[发明专利]煤与瓦斯突出灾变过程中人-机-环受损模拟试验方法

说明书

本发明公开了一种煤与瓦斯突出灾变过程中“人‑机‑环”受损模拟试验方法，步骤为：1)组装巷道；2)安装传感器及“人‑机”模型；3)安装摄像头及高速摄像机；4)型煤制作及箱体密封；5)突出孕育；6)突出启动；7)结束试验。本发明采用模拟巷道的形式，通过高清摄像头和高速摄像机可直接观察煤与瓦斯突出发生后煤粉在巷道内的运移情况及对“人‑机‑环”的破坏情况，并且可通过安装在巷道内不同位置的传感器采集不同信号并同步处理，实现煤与瓦斯突出的可视化，该试验方法能最大程度还原现场工况并且具有巷道形式多变、采集信号丰富、操作安全等优点，为研究煤与瓦斯突出对“人‑机‑环”致灾机理提供新的试验手段及方法。

技术领域

本发明涉及一种煤与瓦斯突出灾变过程中“人-机-环”受损模拟试验方法。

背景技术

煤与瓦斯突出发生时在短暂时间内向井巷喷射大量具有风暴性质的瓦斯- 煤粉流，毁坏矿井设施，造成人员伤亡，或引起瓦斯爆炸，严重威胁矿井安全。煤与瓦斯突出是井下开挖引发的最复杂的动力灾害现象。国内外学者从理论到试验，对煤与瓦斯突出发生的一般性条件、煤与瓦斯突出机理和突出预测技术和防突措施进行了大量研究，在各个方面都取得了很大进展。

由于对现场煤与瓦斯突出过程进行全方位实时跟踪研究的危险性太大，研究者大多通过研制相应的试验装置，依靠实验室模拟手段进行煤与瓦斯突出机制的探索。我国学者结合现场煤与瓦斯突出资料进行了系列研究并取得良好的效果，如蒋承林用一维试验模拟了理想条件下石门揭开煤层时的煤与瓦斯突出过程；孟祥跃等利用自行研制的试验装置，进行了煤与瓦斯突出的二维模拟试验研究，发现煤样的破坏存在开裂和突出两类典型的破坏形式；蔡成功设计了三维煤与瓦斯突出模拟试验装置，得出了突出强度与瓦斯压力、煤体强度、三向应力、瓦斯压力等关系的数学模型。

但是，现有模拟试验装置设计均较为单一，无法较真实地模拟矿井巷道网络，特别是关于煤与瓦斯突出过程中“人-机-环”受损模拟试验系统及方法鲜有报道；传感器布设方式简单，对两相流的传播规律进行研究时，现有装置均安装传感器于巷道壁面，无法获得煤-瓦斯两相流运移断面中部的参数，也就不能对其真实的运移特性进行深入研究；数据采集较为单一，无法利用采集的数据对煤与瓦斯突出致灾机理开展深入研究；可视化程度不足，在进行相关模拟试验后，对煤-瓦斯两相流的真实运移形态仍不清楚。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种煤与瓦斯突出灾变过程中“人-机-环”受损模拟试验方法。

本发明技术方案如下：

1)组装巷道

1a)以左右并排的方式设置两列十字管接头，左边一列十字管接头的数目为六个，右边一列十字管接头的数目为五个，同列中两相邻十字管接头之间通过纵向方形直管连接，右边一列最前面一个十字管接头通过横向方形直管与左边一列第二个十字管接头连接，右边一列第三个十字管接头通过另一个横向方形直管与左边一列第四个十字管接头连接，左边一列最前面一个十字管接头的前端口连接前小后大的扩口接管，横向方形直管和纵向方形直管上均设有观察窗，在两列最后面一个十字管接头的后端口连接防尘布袋，各十字管接头未使用的端口由挡板密封；

1b)连接巷道与煤与瓦斯突出模拟试验台：在煤与瓦斯突出模拟试验台的试验箱体位置安装爆破片法兰盘，再连接法兰盘与爆破片夹持器，并同时装入试验方案预定规格的爆破片两片以及爆破信号传感器，以完成分级泄爆装置的安装，使用气管将爆破片夹持器与甲烷气瓶相连接；将爆破片夹持器通过引导圆管与巷道前端的扩口接管连接；

2)安装传感器及“人-机”模型