[发明专利]一种煤样渗透率测试和突出模拟一体化试验方法

说明书

本发明公开一种煤样渗透率测试和突出模拟一体化试验方法，适用于煤炭安全领域使用。适具体包括煤样成型、渗透率测试、煤与瓦斯突出及煤粉收集。该方法操作简单，能研究流固耦合条件下不同瓦斯压力、瓦斯包体积，不同地应力状态，不同煤层渗透率、厚度、倾角对突出煤粉在巷道中运动及致灾机制的影响规律试验研究，对于煤与瓦斯突出防治具有重要的意义。

技术领域

本发明涉及一种试验方法，尤其适用于煤炭安全领域使用的一种煤样渗透率测试和突出模拟一体化试验方法。

背景技术

煤与瓦斯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，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。能在很短的时间内，由煤体向巷道或采场突然喷出大量的瓦斯及煤岩，在煤体中形成特殊形状的孔洞，并伴随一定的动力效应，如推倒矿车、破坏支架等，喷出的煤粉可以充填数百米长的巷道，喷出的煤粉-瓦斯流有时带有暴风般的性质，瓦斯可以逆风流运行，充满数千米长的巷道。

鉴于突出具有突出性、隐蔽性、破坏性，现场对其进行跟踪考察难度较大，因此实验室内开展突出模拟试验是目前研究突出的主要手段。

然而，考虑到突出模拟试验的煤样尺寸较大，难以使用原煤开展突出模拟试验，因此多使用型煤进行压制成型。传统的型煤制作过程需要多次装煤并分批成型，容易导致煤体产生分层现象，影响试验效果。同时，对于型煤渗透率的测试需要单独制作小尺度试件（直径50 mm、高度100 mm）并借助其他设备进行测试，难以真实反映突出煤样的渗透率，且操作步骤繁琐。目前仍难以开展煤样成型、渗透率测试及突出集一体的物理模拟试验研究。发明内容

针对上述技术比对不足之处，提供一种能实现煤体成型、煤体渗透率测试及煤与瓦斯突出多功能于一体的煤样渗透率测试和突出模拟一体化试验方法。能够依次开展煤样成型、煤体渗透率测试及煤与瓦斯突出试验，同时可改变瓦斯压力、瓦斯包体积、地应力状态、煤层厚度、煤层倾角试验条件，深入研究流固耦合条件下煤样渗透率对突出的影响规律。

为实现上述目的，本发明的一种煤样渗透率测试和突出模拟一体化试验方法，煤样渗透率测试与突出模拟一体化测试方法，使用的装置包括旋转机构，旋转机构包括旋转底座，以及设置在旋转底座上的旋转框架，旋转框架内设有试验腔体，试验腔体上设有应力加载系统；

所述旋转框架包括前后设置的顶板和底板，顶板和底板之间的四角之间设有四根立柱从而构成笼式结构，顶板和底板通过立柱固定并提供反力；底板与旋转底座之间通过旋转轴座和旋转轴活动连接，旋转底座中段设有横梁，横梁与顶板之间设有旋转油缸，旋转底座上设有用以支撑顶板与底板水平的支撑立柱；

所述试验腔体为两端设有法兰的圆筒结构，试验腔体设置在顶板和底板之间，试验腔体的底端面通过法兰与底板固定,试验腔体的顶端面法兰上设有抱环，抱环外侧设有箍环，试验腔体内设有加载压盘，抱环与试验腔体的内壁之间设有密封圈且通过箍环固定于试验腔体端面的法兰上，加载压盘上设有透气小孔；试验腔体的上半部分外侧设有设置有进气口，进气口上设有进气阀门，试验腔体的中部设有传感器接口，试验腔体的底部设有气体渗流板，气体渗流板上开有渗流槽，气体渗流板与底板接触区域的圆心处在底板开有通孔，通孔通过突出口挡板设置有出气口，出气口上设有出气阀门；通过拆除突出口挡板和出气口后，在底板外侧设有诱突结构，所述诱突结构包括筒状结构，筒状结构内先后间隔设有一级爆破片和二级爆破片，一级爆破片和二级爆破片之间的筒状结构侧壁上设有气压控制接口，气压控制接口上设有控制阀门；级爆破片和二级爆破片分别连接测控系统，测控系统包括信息采集板和计算机，测控系统能够控制一级爆破片和二级爆破片内部压力实现精准起爆诱突，同时能实时采集煤层及巷道参数（应力、瓦斯压力、温度、声发射、电磁辐射、煤粉冲击力）；诱突结构的二级爆破片后方连接有突出巷道，突出巷道为透明材料且上设有传感器接口；突出巷道连接有除尘系统，除尘系统包括煤粉收集箱和过滤袋，煤粉收集箱内分别设有一级筛网和二级筛网，一级筛网和二级筛网既可以对不同粒度颗粒进行过滤，同时又不影响气体流动状态，过滤袋进一步对小颗粒进行过滤，避免突出煤体污染环境且难以完全收集；