本发明专利技术公开了一种一体式煤与瓦斯吸附解吸与突出试验装置，包括一圆筒形煤样室，煤样室外壁上设有若干压力和温度传感器，煤样室一端固定安装有液压加载及充气设备，另一端设有煤与瓦斯喷出口，在煤与瓦斯喷出口处设置有快速释放机构；液压加载及充气设备包括一活塞杆，活塞杆上设置一个与煤样室内腔相配合的活塞，活塞杆末端与面式充气加载盘连接，活塞和面式充气加载盘分别位于煤样室中两个独立腔体中，活塞和面式充气加载盘与纵向隔板之间的空间分别与煤样室外壁上的两个液压站接口相通；本发明专利技术同时还公开了利用该装置的试验方法。本发明专利技术能够研究型煤在不同地应力、不同瓦斯压力条件下煤对瓦斯的吸附解吸特性和煤与瓦斯突出机理。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于煤炭科研
，特别涉及一种用于进行不同地应力、不同瓦斯压力条件下的。
技术介绍
目前，煤与瓦斯突出是发生在煤矿井下的一种极其复杂的动力失稳现象，是煤矿井下生产最严重的灾害之一，可造成煤岩体击中或掩埋井下人员、摧毁井下设施等事故，甚至摧毁整个工作面，负面影响极为恶劣。因发生在煤矿井下的煤与瓦斯突出具有时间短、危害大等特点，对现场煤与瓦斯突出过程进行全方位实施研究危险性大的缘故，学者们目前主要依靠实验室模型试验手段进行煤与瓦斯突出机制的研究和探索。 煤与瓦斯突出机理中“综合作用假说”因为全面考虑了地应力、瓦斯压力和煤的物理力学性质等因素而被广泛认可。但是地应力、瓦斯压力和煤的物理力学性质等因素各自在突出过程中的真正作用机制仍未被正确揭示。由于煤与瓦斯突出的高度非线性，采用物理模拟方法研究是目前普遍采用的方法。 目前，国内外相关科研机构已开展了大量的煤与瓦斯突出相似模拟试验研究工作，研制了一系列煤与瓦斯突出模拟试验装置，研究现状如下: (I)申请号为200810069276.X的中国专利公开了一种煤与瓦斯突出模拟试验台，专利技术通过多组液压千斤顶向煤样轴向施压，通过充气口向煤样内充瓦斯，装置突出口通过快速释放机构实施机械化自动控制，高速打开突出口。 (2)申请号为200810233048.1的中国专利公开了一种煤与瓦斯突出模具，在底板的中央开设有充气孔，该充气孔中安装进气嘴；前端板的中部开设定位孔，该定位孔中安装突出口。 (3)申请号为200910103154.2的中国专利公开了一种煤与瓦斯突出综合试验装置，该装置包括煤样室、地应力模拟加载系统和气压加载设备，地应力模拟加载系统的施力胶囊和加载装置设置在密闭容器内，充压设备的充压通道与胶囊壁夹层相通，加载装置包括至少两个加载块，煤样室由加载块围成，相邻加载块之间存在间隙，通过压力采集装置和摄像机观测试验结果。但该装置不能进行地应力加载。 (4)申请号为200910103155.7的中国专利公开了一种煤与瓦斯突出试验快速泄压的煤样室，包括煤样室本体，煤样室本体设置煤与瓦斯喷出口和压力气体进口，煤与瓦斯喷出口设置控制阀，煤样室本体内在控制阀前设置隔膜，隔膜与控制阀之间的空腔为平衡腔，平衡腔设置压力平衡气体进口。泄压采用隔膜，试验过程复杂，不方便操作。 (5)申请号为200910103157.6的中国专利公开了一种煤与瓦斯突出试验装置，包括煤样室、气压加载设备，煤样室设置煤与瓦斯喷出口，煤与瓦斯喷出口设置控制阀，气压加载设备的加压气体通道与煤样室内部相通，煤样室内在控制阀前设置隔膜，隔膜与控制阀之间的空腔为接有平衡气压加载设备的平衡腔，还包括设置在煤样室内的压力采集装置和设置在煤样室外部的摄像机，煤样室与摄像机相对的位置透明设置。但该装置不能进行地应力加载。 (6)申请号为201010149061.6的中国专利公开了一种煤与瓦斯突出模拟试验装置，包括钢筒，设置在钢筒两端的法兰盘，充气系统和数据采集系统；设置在钢筒一端的法兰盘为带有中心孔的法兰盘，并在该法兰盘与钢筒的非安装侧设置防爆片。但该装置不能进行地应力加载。 (7)申请号为201110021828.1的中国专利公开了一种煤与瓦斯试验模拟装置，包括煤样室和气压加载设备，所述煤样室中设置有至少一个用于放置煤样的煤样型腔，气压加载设备包括瓦斯气瓶和与瓦斯气瓶连接的加压气体通道，煤样室上设置有工作时与煤样型腔连通的煤与瓦斯喷出口，喷出口上设置有用于控制喷出口导通的控制装置，在煤样室外设置有用于对煤样型腔内部煤样拍照的第一照相机，喷出口设置有用于拍摄煤与瓦斯喷出的第二照相机。 (8)申请号为201110324127.5的中国专利公开了一种石门揭煤时煤与瓦斯突出模拟试验系统，其包括顶部设置有开口的箱体，该箱体开口配置有一加载钢板，密闭腔体内铺设有顶板与底板，顶板与底板之间铺设有煤层，该煤层与水平面形成一倾斜角，突出模拟巷道在底板内延伸直至与煤层交汇，瓦斯采用面式充气结构，突出口设置快速开启密封结构。 综合分析上述单位的模型试验台架装置系统，还存在以下不足之处: 1.上述模拟试验装置无法实现煤与瓦斯吸附特性测试； 2.上述试验装置不论大小，其内部模型多以长方体为主，加载时在模型边角处容易形成应力集中； 3.上述模型试验装置试验过程中操作复杂，大部分仅能定性的观察突出现象，不能一次性完整采集煤与瓦斯突出试验过程中的压力及温度等参数和突出现象的瞬态变化规律，实现定量分析。 为了更好地研究不同条件地应力和瓦斯压力条件下煤与瓦斯吸附特性及煤与瓦斯突出机理及发生条件，需要研制一种煤与瓦斯吸附解吸与突出试验装置，以便解释煤与瓦斯突出吸附特性和发生机理。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种，其能够研究型煤在不同地应力、不同瓦斯压力条件下煤对瓦斯的吸附解吸特性和煤与瓦斯突出机理。 为实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案: 一种一体式煤与瓦斯吸附解吸与突出试验装置，包括一圆筒形煤样室，煤样室外壁上设有若干能够检测型煤温度和气体压力的压力温度传感器，所述煤样室的一端固定安装有能够沿轴向伸入其中且能施加轴向地应力的液压加载及充气设备，另一端设有工作时与煤样室连通的煤与瓦斯喷出口，在煤与瓦斯喷出口处设置有用于控制喷出口导通的快速释放机构；液压加载及充气设备包括一活塞杆，位于煤样室内的活塞杆上设置一个与煤样室内腔相配合的活塞，活塞杆末端与试验时放置于煤样室中的煤样接触的面式充气加载盘连接，活塞和面式充气加载盘分别位于煤样室中通过纵向隔板分开的两个独立腔体中，活塞和面式充气加载盘与纵向隔板之间的空间分别与煤样室外壁上的两个液压站接口相通； 通过液压加载及充气设备的液压油缸施加轴向地应力，围压通过煤样室的内腔壁的反力提供，实现准三维应力加载，通过控制液压油缸压力，模拟型煤的不同受力条件； 所述活塞杆中心设有孔道，孔道一端与活塞杆外部的三通的一个端口相连，三通的另外两个端口上分别与瓦斯气瓶和真空抽采设备相连接，孔道另一端与面式充气加载盘上的导气槽相通。 所述的面式充气加载盘采用申请号为201210227229.X专利的结构与技术；即:包括充气面板，充气面板一端与充气管道相连，充气管道上设有充气开关，所述充气面板包括面板，面板上设有纵横交叉连通的导气槽，导气槽通过面板端部的充气通道与充气管道连通；所述面板上面依次设有下层筛板、钢丝网和上层筛板，所述下层筛板、钢丝网、上层筛板和面板的边缘连接处通过橡胶密封条密封，并在最上部的上层筛板边缘设置固定压条，固定压条通过螺栓将下层筛板、钢丝网、上层筛板固定在面板上。 所述快速释放机构一端中间设置有Φ60πιπι的喷出口，快速释放机构包括上、下支架，上支架上铰接有卡扣，下支架上铰接有能够与卡扣卡紧及松开的C型卡扣，C型卡扣中部设有旋转螺杆，旋转螺杆末端连接能够密封喷出口的密封盘。 通过旋转螺杆可调节密封盘的活动，密封时，将C型卡扣与卡扣卡住，调节旋转螺杆压缩密封盘密封煤与瓦斯喷出口 ；释放时，将C型卡扣与卡扣分离，在压力和重力作用下密封盘与煤与瓦斯喷出口迅速分离。 所述圆筒形煤样室、液本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种一体式煤与瓦斯吸附解吸与突出试验装置，其特征是，包括一圆筒形煤样室，煤样室外壁上设有若干能够检测型煤温度和气体压力的压力和温度传感器，所述煤样室的一端固定安装有能够沿轴向伸入其中且能施加轴向地应力的液压加载及充气设备，另一端设有工作时与煤样室连通的煤与瓦斯喷出口，在煤与瓦斯喷出口处设置有用于控制喷出口导通的快速释放机构；液压加载及充气设备包括一活塞杆，位于煤样室内的活塞杆上设置一个与煤样室内腔相配合的活塞，活塞杆末端与试验时放置于煤样室中的煤样接触的面式充气加载盘连接，活塞和面式充气加载盘分别位于煤样室中通过纵向隔板分开的两个独立腔体中，活塞和面式充气加载盘与纵向隔板之间的空间分别与煤样室外壁上的两个液压站接口相通；所述活塞杆中心设有孔道，孔道一端与活塞杆外部的三通的一个端口相连，三通的另外两个端口上分别与瓦斯气瓶和真空抽采设备相连接，孔道另一端与面式充气加载盘上的导气槽相通；所述快速释放机构一端中间设置有喷出口，快速释放机构包括上、下支架，上支架上铰接有卡扣，下支架上铰接有能够与卡扣卡紧及松开的C型卡扣，释放扣上通过螺纹设有旋转螺杆，旋转螺杆末端连接能够密封煤与瓦斯喷出口的密封盘；通过旋转螺杆能调节密封盘的活动，密封时，将释放扣与卡紧扣卡住，调节丝杠压缩密封盘密封煤与瓦斯喷出口；释放时，将C型卡扣与卡扣分离，在压力和重力作用下密封盘与煤与瓦斯喷出口迅速分离。...
【技术特征摘要】
1.一种一体式煤与瓦斯吸附解吸与突出试验装置，其特征是，包括一圆筒形煤样室，煤样室外壁上设有若干能够检测型煤温度和气体压力的压力和温度传感器，所述煤样室的一端固定安装有能够沿轴向伸入其中且能施加轴向地应力的液压加载及充气设备，另一端设有工作时与煤样室连通的煤与瓦斯喷出口，在煤与瓦斯喷出口处设置有用于控制喷出口导通的快速释放机构；液压加载及充气设备包括一活塞杆，位于煤样室内的活塞杆上设置一个与煤样室内腔相配合的活塞，活塞杆末端与试验时放置于煤样室中的煤样接触的面式充气加载盘连接，活塞和面式充气加载盘分别位于煤样室中通过纵向隔板分开的两个独立腔体中，活塞和面式充气加载盘与纵向隔板之间的空间分别与煤样室外壁上的两个液压站接口相通； 所述活塞杆中心设有孔道，孔道一端与活塞杆外部的三通的一个端口相连，三通的另外两个端口上分别与瓦斯气瓶和真空抽采设备相连接，孔道另一端与面式充气加载盘上的导气槽相通； 所述快速释放机构一端中间设置有喷出口，快速释放机构包括上、下支架，上支架上铰接有卡扣，下支架上铰接有能够与卡扣卡紧及松开的型卡扣，释放扣上通过螺纹设有旋转螺杆，旋转螺杆末端连接能够密封煤与瓦斯喷出口的密封盘； 通过旋转螺杆能调节密封盘的活动，密封时，将释放扣与卡紧扣卡住，调节丝杠压缩密封盘密封煤与瓦斯喷出口 ；释放时，将型卡扣与卡扣分离，在压力和重力作用下密封盘与煤与瓦斯喷出口迅速分离。2.如权利要求1所述的装置，其特征是，所述圆筒形煤样室、液压加载设备、面式充气加载盘和快速释放机构均固定安装于支撑架上，前部支撑架为金属支架，后部铰接在混凝土桩上，中部铰接在千斤顶上，通过千斤顶升降调节突出口角度。3.如权利要求1所述的装置，其特征是，所述与瓦斯气瓶和真空抽采设备相连接的三通上设有控制开关。4.如权利要求1所述的装置，其特征是，所述面...
【专利技术属性】
技术研发人员：张庆贺，王汉鹏，李清川，张冰，袁亮，杨为民，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37
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