煤与瓦斯突出模拟及煤体渗透特性测试装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种煤与瓦斯突出模拟及煤体渗透特性测试装置，包括电子万能试验机、突出模拟及渗透测试装置、第一瓦斯气体系统和围压液压系统；突出模拟及渗透测试装置由巷帮模拟机构和巷帮周围环境模拟机构组成，巷帮模拟机构包括挡板、透气板、煤岩样和U型卡套；巷帮周围环境模拟机构包括底座、缸筒、下压头、上半凹面压头、上半凸面压头和活塞；第一瓦斯气体系统包括第一瓦斯气体罐、第一减压阀和第一气压表；围压液压系统包括围压液箱、液压泵、围压液压力表、围压液溢流阀、围压液回流阀。本实用新型专利技术能够真实地模拟矿井的煤与瓦斯突出过程，且能够用于对受扰动影响的巷帮煤岩体和矿井深部煤岩体的气体渗透特性进行测试。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术公开了一种煤与瓦斯突出模拟及煤体渗透特性测试装置，包括电子万能试验机、突出模拟及渗透测试装置、第一瓦斯气体系统和围压液压系统；突出模拟及渗透测试装置由巷帮模拟机构和巷帮周围环境模拟机构组成，巷帮模拟机构包括挡板、透气板、煤岩样和U型卡套；巷帮周围环境模拟机构包括底座、缸筒、下压头、上半凹面压头、上半凸面压头和活塞；第一瓦斯气体系统包括第一瓦斯气体罐、第一减压阀和第一气压表；围压液压系统包括围压液箱、液压泵、围压液压力表、围压液溢流阀、围压液回流阀。本技术能够真实地模拟矿井的煤与瓦斯突出过程，且能够用于对受扰动影响的巷帮煤岩体和矿井深部煤岩体的气体渗透特性进行测试。【专利说明】煤与瓦斯突出模拟及煤体渗透特性测试装置
本技术属于煤矿安全
，具体涉及一种煤与瓦斯突出模拟及煤体渗透特性测试装置。
技术介绍
在研究煤与瓦斯突出机理方面，现有的理论均指出地应力、瓦斯压力和煤岩体的力学性质是影响煤与瓦斯突出的三要素，但截止目前，还未能确定出三大要素各自对煤与瓦斯突出的作用机理，也未能确定出三大要素对其影响的大小。因此，国内外众多学者进行了煤与瓦斯突出的实验室模拟过程，也获得许多研究进展，但是，矿井下煤岩体的地应力包括轴压和围压，因围压因素难以控制，现有试验大多控制的是轴压和瓦斯气体压力，不能控制围压，难以完成围压对煤与瓦斯突出影响的机理研究；而且，现有的煤与瓦斯突出模拟试验未充分考虑扰动因素的影响，即使考虑扰动影响也大多是考虑顶板扰动的影响，而且不能测量扰动强度和扰动时间，而实际煤矿井下煤岩体常常因割煤机的采动、掘进面的放炮和巷帮煤岩体的打孔等受到不同程度的扰动影响，也常因扰动影响，煤岩体的力学性质发生改变，引发煤与瓦斯突出，这对井下正常采煤和人员安全造成了极大威胁，因此现有技术中煤与瓦斯突出模拟的真实性较差，还不能够真实地模拟煤与瓦斯突出的过程，获得的研究数据的准确性欠佳。而煤岩体的渗透特性是研究矿井下采矿时矿井发生煤与瓦斯突出和突水的基础，故研究煤岩体的渗透特性具有重要的工程意义。国内外学者对煤岩体的渗透特性研究大多是通过实验室做试验方式进行，试验可分为两类:第一类是通过液体渗透测流量的方式进行煤岩体液体渗透特性测试；第二类是通过气体渗透测流量的方式进行煤岩体气体渗透特性测试，进行煤岩体液体渗透特性测试和气体渗透特性测试时的试验方法又均分为两种:一种是在压差稳定的情况下，测量流体渗透过煤岩体的流量，即稳态法；由于巷帮煤岩体裸露在巷道内的侧面受气体压力为大气压力，内部气体压力稳定在一定值，因此稳态法主要用于对巷帮煤岩体的渗透特性进行测试；另一种是压差变化过程中，测量流体渗透过煤岩体的流量关于时间的关系，即瞬态法；由于矿井深部的煤岩体内部瓦斯常常因气体压力差的存在而沿着煤岩体内部裂隙和孔隙运移，也因运移过程中压力差减小，运移速度和流量发生变化，因此瞬态法主要用于对矿井深部煤岩体的渗透特性进行测试。目前，采用稳态法和瞬态法进行煤岩体液体渗透特性测试的技术已较为成熟，但是，采用稳态法和瞬态法进行煤岩体气体渗透特性测试的技术还处在研发阶段，存在以下的缺陷和不足:(1)虽然能够实现气体的三轴渗流试验，但是在三轴渗流试验中的围压不可控制，不能为工程技术人员提供围压因素的数据，因而工程技术人员也就无法研究围压对煤岩体气体渗透特性测试的影响；但矿井的不同深度处，煤岩体所受的围压大小不同，而煤岩体的气体渗透特性也会因围压大小的不同而改变；(2)在气体的单轴渗流试验和三轴渗流试验中，均未考虑扰动因素的影响，但矿井下的煤岩体往往因掘进巷道和采煤等因素受到不同程度的扰动影响，进而煤岩体内部裂隙演化和分布规律发生变化，导致煤岩体的渗流特性发生改变，从而改变了煤岩体的瓦斯涌出等规律，故研究扰动因素对煤岩体的渗透特性具有重要的现实意义。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种煤与瓦斯突出模拟及煤体渗透特性测试装置，其实现方便，能够真实地模拟矿井的煤与瓦斯突出过程，同时能够用于对受扰动影响的巷帮煤岩体和矿井深部煤岩体的气体渗透特性进行测试，功能完备，实用性强，便于推广使用。为解决上述技术问题，本技术采用的技术方案是:一种煤与瓦斯突出模拟及煤体渗透特性测试装置，其特征在于:包括电子万能试验机、突出模拟及渗透测试装置、第一瓦斯气体系统和围压液压系统，所述突出模拟及渗透测试装置对中放置在电子万能试验机的底座上；所述突出模拟及渗透测试装置由巷帮模拟机构和巷帮周围环境模拟机构组成，所述巷帮模拟机构包括依次对接的挡板、透气板、煤岩样和U型卡套，所述挡板、透气板、煤岩样和U型卡套通过电工胶带缠绕固定为一整体，所述U型卡套由套管和可拆卸连接在套管一端端部的套管盖组成，所述套管的外壁上设置有刻度，所述套管盖上连接有通气管，所述通气管上连接有通气阀和气体流量计，所述挡板中部设置有第一进气通道，所述透气板中部设置有与第一进气通道相连通的第二进气通道，所述透气板上位于第二进气通道的四周设置有辐射状的透气孔道；所述巷帮周围环境模拟机构包括底座、固定连接在底座顶部的缸筒和固定连接在缸筒顶部的筒盖，所述缸筒中部侧壁上开有供巷帮模拟机构插入的巷帮模拟机构插入孔，所述底座顶部中间位置处设置有凹槽，所述凹槽内放置有下压头，所述下压头的正上方从下到上依次设置有上半凹面压头、上半凸面压头和活塞，所述活塞穿过筒盖，且筒盖的中间位置处设置有供活塞穿过的通孔，所述活塞的上端面位于所述电子万能试验机的压头的正下方，所述巷帮模拟机构从所述巷帮模拟机构插入孔插入缸筒内部，且煤岩样对正位于下压头的上端面与上半凹面压头的下端面之间，U型卡套卡合连接在所述巷帮模拟机构插入孔内；所述底座上设置有第三进气通道和与第三进气通道相连通的气体入口，所述下压头上设置有与第三进气通道相连通的第四进气通道，所述第四进气通道通过第一气体传输管路与第一进气通道相连通；所述底座上设置有与缸筒内部空间相连通的围压液流入通道，所述底座侧部设置有与围压液流入通道相连通的围压液入口，所述缸筒侧面设有排气口，所述排气口上连接有排气口塞；所述第一瓦斯气体系统包括第一瓦斯气体罐，所述第一瓦斯气体罐的出气口通过第二气体传输管路与气体入口连接，所述第二气体传输管路上设置有第一减压阀和第一气压表;所述围压液压系统包括围压液箱和一端与围压液箱连接的围压液流入管，所述围压液流入管的另一端与围压液入口连接，所述围压液流入管上连接有液压泵和单向阀，位于液压泵和单向阀之间的一段围压液流入管上连接有围压液溢流管，所述围压液溢流管上连接有围压液压力表和围压液溢流阀，位于单向阀和围压液入口之间的一段围压液流入管上连接有围压液回流管，所述围压液回流管上连接有围压液回流阀。上述的煤与瓦斯突出模拟及煤体渗透特性测试装置，其特征在于:包括用于对振动强度进行检测的振动检测装置，所述振动检测装置的振动检测探头安放于位于筒盖外部的活塞的表面上，或安放于拆卸下套管盖后套管内露出的煤岩样的表面上；位于筒盖外部的活塞的中部设置有环状凸起，所述活塞上套装有位于环状凸起上部的扰动环。上述的煤与瓦斯突出模拟及煤体渗透特性测试装置，其特征在于:包括第二瓦斯气体系统，所述第二瓦斯气本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种煤与瓦斯突出模拟及煤体渗透特性测试装置，其特征在于：包括电子万能试验机（40）、突出模拟及渗透测试装置（41）、第一瓦斯气体系统和围压液压系统，所述突出模拟及渗透测试装置（41）对中放置在电子万能试验机（40）的底座上；所述突出模拟及渗透测试装置（41）由巷帮模拟机构和巷帮周围环境模拟机构组成，所述巷帮模拟机构包括依次对接的挡板（1）、透气板（2）、煤岩样（3）和U型卡套，所述挡板（1）、透气板（2）、煤岩样（3）和U型卡套通过电工胶带缠绕固定为一整体，所述U型卡套由套管（4‑1）和可拆卸连接在套管（4‑1）一端端部的套管盖（4‑2）组成，所述套管（4‑1）的外壁上设置有刻度，所述套管盖（4‑2）上连接有通气管（34），所述通气管（34）上连接有通气阀（35）和气体流量计（51），所述挡板（1）中部设置有第一进气通道（5），所述透气板（2）中部设置有与第一进气通道（5）相连通的第二进气通道（6），所述透气板（2）上位于第二进气通道（6）的四周设置有辐射状的透气孔道（7）；所述巷帮周围环境模拟机构包括底座（8）、固定连接在底座（8）顶部的缸筒（9）和固定连接在缸筒（9）顶部的筒盖（10），所述缸筒（9）中部侧壁上开有供巷帮模拟机构插入的巷帮模拟机构插入孔，所述底座（8）顶部中间位置处设置有凹槽，所述凹槽内放置有下压头（11），所述下压头（11）的正上方从下到上依次设置有上半凹面压头（39）、上半凸面压头（12）和活塞（13），所述活塞（13）穿过筒盖（10），且筒盖（10）的中间位置处设置有供活塞（13）穿过的通孔，所述活塞（13）的上端面位于所述电子万能试验机（40）的压头的正下方，所述巷帮模拟机构从所述巷帮模拟机构插入孔插入缸筒（9）内部，且煤岩样（3）对正位于下压头（11）的上端面与上半凹面压头（39）的下端面之间，U型卡套卡合连接在所述巷帮模拟机构插入孔内；所述底座（8）上设置有第三进气通道（14）和与第三进气通道（14）相连通的气体入口（15），所述下压头（11）上设置有与第三进气通道（14）相连通的第四进气通道（16），所述第四进气通道（16）通过第一气体传输管路（17）与第一进气通道（5）相连通；所述底座（8）上设置有与缸筒（9）内部空间相连通的围压液流入通道（18），所述底座（8）侧部设置有与围压液流入通道（18）相连通的围压液入口（19），所述缸筒（9）侧面设有排气口（20），所述排气口（20）上连接有排气口塞（21）；所述第一瓦斯气体系统包括第一瓦斯气体罐（22），所述第一瓦斯气体罐（22）的出气口通过第二气体传输管路（23）与气体入口（15）连接，所述第二气体传输管路（23）上设置有第一减压阀（24）和第一气压表（25）；所述围压液压系统包括围压液箱（26）和一端与围压液箱（26）连接的围压液流入管（27），所述围压液流入管（27）的另一端与围压液入口（19）连接，所述围压液流入管（27）上连接有液压泵（28）和单向阀（43），位于液压泵（28）和单向阀（43）之间的一段围压液流入管（27）上连接有围压液溢流管（29），所述围压液溢流管（29）上连接有围压液压力表（30）和围压液溢流阀（31），位于单向阀（43）和围压液入口（19）之间的一段围压液流入管（27）上连接有围压液回流管（32），所述围压液回流管（32）上连接有围压液回流阀（33）。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张天军，任金虎，赵佩佩，于胜红，宋爽，李伟，成小雨，崔巍，张磊，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：新型
国别省市：陕西;61