一種大尺寸煤與瓦斯突出模擬實(shí)驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種大尺寸煤與瓦斯突出模擬實(shí)驗(yàn)裝置，屬于煤與瓦斯突出實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]作為世界上最大的產(chǎn)煤國(guó)，同時(shí)我國(guó)也面臨著最嚴(yán)峻煤礦安全生產(chǎn)形勢(shì)，在我國(guó)煤礦眾多的災(zāi)害中，瓦斯災(zāi)害尤為嚴(yán)重，在瓦斯災(zāi)害中，煤與瓦斯突出事故威脅最嚴(yán)峻，一次性造成的傷亡多。據(jù)統(tǒng)計(jì)2000年?2012年5月，我國(guó)發(fā)生煤與瓦斯突出死亡事故417起，造成2743人死亡，平均每起事故造成6.57人死亡。其中:一次死亡I?2人的傷亡事故93起，死亡134人；分別占總起數(shù)的22.30%，占死亡人數(shù)的4.88% ;一次死亡3?9人的較大傷亡事故259起，死亡1262人；分別占總起數(shù)的62.11%，占死亡人數(shù)的46.0% ;一次死亡10?29人的重大傷亡事故55起，死亡801人；分別占總起數(shù)的13.18%，占死亡人數(shù)的29.20%ο
[0003]隨著煤礦開(kāi)我國(guó)現(xiàn)有的多數(shù)礦井進(jìn)入了深部開(kāi)采階段，在新建礦井中，大部分也屬于深部礦井。隨著礦井開(kāi)采深度的增加，礦井地應(yīng)力和瓦斯壓力增大、瓦斯含量增高，導(dǎo)致煤與瓦斯突出問(wèn)題日益嚴(yán)重和復(fù)雜，一些無(wú)煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性的礦井升級(jí)為突出礦井。因此，研宄煤與瓦斯突出發(fā)生機(jī)理，找出遏制災(zāi)害的有效手段和技術(shù)，對(duì)于提高我國(guó)煤炭生產(chǎn)企業(yè)的安全狀況和降低百萬(wàn)噸死亡率具有重要的意義。
[0004]迄今為止，對(duì)于煤與瓦斯突出機(jī)理的認(rèn)識(shí)還停留在假說(shuō)性階段。為此，國(guó)內(nèi)外學(xué)者先后進(jìn)行了大量的煤與瓦斯突出模擬實(shí)驗(yàn)。前蘇聯(lián)在上世紀(jì)50年代率先進(jìn)行了一維突出模擬實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)表明只有在很大的瓦斯壓力梯度下煤才有可能被破碎和拋出。上世紀(jì)60年代初，日本學(xué)者氏平增之用0)2的結(jié)晶冰、松香、水泥、煤粒制作模型，利用激波管進(jìn)行了模擬拋射煤實(shí)驗(yàn)，并模擬“掘進(jìn)”作業(yè)，但模型與煤的吸附性能差別比較大。鄧全封采取突出礦井的突出煤作為煤樣，在不加任何添加劑條件下壓結(jié)成型模擬IV，V類(lèi)煤的揭開(kāi)石門(mén)煤與瓦斯突出。蔣承林用一維實(shí)驗(yàn)?zāi)M了理想條件下石門(mén)揭煤時(shí)煤與瓦斯突出過(guò)程。孟祥躍等利用自行設(shè)計(jì)的煤與瓦斯突出二維模擬實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了系列實(shí)驗(yàn)，提出煤樣的破壞存在“開(kāi)裂”和“突出”兩類(lèi)典型的破壞形式。蔡成功等按相似理論設(shè)計(jì)了三維煤與瓦斯突出模擬實(shí)驗(yàn)裝置，模擬了不同成型煤強(qiáng)度、不同三向應(yīng)力、不同瓦斯壓力條件下的煤與瓦斯突出過(guò)程。郭立穩(wěn)等則利用突出模擬裝置在實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了煤與瓦斯突出過(guò)程中溫度的變化趨勢(shì)。尹光志研制了一套三維煤與瓦斯突出模擬裝置，能夠模擬不同煤層傾角，不同突出孔徑的突出實(shí)驗(yàn)，但是該實(shí)驗(yàn)裝置不能模擬煤層頂板情況。
[0005]總結(jié)當(dāng)前的煤與瓦斯突出模擬實(shí)驗(yàn)裝置，普遍存在尺寸小、突出規(guī)模小、未能模擬煤層頂板等缺點(diǎn)，當(dāng)前的這些模擬實(shí)驗(yàn)裝置并不能真實(shí)模擬現(xiàn)場(chǎng)的突出情況，制約了對(duì)突出機(jī)理的研宄。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]煤與瓦斯突出模擬實(shí)驗(yàn)是研宄煤與瓦斯突出機(jī)理及致災(zāi)效應(yīng)的有效手段。鑒于上述現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域中的實(shí)際情況，本發(fā)明旨在提供一種大尺寸的、通用性強(qiáng)的、可重復(fù)試驗(yàn)的煤與瓦斯突出模擬實(shí)驗(yàn)。
[0007]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的:
本發(fā)明所述的一種煤與瓦斯突出模擬實(shí)驗(yàn)裝置，通過(guò)突出腔體內(nèi)部安裝各類(lèi)傳感器可以實(shí)測(cè)突出過(guò)程及突出前后的各項(xiàng)物理參數(shù)，通過(guò)應(yīng)力加載系統(tǒng)及模型成型裝置可以在突出腔體內(nèi)鋪設(shè)煤層及煤層頂?shù)装鍘r層模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)突出過(guò)程及突出前后煤層頂板巖層的應(yīng)力變化及變形的研宄，通過(guò)應(yīng)力加載系統(tǒng)及工作面前方頂板應(yīng)力分布規(guī)律模擬裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)工作面前方頂板應(yīng)力分布規(guī)律的真實(shí)物理模擬，突出口安裝爆破片及爆破片夾持裝置，該安裝通過(guò)法蘭完成，爆破片夾持法蘭與突出口法蘭之間安裝密封墊，爆破片與爆破片夾持法蘭為硬密封，注氣系統(tǒng)及抽真空系統(tǒng)通過(guò)管路與突出腔體連級(jí)。
【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1為突出模擬實(shí)驗(yàn)裝置正面實(shí)物圖；
圖2為突出模擬實(shí)驗(yàn)裝置玻璃視窗實(shí)物圖；
圖3為突出模擬實(shí)驗(yàn)裝置突出口實(shí)物圖；
圖4為突出模擬實(shí)驗(yàn)裝置正視圖；
圖5為突出模擬實(shí)驗(yàn)裝置側(cè)視圖；
圖6為突出模擬實(shí)驗(yàn)裝置俯視圖；
附圖標(biāo)號(hào)說(shuō)明:抽真空接口 1、注氣口 2、接線盤(pán)3、壓板4、液壓活塞5、活塞底座6、上蓋板7、上蓋板密封圈8、彈簧9、彈簧導(dǎo)向機(jī)構(gòu)10、壓盤(pán)11、前蓋板密封圈12、視窗固定機(jī)構(gòu)13、玻璃視窗14、突出口內(nèi)法蘭15、突出口外法蘭16、爆破片加持機(jī)構(gòu)17、爆破片18、差壓傳感器19、底板20、前撐板21、內(nèi)層前蓋板22、外層前蓋板23、左側(cè)板24、后側(cè)板25、右側(cè)板
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【具體實(shí)施方式】
[0009]本發(fā)明的中心思想是通過(guò)研制一個(gè)大尺寸的煤與瓦斯突出模擬實(shí)驗(yàn)裝置，能夠在該裝置中鋪設(shè)煤層及頂?shù)装鍘r層模型，通過(guò)裝置自帶的液壓加載系統(tǒng)級(jí)工作面前方頂板應(yīng)力分布模擬裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)模型中頂板應(yīng)力分布的真實(shí)模擬，通過(guò)爆破片臨界壓力瞬間爆破來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)煤與瓦斯突出的誘導(dǎo)，通過(guò)在煤層中鋪設(shè)三條注氣管線實(shí)現(xiàn)均勻注氣及煤體對(duì)瓦斯的均勻吸附。
[0010]本發(fā)明所述的大尺寸的煤與瓦斯突出模擬實(shí)驗(yàn)裝置，包括:
(1)首先連接各類(lèi)傳感器及采集主機(jī)與計(jì)算機(jī)，并檢查信號(hào)是否通暢，數(shù)據(jù)是否正確，如果數(shù)據(jù)不正確，對(duì)傳感器進(jìn)行調(diào)校；
(2)安裝前蓋板最下方的里層小蓋板，擰上螺栓并用加力扳手加固，確保螺栓牢固，同時(shí)用實(shí)心法蘭把突出口密封；
(3)按照1cm—層的厚度鋪設(shè)模型。根據(jù)實(shí)驗(yàn)室測(cè)得的頂?shù)装鍘r層的抗壓強(qiáng)度，按照相似材料配比的原則，稱重材料，稱重砂子、石灰、石膏和水并混合，同時(shí)用鐵鍬均勻攪拌，在混合均勻后將材料裝填到突出腔體內(nèi)部，同時(shí)保證厚度大概均勻。將壓架放置在混合材料上，啟動(dòng)液壓加載系統(tǒng)，根據(jù)地應(yīng)力大小來(lái)適當(dāng)調(diào)整加載壓力，達(dá)到加載壓力后，維持壓力30min后卸壓。重復(fù)以上工作至鋪設(shè)