並將振動檢測裝置42的振動檢測探頭安放於套管4-1內露出的煤巖樣3的表面上，開啟振動檢測裝置42 ;步驟402、將擾動環37提起再放開，使擾動環37從高處沿著活塞13向下自由落體式衝擊環狀凸起36，形成對煤巖樣3的衝擊擾動，並不斷重複該擾動過程，直至煤與瓦斯形成突出；擾動過程中，振動檢測裝置42對擾動產生的振動強度進行檢測並存儲。
[0076]當需要採用穩態法進行煤體滲透特性測試時，步驟一與步驟二與進行無擾動影響下的煤與瓦斯突出模擬完全相同，所不同的是:步驟三、給煤巖樣3加載瓦斯氣體壓力:首先，打開通氣閥35，然後，打開第一減壓閥24的開關，開啟所述第一瓦斯氣體系統，第一瓦斯氣體罐22內的瓦斯氣體通過第一減壓閥24減壓後經由第二氣體傳輸管路23和氣體入口 15進入第一進氣通道5和第二進氣通道6內，並進入透氣孔道7內；步驟四、對擾動影響下煤巖樣3滲透的瓦斯氣體流量進行檢測，其具體過程如下:步驟401、將振動檢測裝置42的振動檢測探頭安放於位於筒蓋10外部的活塞13的表面上，開啟振動檢測裝置42 ;步驟402、將擾動環37提起再放開，使擾動環37從高處沿著活塞13向下自由落體式衝擊環狀凸起36，形成對煤巖樣3的衝擊擾動；擾動過程中，振動檢測裝置42對擾動量進行檢測並存儲，同時，氣體流量計51對經過煤巖樣3滲透到套管4-1內且流入通氣管34內的瓦斯氣體流量進行實時檢測；步驟403、操作人員定時記錄氣體流量計51檢測到的流量數據，並繪製出流量數據隨時間變化的曲線。
[0077]當需要採用瞬態法進行煤體滲透特性測試時，步驟一與步驟二與進行無擾動影響下的煤與瓦斯突出模擬完全相同，所不同的是:步驟三、給煤巖樣3加載瓦斯氣體壓力:首先，打開通氣閥35，然後，打開第一減壓閥24的開關和第二減壓閥48的開關，開啟所述第一瓦斯氣體系統和所述第二瓦斯氣體系統，並調節第一減壓閥24和第二減壓閥48，使第一氣壓表25和第二氣壓表49上顯不的氣體壓力相等且均為S1MPa,第一瓦斯氣體罐22內的瓦斯氣體通過第一減壓閥24減壓後經由第二氣體傳輸管路23和氣體入口 15進入第一進氣通道5和第二進氣通道6內，並進入透氣孔道7內，第二瓦斯氣體罐38內的瓦斯氣體通過第二減壓閥48減壓後經由第三氣體傳輸管路47和通氣管34進入U型卡套4內；5?10分鐘後，關閉第一減壓閥24的開關和第二減壓閥48的開關；其中，的取值範圍為0.5MPa?
0.7MPa ;步驟四、對擾動影響下煤巖樣3滲透的瓦斯氣體流量進行檢測，其具體過程如下:步驟401、將振動檢測裝置50的振動檢測探頭安放於位於筒蓋10外部的活塞13的表面上，開啟振動檢測裝置50 ;步驟402、打開第一減壓閥24的開關並調節第一減壓閥24，使第一氣壓表25上顯不的氣體壓力為a2MPa, 10?20秒後,關閉第一減壓閥24的開關；其中，a2>ai且a2-ai的取值範圍為0.3MPa?0.6MPa ;步驟403、將擾動環37提起再放開，使擾動環37從高處沿著活塞13向下自由落體式衝擊環狀凸起36，形成對煤巖樣3的衝擊擾動；擾動過程中，振動檢測裝置50對擾動產生的振動強度進行檢測並存儲；氣體流量計51對經過煤巖樣3滲透到U型卡套4內且流入通氣管34內的瓦斯氣體流量進行實時檢測；步驟404、操作人員定時記錄氣體流量計51檢測到的流量數據，並繪製出流量數據隨時間變化的曲線。
[0078]以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例，並非對本實用新型作任何限制，凡是根據本實用新型技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍屬於本實用新型技術方案的保護範圍內。
【權利要求】
1.一種煤與瓦斯突出模擬及煤體滲透特性測試裝置，其特徵在於:包括電子萬能試驗機(40)、突出模擬及滲透測試裝置(41)、第一瓦斯氣體系統和圍壓液壓系統，所述突出模擬及滲透測試裝置(41)對中放置在電子萬能試驗機(40)的底座上； 所述突出模擬及滲透測試裝置(41)由巷幫模擬機構和巷幫周圍環境模擬機構組成，所述巷幫模擬機構包括依次對接的擋板(I)、透氣板(2)、煤巖樣(3)和U型卡套，所述擋板(I)、透氣板(2)、煤巖樣(3)和U型卡套通過電工膠帶纏繞固定為一整體，所述U型卡套由套管(4-1)和可拆卸連接在套管(4-1) 一端端部的套管蓋(4-2 )組成，所述套管(4-1)的外壁上設置有刻度，所述套管蓋(4-2)上連接有通氣管(34)，所述通氣管(34)上連接有通氣閥(35 )和氣體流量計(51)，所述擋板(I)中部設置有第一進氣通道(5 )，所述透氣板(2 )中部設置有與第一進氣通道(5)相連通的第二進氣通道(6)，所述透氣板(2)上位於第二進氣通道(6)的四周設置有輻射狀的透氣孔道(7);所述巷幫周圍環境模擬機構包括底座(8)、固定連接在底座(8)頂部的缸筒(9)和固定連接在缸筒(9)頂部的筒蓋(10)，所述缸筒(9)中部側壁上開有供巷幫模擬機構插入的巷幫模擬機構插入孔，所述底座(8)頂部中間位置處設置有凹槽，所述凹槽內放置有下壓頭(11)，所述下壓頭(11)的正上方從下到上依次設置有上半凹面壓頭(39)、上半凸面壓頭(12)和活塞(13)，所述活塞(13)穿過筒蓋(10)，且筒蓋(10)的中間位置處設置有供活塞(13)穿過的通孔，所述活塞(13)的上端面位於所述電子萬能試驗機(40)的壓頭的正下方，所述巷幫模擬機構從所述巷幫模擬機構插入孔插入缸筒(9)內部，且煤巖樣(3)對正位於下壓頭(11)的上端面與上半凹面壓頭(39)的下端面之間，U型卡套卡合連接在所述巷幫模擬機構插入孔內；所述底座(8)上設置有第三進氣通道(14)和與第三進氣通道(14)相連通的氣體入口( 15)，所述下壓頭(11)上設置有與第三進氣通道(14)相連通的第四進氣通道(16)，所述第四進氣通道(16)通過第一氣體傳輸管路(17)與第一進氣 通道(5)相連通；所述底座(8)上設置有與缸筒(9)內部空間相連通的圍壓液流入通道(18)，所述底座(8)側部設置有與圍壓液流入通道(18)相連通的圍壓液入口( 19 )，所述缸筒(9 )側面設有排氣口( 20 )，所述排氣口( 20 )上連接有排氣口塞(21); 所述第一瓦斯氣體系統包括第一瓦斯氣體罐(22)，所述第一瓦斯氣體罐(22)的出氣口通過第二氣體傳輸管路(23)與氣體入口(15)連接，所述第二氣體傳輸管路(23)上設置有第一減壓閥(24)和第一氣壓表(25)； 所述圍壓液壓系統包括圍壓液箱(26)和一端與圍壓液箱(26)連接的圍壓液流入管(27)，所述圍壓液流入管(27)的另一端與圍壓液入口(19)連接，所述圍壓液流入管(27)上連接有液壓泵(28)和單向閥(43)，位於液壓泵(28)和單向閥(43)之間的一段圍壓液流入管(27)上連接有圍壓液溢流管(29)，所述圍壓液溢流管(29)上連接有圍壓液壓力表(30)和圍壓液溢流閥(31)，位於單向閥(43)和圍壓液入口(19)之間的一段圍壓液流入管(27)上連接有圍壓液回流管(32)，所述圍壓液回流管(32)上連接有圍壓液回流閥(33)。
2.按照權利要求1所述的煤與瓦斯突出模擬及煤體滲透特性測試裝置，其特徵在於:包括用於對振動強度進行檢測的振動檢測裝置(42)，所述振動檢測裝置(42)的振動檢測探頭安放於位於筒蓋(10)外部的活塞(13)的表面上，或安放於拆卸下套管蓋(4-2)後套管(4-1)內露出的煤巖樣(3)的表面上；位於筒蓋(10)外部的活塞(13)的中部設置有環狀凸起(36)，所述活塞(13)上套裝有位於環狀凸起(36)上部的擾動環(37)。
3.按照權利要求2所述的煤與瓦斯突出模擬及煤體滲透特性測試裝置，其特徵在於:包括第二瓦斯氣體系統，所述第二瓦斯氣體系統包括第二瓦斯氣體罐(38)，所述第二瓦斯氣體罐(38)的出氣口通過第三氣體傳輸管路(47)與通氣管(34)連接，所述第三氣體傳輸管路(47 )上設置有第二減壓閥(48 )和第二氣壓表(49 )。
4.按照權利要求1、2或3所述的煤與瓦斯突出模擬及煤體滲透特性測試裝置，其特徵在於:所述底座(8)與下壓頭(11)之間、底座(8)與缸筒(9)之間、缸筒(9)與筒蓋(10)之間、上半凹面壓頭(39)與上半凸面壓頭(12)之間、套管(4-1)與缸筒(9)之間、套管蓋(4-2)與套管(4-1)之間以及筒蓋(10)與活塞(13)之間均設置有密封圈(44)。
5.按照權利要求1、2或3所述的煤與瓦斯突出模擬及煤體滲透特性測試裝置，其特徵在於:所述套管蓋(4-2)通過第一螺栓(50)可拆卸連接在套管(4-1) 一端端部；所述缸筒(9 )通過第二螺栓(45 )固定連接在底座(8 )頂部，所述筒蓋(10 )通過第三螺栓(46 )固定連接在缸筒(9 )頂部。
6.按照權利要求1、2或3所述的煤與瓦斯突出模擬及煤體滲透特性測試裝置，其特徵在於:所述缸筒(9)外輪廓的形狀、下壓頭(11)外輪廓的形狀、煤巖樣(3)外輪廓的形狀、套管(4-1)外輪廓的形狀和上半凹面壓頭(39)下部外輪廓的形狀均為長方體形，所述煤巖樣(3)的長度與下壓頭(11)的長度和上半凹面壓頭(39)下部的長度相等，所述煤巖樣(3)的寬度與下壓頭(11)的寬度、套 管(4-1)的寬度和上半凹面壓頭(39)下部的寬度相等，所述煤巖樣(3)的高度與套管(4-1)外輪廓的高度相等。
7.按照權利要求1、2或3所述的煤與瓦斯突出模擬及煤體滲透特性測試裝置，其特徵在於:所述第一氣體傳輸管路(17)的一端通過第一快速接頭與第一進氣通道(5)相接，所述第一氣體傳輸管路(17)的另一端通過第二快速接頭與第四進氣通道(16)相接。
8.按照權利要求1、2或3所述的煤與瓦斯突出模擬及煤體滲透特性測試裝置，其特徵在於:所述環狀凸起(36)下表面與活塞(13)的下端面之間的距離加上組合後的上半凹面壓頭(39)和上半凸面壓頭(12)的總高度大於筒蓋(10)的上端面至下壓頭(11)的上端面之間的距離。
9.按照權利要求2或3所述的煤與瓦斯突出模擬及煤體滲透特性測試裝置，其特徵在於:所述振動檢測裝置(42)為型號為DH5960的超動態信號測試分析系統。
10.按照權利要求3所述的煤與瓦斯突出模擬及煤體滲透特性測試裝置，其特徵在於:所述第三氣體傳輸管路(47)通過第三快速接頭與通氣管(34)相接。
【文檔編號】G01N15/08GK203772840SQ201420181896
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年4月15日 優先權日:2014年4月15日
【發明者】張天軍, 任金虎, 趙佩佩, 於勝紅, 宋爽, 李偉, 成小雨, 崔巍, 張磊 申請人:西安科技大學