[发明专利]一种煤与瓦斯突出模拟实验装置及实验方法

说明书

本发明公开了一种煤与瓦斯突出模拟实验装置，包括地应力模拟加载系统、瓦斯压力模拟加载系统、声发射系统、突出箱体和计算机；所述地应力模拟加载系统包括电子万能试验机、第一液压油缸和第二液压油缸，所述突出箱体对中放置在电子万能试验机的底座上，所述电子万能试验机、第一液压油缸和第二液压油缸均与计算机相连接。另外，本发明还公开了采用该装置进行煤与瓦斯突出模拟实验的方法。本发明的装置能够提供稳定的压力，实现三维加载压力，且在煤样发生突出时能够准确的记录突出时的临界压力值，能够将采集的数据传输到计算机上，实时的反映煤与瓦斯突出前后的能量与压力的变化规律。

技术领域

本发明属于煤与瓦斯突出模拟实验技术领域，具体涉及一种煤与瓦斯突出模拟实验装置及实验方法。

背景技术

随着煤炭开采深度的不断增加，在高地应力和瓦斯压力作用下，越来越多的矿井将面临严峻的煤与瓦斯突出问题，对矿井的安全生产造成极大的危害。煤与瓦斯突出是一种极为复杂的矿井动力现象，其发生受地应力、瓦斯压力和煤岩的物理力学性质的影响和制约，而目前关于煤与瓦斯突出机理的研究尚未清晰。因此，国内外众多学者采用煤与瓦斯突出模拟装置开展了大量的模拟实验，在一定程度上加深了人们对煤与瓦斯突出的认识，但随着煤与瓦斯突出力学作用机理的提出，现有的模拟装置存在尺寸小、加载维数少，充气压力底以及不能准确记录突出前后能量与突出整个过程等缺点，不能充分揭示煤与瓦斯突出过程中的变化规律；特别是现有的模拟装置突出口需要手动打开，手动打开突出口速度过慢进而影响煤与瓦斯突出的时间及能量的变化规律；此外，现有装置的加载系统大多不能提供稳定的加载压力，这样对寻找煤与瓦斯突出临界压力值具有一定的困难。因此，需要一种实验装置，能够模拟煤样尺寸大、加载维数多，充气压力大的要求，同时可以清晰的观察和记录煤与瓦斯突出过程中煤样的破坏情况和能量变化规律。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种煤与瓦斯突出模拟实验装置。该装置结构简单，设计合理，装配容易。通过设置地应力模拟加载系统和瓦斯压力模拟加载系统，能够提供稳定的压力，实现三维加载压力，且在煤样发生突出时能够准确的记录突出时的临界压力值，通过设置声发射探头和压力传感器，能够将采集的数据传输到计算机上，实时的反映煤与瓦斯突出前后的能量与压力的变化规律。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种煤与瓦斯突出模拟实验装置，其特征在于：包括地应力模拟加载系统、瓦斯压力模拟加载系统、声发射系统、突出箱体和计算机；所述地应力模拟加载系统包括电子万能试验机、第一液压油缸和第二液压油缸，所述突出箱体对中放置在电子万能试验机的底座上，所述电子万能试验机、第一液压油缸和第二液压油缸均与计算机相连接；所述第一液压油缸和第二液压油缸分别安装于突出箱体的相邻两个侧壁上；

所述突出箱体包括上端开口的箱体本体和位于箱体本体下方的箱体底座，所述箱体本体的上端设置有箱盖，所述箱盖的中部安装有轴向压缩活塞，所述轴向压缩活塞上设有与箱体本体内部腔体相连通的轴向充气孔，所述箱体底座上设置有与所述腔体相连通的底座充气孔，所述轴向充气孔上连接有气体管道，所述气体管道上连接有气体支管，所述气体支管与底座充气孔相连通，所述箱体本体上且与第二液压油缸相对的侧壁上开设有突出口，所述突出口上设置有可拆卸的突出堵头，所述箱体本体上且位于突出口的外侧安装有模拟巷道装置；所述箱体底座内侧和模拟巷道装置底部均设置有声发射探头和压力传感器；

所述瓦斯压力模拟加载系统包括瓦斯气体罐和空气压缩机；所述瓦斯气体罐通过第一管路与气体管道连接，空气压缩机通过第二管路与气体管道连接；

所述声发射系统包括声发射仪，所述声发射仪的输入端与声发射探头相连。

上述的一种煤与瓦斯突出模拟实验装置，其特征在于：还包括数据采集仪，所述数据采集仪的输入端与压力传感器相连，所述声发射仪的输出端和数据采集仪的输出端均与计算机相连。