一種煤與瓦斯突出模擬系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種煤與瓦斯突出模擬系統(tǒng)，包括電子萬能試驗機、突出模擬裝置、瓦斯氣體系統(tǒng)、圍壓液壓系統(tǒng)和計算機；突出模擬裝置由巷幫模擬機構(gòu)和巷幫周圍環(huán)境模擬機構(gòu)組成，巷幫模擬機構(gòu)包括擋板、透氣板、煤巖樣和U型卡套；巷幫周圍環(huán)境模擬機構(gòu)包括底座、缸筒、筒蓋、下壓頭、上半凹面壓頭、上半凸面壓頭和活塞；瓦斯氣體系統(tǒng)包括瓦斯氣體罐、減壓閥和氣壓表；圍壓液壓系統(tǒng)包括圍壓液箱、圍壓液流入管、液壓泵、單向閥、圍壓液溢流管、圍壓液壓力表和圍壓液溢流閥；本發(fā)明還提供了一種能夠模擬無擾動影響和有擾動影響下的煤與瓦斯突出的煤與瓦斯突出模擬方法。本發(fā)明能夠真實反映礦井的煤與瓦斯突出過程，實用性強，便于推廣使用。
【專利說明】一種煤與瓦斯突出模擬系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明屬于煤與瓦斯突出機理研究【技術(shù)領域】，具體涉及一種煤與瓦斯突出模擬系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在研究煤與瓦斯突出機理方面，現(xiàn)有的理論均指出地應力、瓦斯壓力和煤巖體的力學性質(zhì)是影響煤與瓦斯突出的三要素，但截止目前，還未能確定出三大要素各自對煤與瓦斯突出的作用機理，也未能確定出三大要素對其影響的大小。因此，國內(nèi)外眾多學者進行了煤與瓦斯突出的實驗室模擬過程，也獲得許多研究進展，但是，礦井下煤巖體的地應力包括軸壓和圍壓，因圍壓因素難以控制，現(xiàn)有試驗大多控制的是軸壓和瓦斯氣體壓力，不能控制圍壓，難以完成圍壓對煤與瓦斯突出影響的機理研究；而且，現(xiàn)有的煤與瓦斯突出模擬試驗未充分考慮擾動因素的影響，即使考慮擾動影響也大多是考慮頂板擾動的影響，而且不能測量擾動強度和擾動時間，而實際煤礦井下煤巖體常常因割煤機的采動、掘進面的放炮和巷幫煤巖體的打孔等受到不同程度的擾動影響，也常因擾動影響，煤巖體的力學性質(zhì)發(fā)生改變，引發(fā)煤與瓦斯突出，這對井下正常采煤和人員安全造成了極大威脅，因此現(xiàn)有技術(shù)中煤與瓦斯突出模擬的真實性較差，還不能夠真實地模擬煤與瓦斯突出的過程，獲得的研究數(shù)據(jù)的準確性欠佳。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、組裝方便、使用操作便捷、能夠真實地模擬煤與瓦斯突出過程的煤與瓦斯突出模擬系統(tǒng)。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種煤與瓦斯突出模擬系統(tǒng)，其特征在于:包括電子萬能試驗機、突出模擬裝置、瓦斯氣體系統(tǒng)、圍壓液壓系統(tǒng)和計算機，所述突出模擬裝置對中放置在電子萬能試驗機的底座上，所述電子萬能試驗機與計算機相接；
[0005]所述突出模擬裝置由巷幫模擬機構(gòu)和巷幫周圍環(huán)境模擬機構(gòu)組成，所述巷幫模擬機構(gòu)包括依次對接的擋板、透氣板、煤巖樣和U型卡套，所述擋板、透氣板、煤巖樣和U型卡套通過電工膠帶纏繞固定為一整體，所述U型卡套由套管和可拆卸連接在套管一端端部的套管蓋組成，所述套管的外壁上設置有刻度，所述擋板中部設置有第一進氣通道，所述透氣板中部設置有與第一進氣通道相連通的第二進氣通道，所述透氣板上位于第二進氣通道的四周設置有輻射狀的透氣孔道；所述巷幫周圍環(huán)境模擬機構(gòu)包括底座、固定連接在底座頂部的缸筒和固定連接在缸筒頂部的筒蓋，所述缸筒中部側(cè)壁上開有供巷幫模擬機構(gòu)插入的巷幫模擬機構(gòu)插入孔，所述底座頂部中間位置處設置有凹槽，所述凹槽內(nèi)放置有下壓頭，所述下壓頭的正上方從下到上依次設置有上半凹面壓頭、上半凸面壓頭和活塞，所述活塞穿過筒蓋，且筒蓋的中間位置處設置有供活塞穿過的通孔，所述活塞的上端面位于所述電子萬能試驗機的壓頭的正下方，所述巷幫模擬機構(gòu)從所述巷幫模擬機構(gòu)插入孔插入缸筒內(nèi)部，且煤巖樣對正位于下壓頭的上端面與上半凹面壓頭的下端面之間，所述U型卡套卡合連接在所述巷幫模擬機構(gòu)插入孔內(nèi)；所述底座上設置有第三進氣通道和與第三進氣通道相連通的氣體入口，所述下壓頭上設置有與第三進氣通道相連通的第四進氣通道，所述第四進氣通道通過第一氣體傳輸管路與第一進氣通道相連通；所述底座上設置有與缸筒內(nèi)部空間相連通的圍壓液流入通道，所述底座側(cè)部設置有與圍壓液流入通道相連通的圍壓液入口，所述缸筒側(cè)面設有排氣口，所述排氣口上連接有排氣口塞；
[0006]所述瓦斯氣體系統(tǒng)包括瓦斯氣體罐，所述瓦斯氣體罐的出氣口通過第二氣體傳輸管路與氣體入口連接，所述第二氣體傳輸管路上設置有減壓閥和氣壓表；
[0007]所述圍壓液壓系統(tǒng)包括圍壓液箱和一端與圍壓液箱連接的圍壓液流入管，所述圍壓液流入管的另一端與圍壓液入口連接，所述圍壓液流入管上連接有液壓泵和單向閥，位于液壓泵和單向閥之間的一段圍壓液流入管上連接有圍壓液溢流管，所述圍壓液溢流管上連接有圍壓液壓力表和圍壓液溢流閥，位于單向閥和圍壓液入口之間的一段圍壓液流入管上連接有圍壓液回流管，所述圍壓液回流管上連接有圍壓液回流閥。
[0008]上述的一種煤與瓦斯突出模擬系統(tǒng)，其特征在于:包括用于對振動強度進行檢測的振動檢測裝置，所述振動檢測裝置的振動檢測探頭安放于拆卸下套管蓋后套管內(nèi)露出的煤巖樣的表面上；位于筒蓋外部的活塞的中部設置有環(huán)狀凸起，所述活塞上套裝有位于環(huán)狀凸起上部的擾動環(huán)。
[0009]上述的一種煤與瓦斯突出模擬系統(tǒng)，其特征在于:所述底座與下壓頭之間、底座與缸筒之間、缸筒與筒蓋之間、上半凹面壓頭與上半凸面壓頭之間、套管與缸筒之間、套管蓋與套管之間以及筒蓋與活塞之間均設置有密封圈。
[0010]上述的一種煤與瓦斯突出模擬系統(tǒng)，其特征在于:所述套管蓋通過第一螺栓可拆卸連接在套管一端端部，所述缸筒通過第二螺栓固定連接在底座頂部，所述筒蓋通過第三螺栓固定連接在缸筒頂部；所述第一氣體傳輸管路的一端通過第一快速接頭與第一進氣通道相接，所述第一氣體傳輸管路的另一端通過第二快速接頭與第四進氣通道相接。
[0011]上述的一種煤與瓦斯突出模擬系統(tǒng)，其特征在于:所述缸筒外輪廓的形狀、下壓頭外輪廓的形狀、煤巖樣外輪廓的形狀、套管外輪廓的形狀和上半凹面壓頭下部外輪廓的形狀均為長方體形，所述煤巖樣的長度與下壓頭的長度和上半凹面壓頭下部的長度相等，所述煤巖樣的寬度與下壓頭的寬度、套管外輪廓的寬度和上半凹面壓頭下部的寬度相等，所述煤巖樣的高度與套管外輪廓的高度相等；所述環(huán)狀凸起下表面與活塞的下端面之間的距離加上組合后的上半凹面壓頭和上半凸面壓頭的總高度大于筒蓋的上端面至下壓頭的上端面之間的距離。
[0012]上述的一種煤與瓦斯突出模擬系統(tǒng)，其特征在于:所述振動檢測裝置為型號為DH5960的超動態(tài)信號測試分析系統(tǒng)。
[0013]本發(fā)明還提供了一種方法步驟簡單、能夠?qū)崿F(xiàn)圍壓對煤與瓦斯突出作用研究的無擾動影響的煤與瓦斯突出模擬方法，其特征在于該方法包括以下步驟:
[0014]步驟一、組裝煤與瓦斯突出模擬系統(tǒng)，其具體過程為:
[0015]步驟101、將依次對接的擋板、透氣板、煤巖樣和所述U型卡套通過電工膠帶纏繞固定為一整體，組合成巷幫模擬機構(gòu)；[0016]步驟102、將下壓頭放置在所述凹槽內(nèi)，且使第四進氣通道與第三進氣通道相連通，并將第一氣體傳輸管路的一端連接在第四進氣通道上；
[0017]步驟103、將缸筒固定連接在底座頂部；
[0018]步驟104、將所述巷幫模擬機構(gòu)具有擋板的一端插入所述巷幫模擬機構(gòu)插入孔內(nèi)，并通過觀察設置在套管外壁上的刻度，使煤巖樣對正位于下壓頭的上端面上；
[0019]步驟105、將第一氣體傳輸管路的另一端連接在第一進氣通道上；
[0020]步驟106、將上半凹面壓頭對正放置于煤巖樣的上端面上，并在上半凹面壓頭的頂部放置上半凸面壓頭；
[0021]步驟107、將活塞穿過設置在筒蓋中間位置處的通孔中，并將筒蓋固定連接在缸筒頂部，同時保證活塞的中心與上半凸面壓頭的中心對正；
[0022]步驟108、將第二氣體傳輸管路連接到氣體入口上；
[0023]步驟109、將圍壓液流入管連接到圍壓液入口上；
[0024]步驟1010、將電子萬能試驗機與計算機連接，并將步驟101?步驟107組裝完成的突出模擬裝置對中放置在電子萬能試驗機的底座上，且使活塞的上端面位于所述電子萬能試驗機的壓頭的正下方；
[0025]步驟二、模擬地應力，其具體過程如下:
[0026]步驟201、給煤巖樣加載軸壓:在計算機上，打開預先安裝好的電子萬能試驗機軟件，操作電子萬能試驗機軟件啟動電子萬能試驗機，并設定電子萬能試驗機的壓頭下壓活塞的速度參數(shù)和壓力參數(shù)，電子萬能試驗機的壓頭根據(jù)設定的速度參數(shù)下壓活塞，直到顯示在電子萬能試驗機軟件中的壓力參數(shù)達到設定的壓力參數(shù)；
[0027]步驟202、給煤巖樣加載圍壓:取下連接在排氣口上的排氣口塞，打開排氣口，打開圍壓液溢流閥的進液開關(guān)，開啟所述圍壓液壓系統(tǒng)，圍壓液箱內(nèi)的圍壓液經(jīng)過第二液壓泵加壓后經(jīng)由圍壓液流入管和圍壓液入口流入缸筒內(nèi)，當排氣口有圍壓液流出時，將排氣口塞連接在排氣口上，關(guān)閉排氣口 ；
[0028]步驟三、模擬瓦斯氣體壓力:打開減壓閥的開關(guān)，開啟所述瓦斯氣體系統(tǒng)，瓦斯氣體罐內(nèi)的瓦斯氣體通過減壓閥減壓到0.SMPa?IMPa后經(jīng)由第二氣體傳輸管路和氣體入口進入第一進氣通道和第二進氣通道內(nèi)，并進入透氣孔道內(nèi)；24?48小時后，關(guān)閉減壓閥的開關(guān);
[0029]步驟四、模擬無擾動影響下的煤與瓦斯突出:拆卸下套管蓋，煤與瓦斯形成突出。
[0030]本發(fā)明還提供了一種方法步驟簡單、能夠?qū)崿F(xiàn)圍壓和擾動作用對煤與瓦斯突出作用研究的有擾動影響的煤與瓦斯突出模擬方法，其特征在于該方法包括以下步驟:
[0031]步驟一、組裝煤與瓦斯突出模擬系統(tǒng)，其具體過程為:
[0032]步驟101、將依次對接的擋板、透氣板、煤巖樣和所述U型卡套通過電工膠帶纏繞固定為一整體，組合成巷幫模擬機構(gòu)；
[0033]步驟102、將下壓頭放置在所述凹槽內(nèi)，且使第四進氣通道與第三進氣通道相連通，并將第一氣體傳輸管路的一端連接在第四進氣通道上；
[0034]步驟103、將缸筒固定連接在底座頂部；
[0035]步驟104、將所述巷幫模擬機構(gòu)具有擋板的一端插入所述巷幫模擬機構(gòu)插入孔內(nèi)，并通過觀察設置在套管外壁上的刻度，使煤巖樣對正位于下壓頭的上端面上；[0036]步驟105、將第一氣體傳輸管路的另一端連接在第一進氣通道上；
[0037]步驟106、將上半凹面壓頭對正放置于煤巖樣的上端面上，并在上半凹面壓頭的頂部放置上半凸面壓頭；
[0038]步驟107、將活塞穿過設置在筒蓋中間位置處的通孔中，并將筒蓋固定連接在缸筒頂部，同時保證活塞的中心與上半凸面壓頭的中心對正；
[0039]步驟108、將擾動環(huán)套裝在活塞上位于環(huán)狀凸起上部的位置處；
[0040]步驟109、將第二氣體傳輸管路連接到氣體入口上；
[0041]步驟1010、將圍壓液流入管連接到圍壓液入口上；
[0042]步驟1011、將電子萬能試驗機與計算機連接，并將步驟101?步驟108組裝完成的突出模擬裝置對中放置在電子萬能試驗機的底座上，且使活塞的上端面位于所述電子萬能試驗機的壓頭的正下方；
[0043]步驟二、模擬地應力，其具體過程如下:
[0044]步驟201、給煤巖樣加載軸壓:在計算機上，打開預先安裝好的電子萬能試驗機軟件，操作電子萬能試驗機軟件啟動電子萬能試驗機，并設定電子萬能試驗機的壓頭下壓活塞的速度參數(shù)和壓力參數(shù)，電子萬能試驗機的壓頭根據(jù)設定的速度參數(shù)下壓活塞，直到顯示在電子萬能試驗機軟件中的壓力參數(shù)達到設定的壓力參數(shù)；
[0045]步驟202、給煤巖樣加載圍壓:取下連接在排氣口上的排氣口塞，打開排氣口，打開圍壓液溢流閥的進液開關(guān)，開啟所述圍壓液壓系統(tǒng)，圍壓液箱內(nèi)的圍壓液經(jīng)過第二液壓泵加壓后經(jīng)由圍壓液流入管和圍壓液入口流入缸筒內(nèi)，當排氣口有圍壓液流出時，將排氣口塞連接在排氣口上，關(guān)閉排氣口 ；
[0046]步驟三、模擬瓦斯氣體壓力:打開減壓閥的開關(guān)，開啟所述瓦斯氣體系統(tǒng)，瓦斯氣體罐內(nèi)的瓦斯氣體通過減壓閥減壓到0.5MPa?0.7MPa后經(jīng)由第二氣體傳輸管路和氣體入口進入第一進氣通道和第二進氣通道內(nèi)，并進入透氣孔道內(nèi)；24?48小時后，關(guān)閉減壓閥的開關(guān)；
[0047]步驟四、模擬擾動影響下的煤與瓦斯突出，其具體過程如下:
[0048]步驟401、拆卸下套管蓋，并將振動檢測裝置的振動檢測探頭安放于套管內(nèi)露出的煤巖樣的表面上，開啟振動檢測裝置；
[0049]步驟402、將擾動環(huán)提起再放開，使擾動環(huán)從高處沿著活塞向下自由落體式?jīng)_擊環(huán)狀凸起，形成對煤巖樣的沖擊擾動，并不斷重復該擾動過程，直至煤與瓦斯形成突出；擾動過程中，振動檢測裝置對擾動產(chǎn)生的振動強度進行檢測并存儲。
[0050]上述的方法，其特征在于:所述步驟102中在將下壓頭放置在所述凹槽內(nèi)之前，先在凹槽內(nèi)放入密封圈；所述步驟103中在將缸筒固定連接在底座頂部之前，先在底座頂部放入密封圈；所述步驟104中在將所述巷幫模擬機構(gòu)具有擋板的一端插入所述巷幫模擬機構(gòu)插入孔內(nèi)之前，先在所述巷幫模擬機構(gòu)插入孔內(nèi)放入密封圈；所述步驟106中在將上半凸面壓頭放置在上半凹面壓頭的頂部之前，先在上半凹面壓頭內(nèi)放入密封圈；所述步驟107中在將活塞穿過設置在筒蓋中間位置處的通孔中之前，先在設置在筒蓋中間位置處的通孔中放入密封圈；所述步驟107中在將筒蓋固定連接在缸筒頂部之前，先在缸筒頂部放入密封圈；所述步驟103中將缸筒固定連接在底座頂部是采用第二螺栓；所述步驟107中將筒蓋固定連接在缸筒頂部是采用第三螺栓。[0051]上述的方法，其特征在于:所述步驟二中設定的電子萬能試驗機的壓頭下壓活塞的速度參數(shù)為0.4mm/min~0.6mm/min,所述步驟二中設定的電子萬能試驗機的壓頭下壓活塞的壓力參數(shù)為3MPa~5MPa。
[0052]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點:
[0053]1、本發(fā)明煤與瓦斯突出模擬系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單，組裝方便，使用操作便捷。
[0054]2、本發(fā)明的突出模擬裝置由巷幫模擬機構(gòu)和巷幫周圍環(huán)境模擬機構(gòu)組成，通過與電子萬能試驗機、瓦斯氣體系統(tǒng)、圍壓液壓系統(tǒng)和計算機配合使用，能夠完成現(xiàn)有技術(shù)中難以完成的圍壓對煤與瓦斯突出影響的機理研究，能夠在實驗室，通過調(diào)節(jié)軸壓、圍壓和瓦斯氣體壓力，真實地模擬煤與瓦斯突出過程；且在煤與瓦斯形成突出時，通過查看顯示在計算機上電子萬能試驗機軟件中的軸壓壓力、顯示在圍壓液壓力表上的圍壓壓力和顯示在氣壓表上的瓦斯氣體壓力，能夠得知煤與瓦斯形成突出時煤巖樣所承受的軸壓壓力值、圍壓壓力值和瓦斯氣體壓力值，為研究煤與瓦斯突出時煤巖體的臨界壓力值提供了依據(jù)，且為煤與瓦斯突出的理論研究提供了實驗佐證。
[0055]3、本發(fā)明通過在位于筒蓋外部的活塞的中部設置環(huán)狀凸起，在活塞上套裝位于環(huán)狀凸起上部的擾動環(huán)，并設置振動檢測裝置，能夠在軸壓、圍壓和瓦斯氣體壓力保持不變的情況下，進行因擾動影響而引發(fā)的煤與瓦斯突出試驗，能夠為研究擾動產(chǎn)生的振動強度和擾動時間對煤與瓦斯突出的影響效果提供依據(jù)，且能夠為煤與瓦斯突出的擾動因素影響提供了實驗佐證。
[0056]4、本發(fā)明的透氣板上位于第二進氣通道的四周設置有輻射狀的透氣孔道，瓦斯氣體能夠通過 透氣板上的透氣孔道對煤巖樣進行瓦斯面加壓，加壓效果好，能夠真實地模擬煤礦井下瓦斯氣體壓力對煤巖體的作用。
[0057]5、本發(fā)明的套管外壁上設置有刻度，能夠通過觀察設置在套管外壁上的刻度，使煤巖樣對正位于下壓頭的上端面上，且能夠使電子萬能試驗機的壓頭通過活塞對煤巖樣進行準確地加載軸壓，有助于提高煤與瓦斯突出模擬的精度。
[0058]6、本發(fā)明能夠真實地反映礦井的煤與瓦斯突出過程，同時能夠?qū)崿F(xiàn)圍壓以及擾動作用的分析和研究，實用性強，使用效果好，便于推廣使用。
[0059]綜上所述，本發(fā)明實現(xiàn)方便，能夠真實地反映礦井的煤與瓦斯突出過程，同時能夠?qū)崿F(xiàn)圍壓以及擾動作用對煤與瓦斯突出作用的分析和研究，實用性強，使用效果好，便于推廣使用。
[0060]下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0061]圖1為本發(fā)明實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0062]圖2為本發(fā)明實施例1中突出模擬裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0063]圖3為本發(fā)明實施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0064]圖4為本發(fā)明實施例2中突出模擬裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0065]附圖標記說明:
[0066]I一擋板；2—透氣板；3—煤巖樣；
[0067]4-1 一套管；4-2—套管蓋；5—第一進氣通道；[0068]6—第二進氣通道；7—透氣孔道；8—底座；
[0069]9一缸筒；10—筒蓋；11—下壓頭；
[0070]12—上半凸面壓頭；13—活塞；14一第三進氣通道；
[0071]15—氣體入口；16—第四進氣通道；
[0072]17—第一氣體傳輸管路；18—圍壓液流入通道；
[0073]19—圍壓液入口；20—排氣口；21—排氣口塞；
[0074]22—瓦斯氣體罐；23—第二氣體傳輸管路；
[0075]24—減壓閥；25—氣壓表；26—圍壓液箱；
[0076]27—圍壓液流入管；28—液壓泵；29—圍壓液溢流管；
[0077]30—圍壓液壓力表；31—圍壓液溢流閥；32—圍壓液回流管；
[0078]33一圍壓液回流閥；34—第二螺栓；35—第一螺栓；
[0079]36一環(huán)狀凸起；37—擾動環(huán)；38—振動檢測裝置；
[0080]39—上半凹面壓頭；40—電子萬能試驗機；41 一突出模擬裝置；
[0081]42一計算機；43—單向閥；44一密封圈；
`[0082]45—第二螺栓。
【具體實施方式】
[0083]實施例1
[0084]如圖1和圖2所示，本發(fā)明的一種煤與瓦斯突出模擬系統(tǒng)，包括電子萬能試驗機40、突出模擬裝置41、瓦斯氣體系統(tǒng)、圍壓液壓系統(tǒng)和計算機42，所述突出模擬裝置41對中放置在電子萬能試驗機40的底座上，所述電子萬能試驗機40與計算機42相接；
[0085]所述突出模擬裝置41由巷幫模擬機構(gòu)和巷幫周圍環(huán)境模擬機構(gòu)組成，所述巷幫模擬機構(gòu)包括依次對接的擋板1、透氣板2、煤巖樣3和U型卡套，所述擋板1、透氣板2、煤巖樣3和U型卡套通過電工膠帶纏繞固定為一整體，所述U型卡套由套管4-1和可拆卸連接在套管4-1 一端端部的套管蓋4-2組成，所述套管4-1的外壁上設置有刻度，所述擋板I中部設置有第一進氣通道5，所述透氣板2中部設置有與第一進氣通道5相連通的第二進氣通道6，所述透氣板2上位于第二進氣通道6的四周設置有輻射狀的透氣孔道7 ;所述巷幫周圍環(huán)境模擬機構(gòu)包括底座8、固定連接在底座8頂部的缸筒9和固定連接在缸筒9頂部的筒蓋10，所述缸筒9中部側(cè)壁上開有供巷幫模擬機構(gòu)插入的巷幫模擬機構(gòu)插入孔，所述底座8頂部中間位置處設置有凹槽，所述凹槽內(nèi)放置有下壓頭11，所述下壓頭11的正上方從下到上依次設置有上半凹面壓頭39、上半凸面壓頭12和活塞13，所述活塞13穿過筒蓋10，且筒蓋10的中間位置處設置有供活塞13穿過的通孔，所述活塞13的上端面位于所述電子萬能試驗機40的壓頭的正下方，所述巷幫模擬機構(gòu)從所述巷幫模擬機構(gòu)插入孔插入缸筒9內(nèi)部，且煤巖樣3對正位于下壓頭11的上端面與上半凹面壓頭39的下端面之間，所述U型卡套卡合連接在所述巷幫模擬機構(gòu)插入孔內(nèi)；所述底座8上設置有第三進氣通道14和與第三進氣通道14相連通的氣體入口 15，所述下壓頭11上設置有與第三進氣通道14相連通的第四進氣通道16，所述第四進氣通道16通過第一氣體傳輸管路17與第一進氣通道5相連通；所述底座8上設置有與缸筒9內(nèi)部空間相連通的圍壓液流入通道18，所述底座8側(cè)部設置有與圍壓液流入通道18相連通的圍壓液入口 19，所述缸筒9側(cè)面設有排氣口 20，所述排氣口 20上連接有排氣口塞21 ；
[0086]所述瓦斯氣體系統(tǒng)包括瓦斯氣體罐22，所述瓦斯氣體罐22的出氣口通過第二氣體傳輸管路23與氣體入口 15連接，所述第二氣體傳輸管路23上設置有減壓閥24和氣壓表25 ；
[0087]所述圍壓液壓系統(tǒng)包括圍壓液箱26和一端與圍壓液箱26連接的圍壓液流入管27，所述圍壓液流入管27的另一端與圍壓液入口 19連接，所述圍壓液流入管27上連接有液壓泵28和單向閥43，位于液壓泵28和單向閥43之間的一段圍壓液流入管27上連接有圍壓液溢流管29，所述圍壓液溢流管29上連接有圍壓液壓力表30和圍壓液溢流閥31，位于單向閥43和圍壓液入口 19之間的一段圍壓液流入管27上連接有圍壓液回流管32，所述圍壓液回流管32上連接有圍壓液回流閥33。
[0088]本實施例中，所述底座8與下壓頭11之間、底座8與缸筒9之間、缸筒9與筒蓋10之間、上半凹面壓頭39與上半凸面壓頭12之間、套管4-1與缸筒9之間、套管蓋4-2與套管4-1之間以及筒蓋10與活塞13之間均設置有密封圈44。
[0089]本實施例中，所述套管蓋4-2通過第一螺栓35可拆卸連接在套管4_1 一端端部，所述缸筒9通過第二螺栓45固定連接在底座8頂部，所述筒蓋10通過第三螺栓34固定連接在缸筒9頂部；所述第一氣體傳輸管路17的一端通過第一快速接頭與第一進氣通道5相接，所述第一氣體傳輸管路17的另一端通過第二快速接頭與第四進氣通道16相接。
[0090]本實施例中，所述缸筒9外輪廓的形狀、下壓頭11外輪廓的形狀、煤巖樣3外輪廓的形狀、套管4-1外輪廓的形狀和上半凹面壓頭39下部外輪廓的形狀均為長方體形，所述煤巖樣3的長度與下壓頭11的長度和上半凹面壓頭39下部的長度相等，所述煤巖樣3的寬度與下壓頭11的寬度、套管4-1外輪廓的寬度和上半凹面壓頭39下部的寬度相等，所述煤巖樣3的高度與套管4-1外輪廓的高度相等；所述環(huán)狀凸起36下表面與活塞13的下端面之間的距離加上組合后的上半凹面壓頭39和上半凸面壓頭12的總高度大于筒蓋10的上端面至下壓頭11的上端面之間的距離，能夠保證在電子萬能試驗機40的下壓頭11下壓活塞13的過程中，環(huán)狀凸起36不碰到筒蓋10。
[0091]采用本實施例中的一種煤與瓦斯突出模擬系統(tǒng)進行無擾動影響下煤與瓦斯突出模擬的方法，包括以下步驟:
[0092]步驟一、組裝煤與瓦斯突出模擬系統(tǒng)，其具體過程為:
[0093]步驟101、將依次對接的擋板1、透氣板2、煤巖樣3和所述U型卡套通過電工膠帶纏繞固定為一整體，組合成巷幫模擬機構(gòu)；
[0094]步驟102、將下壓頭11放置在所述凹槽內(nèi)，且使第四進氣通道16與第三進氣通道14相連通，并將第一氣體傳輸管路17的一端連接在第四進氣通道16上；
[0095]步驟103、將缸筒9固定連接在底座8頂部；
[0096]步驟104、將所述巷幫模擬機構(gòu)具有擋板I的一端插入所述巷幫模擬機構(gòu)插入孔內(nèi)，并通過觀察設置在套管4-1外壁上的刻度，使煤巖樣3對正位于下壓頭11的上端面上；具體實施時，已知底座8中心至缸筒9開有巷幫模擬機構(gòu)插入孔的一側(cè)側(cè)面的距離為I1，且已知煤巖樣3的長度的一半為I2，通過公式I=I1-12就能夠計算得到套管4-1伸入缸筒9內(nèi)部的側(cè)面至缸筒9開有巷幫模擬機構(gòu)插入孔的一側(cè)側(cè)面的距離1，而該距離I能夠通過觀察設置在套管4-1外壁上的刻度得知；[0097]步驟105、將第一氣體傳輸管路17的另一端連接在第一進氣通道5上；
[0098]步驟106、將上半凹面壓頭39對正放置于煤巖樣3的上端面上，并在上半凹面壓頭39的頂部放置上半凸面壓頭12 ；
[0099]步驟107、將活塞13穿過設置在筒蓋10中間位置處的通孔中，并將筒蓋10固定連接在缸筒9頂部，同時保證活塞13的中心與上半凸面壓頭12的中心對正；
[0100]步驟108、將第二氣體傳輸管路23連接到氣體入口 15上；
[0101]步驟109、將圍壓液流入管27連接到圍壓液入口 19上；
[0102]步驟1010、將電子萬能試驗機40與計算機42連接，并將步驟101?步驟107組裝完成的突出模擬裝置41對中放置在電子萬能試驗機40的底座上，且使活塞13的上端面位于所述電子萬能試驗機40的壓頭的正下方；
[0103]步驟二、模擬地應力，其具體過程如下:
[0104]步驟201、給煤巖樣3加載軸壓:在計算機42上，打開預先安裝好的電子萬能試驗機軟件，操作電子萬能試驗機軟件啟動電子萬能試驗機40，并設定電子萬能試驗機40的壓頭下壓活塞13的速度參數(shù)和壓力參數(shù)，電子萬能試驗機40的壓頭根據(jù)設定的速度參數(shù)下壓活塞13，直到顯示在電子萬能試驗機軟件中的壓力參數(shù)達到設定的壓力參數(shù)；
[0105]步驟202、給煤巖樣3加載圍壓:取下連接在排氣口 20上的排氣口塞21，打開排氣口 20，打開圍壓液溢流閥31的進液開關(guān)，開啟所述圍壓液壓系統(tǒng)，圍壓液箱26內(nèi)的圍壓液經(jīng)過第二液壓泵37加壓后經(jīng)由圍壓液流入管27和圍壓液入口 19流入缸筒9內(nèi)，當排氣口20有圍壓液流出時，將排氣口塞21連接在排氣口 20上，關(guān)閉排氣口 20 ；
[0106]通過在步驟201中設置不同的電子萬能試驗機40的壓頭下壓活塞13的壓力參數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對軸壓的調(diào)節(jié)；通過在步驟202中操作圍壓液溢流閥31，能夠?qū)崿F(xiàn)對圍壓的調(diào)節(jié)；進而能夠依據(jù)不同礦井煤巖體的地應力大小，真實地模擬出煤礦井下煤巖體所受地應力情況。
[0107]步驟三、模擬瓦斯氣體壓力:打開減壓閥24的開關(guān)，開啟所述瓦斯氣體系統(tǒng)，瓦斯氣體罐22內(nèi)的瓦斯氣體通過減壓閥24減壓到0.8MPa?IMPa (該壓力值達到了煤與瓦斯突出礦井鑒定規(guī)范AQ/024-2006所規(guī)定的突出危險性瓦斯壓力單項指標)后經(jīng)由第二氣體傳輸管路23和氣體入口 15進入第一進氣通道5和第二進氣通道6內(nèi)，并進入透氣孔道7內(nèi)；24?48小時后,關(guān)閉減壓閥24的開關(guān)；24?48小時后關(guān)閉減壓閥24的開關(guān)，能夠保證進入透氣孔道7內(nèi)的瓦斯氣體充分飽和；
[0108]通過在步驟三中操作減壓閥24，能夠?qū)崿F(xiàn)對瓦斯氣體壓力大小的調(diào)節(jié)，能夠依據(jù)不同礦井的瓦斯儲量和壓力，真實模擬出煤礦井下煤巖體內(nèi)瓦斯自身含量和壓力。
[0109]步驟四、模擬無擾動影響下的煤與瓦斯突出:拆卸下套管蓋4-2，煤與瓦斯形成突出。煤與瓦斯形成突出時，通過查看顯示在計算機42上電子萬能試驗機軟件中的軸壓壓力、顯示在圍壓液壓力表30上的圍壓壓力和顯示在氣壓表25上的瓦斯氣體壓力，能夠得知煤與瓦斯形成突出時煤巖樣所承受的軸壓壓力值、圍壓壓力值和瓦斯氣體壓力值，為研究煤與瓦斯突出時煤巖體的臨界壓力值提供了依據(jù)，且為煤與瓦斯突出的理論研究提供了試驗佐證。
[0110]具體實施時，所述步驟102中在將下壓頭11放置在所述凹槽內(nèi)之前，先在凹槽內(nèi)放入密封圈44 ;所述步驟103中在將缸筒9固定連接在底座8頂部之前，先在底座8頂部放入密封圈44 ;所述步驟104中在將所述巷幫模擬機構(gòu)具有擋板I的一端插入所述巷幫模擬機構(gòu)插入孔內(nèi)之前，先在所述巷幫模擬機構(gòu)插入孔內(nèi)放入密封圈44 ;所述步驟106中在將上半凸面壓頭12放置在上半凹面壓頭39的頂部之前，先在上半凹面壓頭39內(nèi)放入密封圈44 ;所述步驟107中在將活塞13穿過設置在筒蓋10中間位置處的通孔中之前，先在設置在筒蓋10中間位置處的通孔中放入密封圈44 ;所述步驟107中在將筒蓋10固定連接在缸筒9頂部之前，先在缸筒9頂部放入密封圈44 ;所述步驟103中將缸筒9固定連接在底座8頂部是采用第二螺栓45 ;所述步驟107中將筒蓋10固定連接在缸筒9頂部是采用第三螺栓34。所述步驟二中設定的電子萬能試驗機40的壓頭下壓活塞13的速度參數(shù)為0.4mm/min?0.6mm/min,所述步驟二中設定的電子萬能試驗機40的壓頭下壓活塞13的壓力參數(shù)為 3MPa ?5MPa。
[0111]實施例2
[0112]如圖3和圖4所示，本實施例與實施例1不同的是:本發(fā)明還包括用于對振動強度進行檢測的振動檢測裝置38，所述振動檢測裝置38的振動檢測探頭安放于拆卸下套管蓋4-2后套管4-1內(nèi)露出的煤巖樣3的表面上；位于筒蓋10外部的活塞13的中部設置有環(huán)狀凸起36，所述活塞13上套裝有位于環(huán)狀凸起36上部的擾動環(huán)37。具體地，所述振動檢測裝置38為型號為DH5960的超動態(tài)信號測試分析系統(tǒng)。其余結(jié)構(gòu)均與實施例1相同。
[0113]采用本實施例中的一種煤與瓦斯突出模擬系統(tǒng)進行擾動影響下煤與瓦斯突出模擬的方法，包括以下步驟:
[0114]步驟一、組裝煤與瓦斯突出模擬系統(tǒng)，其具體過程為:
[0115]步驟101、將依次對接的擋板1、透氣板2、煤巖樣3和所述U型卡套通過電工膠帶纏繞固定為一整體，組合成巷幫模擬機構(gòu)；
[0116]步驟102、將下壓頭11放置在所述凹槽內(nèi)，且使第四進氣通道16與第三進氣通道14相連通，并將第一氣體傳輸管路17的一端連接在第四進氣通道16上；
[0117]步驟103、將缸筒9固定連接在底座8頂部；
[0118]步驟104、將所述巷幫模擬機構(gòu)具有擋板I的一端插入所述巷幫模擬機構(gòu)插入孔內(nèi)，并通過觀察設置在套管4-1外壁上的刻度，使煤巖樣3對正位于下壓頭11的上端面上；具體實施時，已知底座8中心至缸筒9開有巷幫模擬機構(gòu)插入孔的一側(cè)側(cè)面的距離為I1，且已知煤巖樣3的長度的一半為I2，通過公式I=I1-12就能夠計算得到套管4-1伸入缸筒9內(nèi)部的側(cè)面至缸筒9開有巷幫模擬機構(gòu)插入孔的一側(cè)側(cè)面的距離1，而該距離I能夠通過觀察設置在套管4-1外壁上的刻度得知；
[0119]步驟105、將第一氣體傳輸管路17的另一端連接在第一進氣通道5上；
[0120]步驟106、將上半凹面壓頭39對正放置于煤巖樣3的上端面上，并在上半凹面壓頭39的頂部放置上半凸面壓頭12 ；
[0121]步驟107、將活塞13穿過設置在筒蓋10中間位置處的通孔中，并將筒蓋10固定連接在缸筒9頂部，同時保證活塞13的中心與上半凸面壓頭12的中心對正；
[0122]步驟108、將擾動環(huán)37套裝在活塞13上位于環(huán)狀凸起36上部的位置處；
[0123]步驟109、將第二氣體傳輸管路23連接到氣體入口 15上；
[0124]步驟1010、將圍壓液流入管27連接到圍壓液入口 19上；
[0125]步驟1011、將電子萬能試驗機40與計算機42連接，并將步驟101?步驟108組裝完成的突出模擬裝置41對中放置在電子萬能試驗機40的底座上，且使活塞13的上端面位于所述電子萬能試驗機40的壓頭的正下方；
[0126]步驟二、模擬地應力，其具體過程如下:
[0127]步驟201、給煤巖樣3加載軸壓:在計算機42上，打開預先安裝好的電子萬能試驗機軟件，操作電子萬能試驗機軟件啟動電子萬能試驗機40，并設定電子萬能試驗機40的壓頭下壓活塞13的速度參數(shù)和壓力參數(shù)，電子萬能試驗機40的壓頭根據(jù)設定的速度參數(shù)下壓活塞13，直到顯示在電子萬能試驗機軟件中的壓力參數(shù)達到設定的壓力參數(shù)；
[0128]步驟202、給煤巖樣3加載圍壓:取下連接在排氣口 20上的排氣口塞21，打開排氣口 20，打開圍壓液溢流閥31的進液開關(guān)，開啟所述圍壓液壓系統(tǒng)，圍壓液箱26內(nèi)的圍壓液經(jīng)過第二液壓泵37加壓后經(jīng)由圍壓液流入管27和圍壓液入口 19流入缸筒9內(nèi)，當排氣口20有圍壓液流出時，將排氣口塞21連接在排氣口 20上，關(guān)閉排氣口 20 ；
[0129]通過在步驟201中設置不同的電子萬能試驗機40的壓頭下壓活塞13的壓力參數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對軸壓的調(diào)節(jié)；通過在步驟202中操作圍壓液溢流閥31，能夠?qū)崿F(xiàn)對圍壓的調(diào)節(jié)；進而能夠依據(jù)不同礦井煤巖體的地應力大小，真實地模擬出煤礦井下煤巖體所受地應力情況。
[0130]步驟三、模擬瓦斯氣體壓力:打開減壓閥24的開關(guān)，開啟所述瓦斯氣體系統(tǒng)，瓦斯氣體罐22內(nèi)的瓦斯氣體通過減壓閥24減壓到0.5MPa?0.7MPa (該壓力值未達到煤與瓦斯突出礦井鑒定規(guī)范AQ/024-2006所規(guī)定的突出危險性瓦斯壓力單項指標)后經(jīng)由第二氣體傳輸管路23和氣體入口 15進入第一進氣通道5和第二進氣通道6內(nèi)，并進入透氣孔道7內(nèi)；24?48小時后，關(guān)閉減壓閥24的開關(guān)；24?48小時后關(guān)閉減壓閥24的開關(guān)，能夠保證進入透氣孔道7內(nèi)的瓦斯氣體充分飽和；
[0131]通過在步驟三中操作減壓閥24，能夠?qū)崿F(xiàn)對瓦斯氣體壓力大小的調(diào)節(jié)，能夠依據(jù)不同礦井的瓦斯儲量和壓力，真實模擬出煤礦井下煤巖體內(nèi)瓦斯自身含量和壓力。
[0132]步驟四、模擬擾動影響下的煤與瓦斯突出，其具體過程如下:
[0133]步驟401、拆卸下套管蓋4-2，并將振動檢測裝置38的振動檢測探頭安放于套管4-1內(nèi)露出的煤巖樣3的表面上，開啟振動檢測裝置38 ；
[0134]步驟402、將擾動環(huán)37提起再放開，使擾動環(huán)37從高處沿著活塞13向下自由落體式?jīng)_擊環(huán)狀凸起36，形成對煤巖樣3的沖擊擾動，并不斷重復該擾動過程，直至煤與瓦斯形成突出；擾動過程中，振動檢測裝置38對擾動產(chǎn)生的振動強度進行檢測并存儲。另外，還可以記錄擾動時間，為研究擾動產(chǎn)生的振動強度和擾動時間對煤與瓦斯突出的影響效果提供依據(jù)，且為煤與瓦斯突出的擾動因素影響提供了實驗佐證。
[0135]具體實施時，所述步驟102中在將下壓頭11放置在所述凹槽內(nèi)之前，先在凹槽內(nèi)放入密封圈44 ;所述步驟103中在將缸筒9固定連接在底座8頂部之前，先在底座8頂部放入密封圈44 ;所述步驟104中在將所述巷幫模擬機構(gòu)具有擋板I的一端插入所述巷幫模擬機構(gòu)插入孔內(nèi)之前，先在所述巷幫模擬機構(gòu)插入孔內(nèi)放入密封圈44 ;所述步驟106中在將上半凸面壓頭12放置在上半凹面壓頭39的頂部之前，先在上半凹面壓頭39內(nèi)放入密封圈44 ;所述步驟107中在將活塞13穿過設置在筒蓋10中間位置處的通孔中之前，先在設置在筒蓋10中間位置處的通孔中放入密封圈44 ;所述步驟107中在將筒蓋10固定連接在缸筒9頂部之前，先在缸筒9頂部放入密封圈44 ;所述步驟103中將缸筒9固定連接在底座8頂部是采用第二螺栓45 ;所述步驟107中將筒蓋10固定連接在缸筒9頂部是采用第三螺栓34。所述步驟二中設定的電子萬能試驗機40的壓頭下壓活塞13的速度參數(shù)為0.4mm/min?0.6mm/min,所述步驟二中設定的電子萬能試驗機40的壓頭下壓活塞13的壓力參數(shù)為 3MPa ?5MPa。
[0136] 以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種煤與瓦斯突出模擬系統(tǒng)，其特征在于:包括電子萬能試驗機(40)、突出模擬裝置(41)、瓦斯氣體系統(tǒng)、圍壓液壓系統(tǒng)和計算機(42)，所述突出模擬裝置(41)對中放置在電子萬能試驗機(40)的底座上，所述電子萬能試驗機(40)與計算機(42)相接； 所述突出模擬裝置(41)由巷幫模擬機構(gòu)和巷幫周圍環(huán)境模擬機構(gòu)組成，所述巷幫模擬機構(gòu)包括依次對接的擋板(I)、透氣板(2)、煤巖樣(3)和U型卡套，所述擋板(I)、透氣板(2)、煤巖樣(3)和U型卡套通過電工膠帶纏繞固定為一整體，所述U型卡套由套管(4-1)和可拆卸連接在套管(4-1) 一端端部的套管蓋(4-2 )組成，所述套管(4-1)的外壁上設置有刻度，所述擋板(I)中部設置有第一進氣通道(5)，所述透氣板(2)中部設置有與第一進氣通道(5)相連通的第二進氣通道(6)，所述透氣板(2)上位于第二進氣通道(6)的四周設置有輻射狀的透氣孔道(7);所述巷幫周圍環(huán)境模擬機構(gòu)包括底座(8)、固定連接在底座(8)頂部的缸筒(9)和固定連接在缸筒(9)頂部的筒蓋(10)，所述缸筒(9)中部側(cè)壁上開有供巷幫模擬機構(gòu)插入的巷幫模擬機構(gòu)插入孔，所述底座(8)頂部中間位置處設置有凹槽，所述凹槽內(nèi)放置有下壓頭(11 )，所述下壓頭(11)的正上方從下到上依次設置有上半凹面壓頭(39 )、上半凸面壓頭(12)和活塞(13)，所述活塞(13)穿過筒蓋(10)，且筒蓋(10)的中間位置處設置有供活塞(13)穿過的通孔，所述活塞(13)的上端面位于所述電子萬能試驗機(40)的壓頭的正下方，所述巷幫模擬機構(gòu)從所述巷幫模擬機構(gòu)插入孔插入缸筒(9)內(nèi)部，且煤巖樣(3)對正位于下壓頭(11)的上端面與上半凹面壓頭(39)的下端面之間，所述U型卡套卡合連接在所述巷幫模擬機構(gòu)插入孔內(nèi)；所述底座(8)上設置有第三進氣通道(14)和與第三進氣通道(14)相連通的氣體入口( 15)，所述下壓頭(11)上設置有與第三進氣通道(14)相連通的第四進氣通道(16)，所述第四進氣通道(16)通過第一氣體傳輸管路(17)與第一進氣通道(5)相連通；所述底座(8)上設置有與缸筒(9)內(nèi)部空間相連通的圍壓液流入通道(18)，所述底座(8)側(cè)部設置有與圍壓液流入通道(18)相連通的圍壓液入口( 19)，所述缸筒(9 )側(cè)面設有排氣口( 20 )，所述排 氣口( 20 )上連接有排氣口塞(21); 所述瓦斯氣體系統(tǒng)包括瓦斯氣體罐(22)，所述瓦斯氣體罐(22)的出氣口通過第二氣體傳輸管路(23)與氣體入口( 15)連接，所述第二氣體傳輸管路(23)上設置有減壓閥(24)和氣壓表(25)； 所述圍壓液壓系統(tǒng)包括圍壓液箱(26)和一端與圍壓液箱(26)連接的圍壓液流入管(27)，所述圍壓液流入管(27)的另一端與圍壓液入口(19)連接，所述圍壓液流入管(27)上連接有液壓泵(28)和單向閥(43)，位于液壓泵(28)和單向閥(43)之間的一段圍壓液流入管(27)上連接有圍壓液溢流管(29)，所述圍壓液溢流管(29)上連接有圍壓液壓力表(30)和圍壓液溢流閥(31)，位于單向閥(43)和圍壓液入口(19)之間的一段圍壓液流入管(27)上連接有圍壓液回流管(32)，所述圍壓液回流管(32)上連接有圍壓液回流閥(33)。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種煤與瓦斯突出模擬系統(tǒng)，其特征在于:包括用于對振動強度進行檢測的振動檢測裝置(38)，所述振動檢測裝置(38)的振動檢測探頭安放于拆卸下套管蓋(4-2)后套管(4-1)內(nèi)露出的煤巖樣(3)的表面上；位于筒蓋(10)外部的活塞(13)的中部設置有環(huán)狀凸起(36)，所述活塞(13)上套裝有位于環(huán)狀凸起(36)上部的擾動環(huán)(37)。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的一種煤與瓦斯突出模擬系統(tǒng)，其特征在于:所述底座(8)與下壓頭(11)之間、底座(8)與缸筒(9)之間、缸筒(9)與筒蓋(10)之間、上半凹面壓頭(39)與上半凸面壓頭(12)之間、套管(4-1)與缸筒(9)之間、套管蓋(4-2)與套管(4-1)之間以及筒蓋(10)與活塞(13)之間均設置有密封圈(44)。
4.按照權(quán)利要求1或2所述的一種煤與瓦斯突出模擬系統(tǒng)，其特征在于:所述套管蓋(4-2)通過第一螺栓(35)可拆卸連接在套管(4-1) 一端端部，所述缸筒(9)通過第二螺栓(45)固定連接在底座(8)頂部，所述筒蓋(10)通過第三螺栓(34)固定連接在缸筒(9)頂部；所述第一氣體傳輸管路(17)的一端通過第一快速接頭與第一進氣通道(5)相接，所述第一氣體傳輸管路(17)的另一端通過第二快速接頭與第四進氣通道(16)相接。
5.按照權(quán)利要求1或2所述的一種煤與瓦斯突出模擬系統(tǒng)，其特征在于:所述缸筒(9)外輪廓的形狀、下壓頭(11)外輪廓的形狀、煤巖樣(3)外輪廓的形狀、套管(4-1)外輪廓的形狀和上半凹面壓頭(39)下部外輪廓的形狀均為長方體形，所述煤巖樣(3)的長度與下壓頭(11)的長度和上半凹面壓頭(39)下部的長度相等，所述煤巖樣(3)的寬度與下壓頭(11)的寬度、套管(4-1)外輪廓的寬度和上半凹面壓頭(39)下部的寬度相等，所述煤巖樣(3)的高度與套管(4-1)外輪廓的高度相等；所述環(huán)狀凸起(36)下表面與活塞(13)的下端面之間的距離加上組合后的上半凹面壓頭(39)和上半凸面壓頭(12)的總高度大于筒蓋(10)的上端面至下壓頭(11)的上端面之間的距離。
6.按照權(quán)利要求2所述的一種煤與瓦斯突出模擬系統(tǒng)，其特征在于:所述振動檢測裝置(38)為型號為DH5960的超動態(tài)信號測試分析系統(tǒng)。
7.一種利用如權(quán)利要求1所述裝置進行煤與瓦斯突出模擬的方法，其特征在于該方法包括以下步驟: 步驟一、組裝煤與瓦斯突出模擬系統(tǒng)，其具體過程為: 步驟101、將依次對接的擋板(I)、透氣板(2)、煤巖樣(3)和所述U型卡套通過電工膠帶纏繞固定為一整體，組合成巷幫模擬機構(gòu)； 步驟102、將下壓頭(11)放置在所述凹槽內(nèi)，且使第四進氣通道(16)與第三進氣通道(14)相連通，并將第一氣體傳輸管路(17)的一端連接在第四進氣通道(16)上； 步驟103、將缸筒(9)固定連接在底座(8)頂部； 步驟104、將所述巷幫模擬機構(gòu)具有擋板(I)的一端插入所述巷幫模擬機構(gòu)插入孔內(nèi)，并通過觀察設置在套管(4-1)外壁上的刻度，使煤巖樣(3)對正位于下壓頭(11)的上端面上； 步驟105、將第一氣體傳輸管路(17)的另一端連接在第一進氣通道(5)上； 步驟106、將上半凹面壓頭(39)對正放置于煤巖樣(3)的上端面上，并在上半凹面壓頭(39)的頂部放置上半凸面壓頭(12)； 步驟107、將活塞(13)穿 過設置在筒蓋(10)中間位置處的通孔中，并將筒蓋(10)固定連接在缸筒(9)頂部，同時保證活塞(13)的中心與上半凸面壓頭(12)的中心對正； 步驟108、將第二氣體傳輸管路(23)連接到氣體入口(15)上； 步驟109、將圍壓液流入管(27)連接到圍壓液入口(19)上； 步驟1010、將電子萬能試驗機(40)與計算機(42)連接，并將步驟101~步驟107組裝完成的突出模擬裝置(41)對中放置在電子萬能試驗機(40)的底座上，且使活塞(13)的上端面位于所述電子萬能試驗機(40)的壓頭的正下方； 步驟二、模擬地應力，其具體過程如下:步驟201、給煤巖樣(3)加載軸壓:在計算機(42)上，打開預先安裝好的電子萬能試驗機軟件，操作電子萬能試驗機軟件啟動電子萬能試驗機(40)，并設定電子萬能試驗機(40)的壓頭下壓活塞(13)的速度參數(shù)和壓力參數(shù)，電子萬能試驗機(40)的壓頭根據(jù)設定的速度參數(shù)下壓活塞(13)，直到顯示在電子萬能試驗機軟件中的壓力參數(shù)達到設定的壓力參數(shù)； 步驟202、給煤巖樣(3)加載圍壓:取下連接在排氣口(20)上的排氣口塞(21)，打開排氣口(20)，打開圍壓液溢流閥(31)的進液開關(guān)，開啟所述圍壓液壓系統(tǒng)，圍壓液箱(26)內(nèi)的圍壓液經(jīng)過第二液壓泵(37)加壓后經(jīng)由圍壓液流入管(27)和圍壓液入口(19)流入缸筒(9)內(nèi)，當排氣口(20)有圍壓液流出時，將排氣口塞(21)連接在排氣口(20)上，關(guān)閉排氣口(20)；步驟三、模擬瓦斯氣體壓力:打開減壓閥(24)的開關(guān)，開啟所述瓦斯氣體系統(tǒng)，瓦斯氣體罐(22)內(nèi)的瓦斯氣體通過減壓閥(24)減壓到0.SMPa~IMPa后經(jīng)由第二氣體傳輸管路(23)和氣體入口(15)進入第一進氣通道(5)和第二進氣通道(6)內(nèi)，并進入透氣孔道(7)內(nèi)；24~48小時后,關(guān)閉減壓閥(24 )的開關(guān)；步驟四、模擬無擾動影響下的煤與瓦斯突出:拆卸下套管蓋(4-2)，煤與瓦斯形成突出。
8.一種利用如權(quán)利要求2所述裝置進行煤體滲透特性測試的方法，其特征在于該方法包括以下步驟: 步驟一、組裝煤與瓦斯突出模擬系統(tǒng)，其具體過程為: 步驟101、將依次對接的擋板(I)、透氣板(2)、煤巖樣(3)和所述U型卡套通過電工膠帶纏繞固定為一整體，組合成巷幫模擬機構(gòu)； 步驟102、將下壓頭(11)放置在所述凹槽內(nèi)，且使第四進氣通道(16)與第三進氣通道(14)相連通，并將第一氣體傳輸管路(17)的一端連接在第四進氣通道(16)上； 步驟103、將缸筒(9)固定連接在底座(8)頂部； 步驟104、將所述巷幫模擬機構(gòu)具有擋板(I)的一端插入所述巷幫模擬機構(gòu)插入孔內(nèi)，并通過觀察設置在套管(4-1)外壁上的刻度，使煤巖樣(3 )對正位于下壓頭(11)的上端面上； 步驟105、將第一氣體傳輸管路(17)的另一端連接在第一進氣通道(5)上； 步驟106、將上半凹面壓頭(39)對正放置于煤巖樣(3)的上端面上，并在上半凹面壓頭(39)的頂部放置上半凸面壓頭(12)； 步驟107、將活塞(13)穿過設置在筒蓋(10)中間位置處的通孔中，并將筒蓋(10)固定連接在缸筒(9)頂部，同時保證活塞(13)的中心與上半凸面壓頭(12)的中心對正； 步驟108、將擾動環(huán)(37)套裝在活塞(13)上位于環(huán)狀凸起(36)上部的位置處； 步驟109、將第二氣體傳輸管路(23)連接到氣體入口(15)上； 步驟1010、將圍壓液流入管(27)連接到圍壓液入口(19)上； 步驟1011、將電子萬能試驗機(40)與計算機(42)連接，并將步驟101~步驟108組裝完成的突出模擬裝置(41)對中放置在電子萬能試驗機(40)的底座上，且使活塞(13)的上端面位于所述電子萬能試驗機(40)的壓頭的正下方； 步驟二、模擬地應力，其具體過程如下:步驟201、給煤巖樣(3)加載軸壓:在計算機(42)上，打開預先安裝好的電子萬能試驗機軟件，操作電子萬能試驗機軟件啟動電子萬能試驗機(40)，并設定電子萬能試驗機(40)的壓頭下壓活塞(13)的速度參數(shù)和壓力參數(shù)，電子萬能試驗機(40)的壓頭根據(jù)設定的速度參數(shù)下壓活塞(13)，直到顯示在電子萬能試驗機軟件中的壓力參數(shù)達到設定的壓力參數(shù)； 步驟202、給煤巖樣(3)加載圍壓:取下連接在排氣口(20)上的排氣口塞(21)，打開排氣口(20)，打開圍壓液溢流閥(31)的進液開關(guān)，開啟所述圍壓液壓系統(tǒng)，圍壓液箱(26)內(nèi)的圍壓液經(jīng)過第二液壓泵(37)加壓后經(jīng)由圍壓液流入管(27)和圍壓液入口(19)流入缸筒(9)內(nèi)，當排氣口(20)有圍壓液流出時，將排氣口塞(21)連接在排氣口(20)上，關(guān)閉排氣口(20)； 步驟三、模擬瓦斯氣體壓力:打開減壓閥(24)的開關(guān)，開啟所述瓦斯氣體系統(tǒng)，瓦斯氣體罐(22)內(nèi)的瓦斯氣體通過減壓閥(24)減壓到0.5MPa~0.7MPa后經(jīng)由第二氣體傳輸管路(23)和氣體入口(15)進入第一進氣通道(5)和第二進氣通道(6)內(nèi)，并進入透氣孔道(7)內(nèi)；24~48小時后,關(guān)閉減壓閥(24 )的開關(guān)； 步驟四、模擬擾動影響下的煤與瓦斯突出，其具體過程如下: 步驟401、拆卸下套管蓋(4- 2)，并將振動檢測裝置(38)的振動檢測探頭安放于套管(4-1)內(nèi)露出的煤巖樣(3)的表面上,開啟振動檢測裝置(38)； 步驟402、將擾動環(huán)(37)提起再放開，使擾動環(huán)(37)從高處沿著活塞(13)向下自由落體式?jīng)_擊環(huán)狀凸起(36)，形成對煤巖樣(3)的沖擊擾動，并不斷重復該擾動過程，直至煤與瓦斯形成突出；擾動過程中，振動檢測裝置(38)對擾動產(chǎn)生的振動強度進行檢測并存儲。
9.按照權(quán)利要求7或8所述的方法，其特征在于:所述步驟102中在將下壓頭(11)放置在所述凹槽內(nèi)之前，先在凹槽內(nèi)放入密封圈(44);所述步驟103中在將缸筒(9)固定連接在底座(8)頂部之前，先在底座(8)頂部放入密封圈(44);所述步驟104中在將所述巷幫模擬機構(gòu)具有擋板(I)的一端插入所述巷幫模擬機構(gòu)插入孔內(nèi)之前，先在所述巷幫模擬機構(gòu)插入孔內(nèi)放入密封圈(44);所述步驟106中在將上半凸面壓頭(12)放置在上半凹面壓頭(39)的頂部之前，先在上半凹面壓頭(39)內(nèi)放入密封圈(44);所述步驟107中在將活塞(13)穿過設置在筒蓋(10)中間位置處的通孔中之前，先在設置在筒蓋(10)中間位置處的通孔中放入密封圈(44);所述步驟107中在將筒蓋(10)固定連接在缸筒(9)頂部之前，先在缸筒(9)頂部放入密封圈(44);所述步驟103中將缸筒(9)固定連接在底座(8)頂部是采用第二螺栓(45);所述步驟107中將筒蓋(10)固定連接在缸筒(9)頂部是采用第三螺栓 (34)。
10.按照權(quán)利要求7或8所述的方法，其特征在于:所述步驟二中設定的電子萬能試驗機(40)的壓頭下壓活塞(13)的速度參數(shù)為0.4mm/min~0.6mm/min,所述步驟二中設定的電子萬能試驗機(40)的壓頭下壓活塞(13)的壓力參數(shù)為3MPa~5MPa。
【文檔編號】G01N33/00GK103884822SQ201410150976
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年4月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月15日
【發(fā)明者】張?zhí)燔? 任金虎, 李樹剛, 于勝紅, 趙佩佩, 宋爽, 李偉, 成小雨, 崔巍, 張磊 申請人:西安科技大學