[发明专利]一种多场耦合可视化煤与瓦斯延期突出试验装置

说明书

一种多场耦合可视化煤与瓦斯延期突出试验装置，适用于实验室中模拟煤矿井下煤与瓦斯突出延期突出使用。包括利用透明材料制成的可视化箱体，可视化箱体上设有加载系统、气源系统、温控系统、摄像系统和突出门系统，加载系统、气源系统、温控系统、摄像系统和突出门系统分别与数据采集与控制系统相连接。其结构简单，使用方便，实现了箱体煤层渗流场、温度场、表面裂隙场以及突出煤粉运移轨迹场多场全程可视化，为研究煤与瓦斯突出致灾特征及其防治奠定基础。

技术领域

本发明涉及一种煤与瓦斯延期突出试验装置，尤其适用于实验室中对于煤矿井下模拟使用的多场耦合可视化煤与瓦斯延期突出试验装置。

背景技术

煤与瓦斯突出(简称突出)是煤矿生产中遇到的一种极其复杂的矿井瓦斯动力现象，其特征是在一定的时间内，由煤体向巷道或采场突然抛出大量的煤炭，并涌出大量的瓦斯。我国是世界上煤与瓦斯突出灾害最严重的国家之一，目前共有1200多对突出矿井，同时随着煤矿开采深度及开采强度的加大，原来一些没有突出动力灾害或征兆不明显的矿井现在也逐渐显现，严重威胁着井下工人的生命安全和矿井的正常生产。

煤与瓦斯延期突出(简称延期突出)是指突出并不是在刚刚爆破煤壁时发生，而是在提煤几分钟到几个小时后延期发生。延期突出发生的相对数量虽然较少，但是由于其特有的隐蔽性、滞后性、突然性，往往令人措手不及而导致重大人员伤亡。

为了模拟突出发生过程以研究突出致灾机理，各种功能不同的煤与瓦斯突出试验装置相继被研发。通过调研，发生目前突出试验装置仍存在以下不足：(1)无法模拟采动应力场、渗流场、温度场三场耦合条件下的突出过程；(2)无法模拟距工作面不同位置开挖、不同开挖速率等轻微诱发因素诱导的延期突出工况；(3)无法实现延期突出过程中煤层表面裂隙场以及突出煤粉运移轨迹场多场全程可视化。

发明内容

针对上述技术比对不足之处，提供一种结构简单，使用效果好，能够模拟不同采动应力场、渗流场、温度场多场耦合条件下煤与瓦斯延期突出过程的多场耦合可视化煤与瓦斯延期突出试验装置。

为实现上述技术目的，本发明的多场耦合可视化煤与瓦斯延期突出试验装置，包括利用透明材料制成的可视化箱体，可视化箱体上设有加载系统、气源系统、温控系统、摄像系统和突出系统，加载系统、气源系统、温控系统、摄像系统和突出门系统分别与数据采集与控制系统相连接；

可视化箱体包括箱体腔体和设置在顶部的箱体盖板，箱体腔体和箱体盖板之间设有密封圈并利用密封螺栓固定，可视化箱体内设有煤样，其中箱体腔体的右侧壁上设有突出口，箱体腔体后侧壁均匀开有多个传感器安装孔，传感器安装孔内设有传感器，包括气压传感器、温度传感器、应力传感器，可视化箱体腔体内底部设有与箱体底部等大的多功能金属板，多功能金属板由透气性好的泡沫金属构成，多功能金属板底部设有与箱体腔体外侧连通的充气口a，充气口a通过管路与气源系统相连接；

所述突出门系统包括瞬间突出门或延期突出门，根据需要择一设置在突出口中；

所述加载系统包括设置在可视化箱体的顶部箱体盖板内、箱体腔体的左侧壁内和前侧壁内设有多个透明加载板，每个透明加载板上设有加载活塞，加载活塞穿过可视化箱体的箱体壁连通加压油缸；

所述气源系统包括高压甲烷气瓶，气体压力不低于6MPa，高压气瓶通过真空泵利用气管管路分别与可视化箱体和瞬间突出门的充气口a和充气口b连接，气管管路上设有流量计；

所述温控系统包括设置在可视化箱体腔体内多功能金属板表面的热电阻丝通过接线口a延伸出可视化箱体，与设置在从接线口b延伸出的延期突出门上的热电阻丝均通过导线与温度调节装置相连接，多功能金属板表面的热电阻丝对设置在视化箱体腔体内的多功能金属板上的煤样进行加热，延期突出圆管内壁的热电阻丝对延期突出圆管内充满的石蜡进行加热处理；