煤与瓦斯突出模拟试验试件箱制造技术

本发明专利技术公开了一种煤与瓦斯突出模拟试验试件箱，箱体配备有垂直穿过箱体侧壁的水平活塞压头，箱盖配备有垂直穿过箱盖的竖直活塞压头，水平活塞压头、竖直活塞压头的内侧端均安装有压板，水平活塞压头、竖直活塞压头能传递静载、动载、动静组合加载三种加载形式；箱体底部下方内置气体充填管路，并通过铺设在箱体底部的泡沫金属层向箱体内均匀充气，箱体的侧壁上还开设有突出口和传感器接线孔，突出口外安装有泄压装置，传感器接线孔内安装有传感器转换接头，泄压装置、传感器转换接头与水平活塞压头位于箱体的不同侧壁上。能实现煤岩体多种应力波的加载，能均匀稳定地向箱体内充气，从而更加真实地模拟二维动静组合加载诱导煤与瓦斯突出试验。

【技术实现步骤摘要】
煤与瓦斯突出模拟试验试件箱
本专利技术涉及一种用于模拟煤与瓦斯突出的相似模拟试验装置，尤其涉及煤与瓦斯突出模拟试验用试件箱。
技术介绍
相似模型试验指的是实体试验，通过在比例缩小或等比模型上进行相应的试验，获取相关数据及检查设计缺陷。在采用适当比例和相似材料制成的与原型相似的试验结构(或构件)上施加比例荷载，使模型受力后再演原型结构实际工作的结构试验。试验对象为仿照原型(实际结构)并按照一定比例尺复制而成的试验代表物，它具有实际结构的全部或部分特征。用与原型相似的模型进行试验研究，并将研究结果应用于原型的一种重要的试验研究方法，广泛应用于各学科领域。其主要的优点是：可以控制主要试验参数而不受环境条件的限制与影响；便于改变试验参数进行对比试验；经济性好。随着矿井开采深度和强度的不断提高，与煤岩体失稳破坏相关的矿井动力灾害事故日趋严重，冲击地压和煤与瓦斯突出发生的频度、强度以及破坏程度随着采深的增加、瓦斯压力的升高具有明显的上升趋势，且相当一部分深井灾害表现出冲击地压、煤与瓦斯突出两种动力灾害同时存在、相互耦合的现象，即深井复合动力灾害。因此，对复杂应力作用下的含瓦斯煤突出发生机理研究就很有必要。现有煤与瓦斯突出模拟试验方法及其配套装置，其动荷载施加方式为落锤与霍普金森杆两种类型，其对冲击载荷有较好的模拟效果，但是无法实现煤岩体多种应力波的加载，难以满足多种动荷载条件诱发煤与瓦斯突出相关的研究。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种模型尺寸较大，可以模拟二维动静组合加载诱导煤与瓦斯突出试验用试件箱，可以更好地模拟复杂应力条件下的煤岩体力学特性。为此，本专利技术所采用的技术方案为：一种煤与瓦斯突出模拟试验试件箱，包括箱体和箱盖，所述箱体配备有垂直穿过箱体其中一个侧壁的水平活塞压头，箱盖配备有垂直穿过箱盖的竖直活塞压头，水平活塞压头、竖直活塞压头的内侧端均安装有压板，水平活塞压头、竖直活塞压头能传递静载、动载、动静组合加载三种加载形式；所述箱体底部下方内置气体充填管路，并通过铺设在箱体底部的泡沫金属层向箱体内均匀充气，所述箱体的侧壁上还开设有突出口和传感器接线孔，所述突出口外安装有泄压装置，所述传感器接线孔内安装有传感器转换接头，且泄压装置、传感器转换接头与水平活塞压头位于箱体的不同侧壁上。作为上述方案的优选，所述水平活塞压头共一个，设置在箱体的左侧壁上；所述竖直活塞压头共三个，且三个竖直活塞压头的压板左右依次安装并紧密接触；所述箱体内的左上角设置有预留空间，当箱体内装有试件时，试件的左上角位置处铺设有垫块，所述水平活塞压头的压板的上端，最左侧的竖直活塞压头的压板的左端共同压在垫块上，防止压板运动时将试件上的碎屑压入预留空间。三个竖直活塞压头的压板左右依次安装并紧密接触，保证竖直方向加压均匀；增设预留空间，使各压板均能顺利移动；同时加设垫块，防止试件上的碎屑压入预留空间内。进一步，所述箱体的侧壁、箱盖的顶部分别设置有吊环，箱盖上还开设有排气孔，且气体充填管路的入口、排气孔分别通过堵头密封。通过吊环吊装箱体和箱盖，专用于模型尺寸较大的试件箱。更进一步，所述气体充填管路由开设在箱体内的“L”形孔和安装在泡沫金属层下方并与“L”形孔相通的纵横交错的格栅网管组成，且格栅网管的顶部开有缺口。采用全新的气体充填管路结构，通过顶部带缺口的纵横交错的格栅网管，将通过“L”形孔充入的气体均匀分散后，经缺口送出，再经泡沫金属层送入箱体内，进一步确保了向箱体内的试件均匀稳定充气。本专利技术的有益效果：摒弃传统的落锤与霍普金森杆两种动荷载施加方式，采用活塞压头和压板的载荷施加方式，进行水平载荷和竖直载荷的加载，且每个压头既可以单独施加荷载，也可以同步施加荷载，能实现煤岩体多种应力波的加载；结合箱体底部的内置气体充填管路和泡沫金属层，能均匀稳定地向箱体内充气，从而更加真实地模拟二维动静组合加载诱导煤与瓦斯突出试验。附图说明图1是本专利技术的结构示意图。图2是图1的俯视图。图3是图1的左视图。图4是格栅网管的局部断面图。图5是传感器转换接头的结构示意图。图6是泄压装置的结构示意图。图7是泄压装置的承压夹持器的结构示意图。具体实施方式下面通过实施例并结合附图，对本专利技术作进一步说明：结合图1—图6所示，一种煤与瓦斯突出模拟试验试件箱，主要由箱体1、箱盖2、水平活塞压头3、竖直活塞压头4、压板5、泡沫金属层6、气体充填管路7、泄压装置8、传感器转换接头9、垫块10、吊环11组成。箱体1和箱盖2通过螺栓连接，接口处有密封圈。箱体1和箱盖2围成的密封腔体用于铺设煤与瓦斯突出模拟试验的试件，如煤粉或相似材料。箱体1配备有垂直穿过箱体1其中一个侧壁(如左侧壁)的水平活塞压头3，箱盖2配备有垂直穿过箱盖2的竖直活塞压头4。水平活塞压头3、竖直活塞压头4的内侧端均安装有压板5。水平活塞压头3、竖直活塞压头4能传递静载、动载、动静组合加载三种加载形式。优选为，试件箱长100cm×宽40cm×高40cm，水平活塞压头3共一个，设置在箱体1的左侧壁上；竖直活塞压头4共三个，且三个竖直活塞压头4的压板5左右依次安装并紧密接触。对于同一试件箱来说，水平活塞压头3与竖直活塞压头4的尺寸最好一致，便于选型。当试件箱的尺寸一定时，活塞压头的尺寸选取确定后，两个方向上的压头数量就确定了；但是可以根据所需压力的大小，另行选择压头数量。箱体1内的左上角设置有预留空间1c，以确保所有压板5顺利移动。当箱体1内装有试件时，试件的左上角位置处铺设有垫块10，水平活塞压头3的压板5的上端，最左侧的竖直活塞压头4的压板5的左端共同压在垫块10上，防止压板5运动时将试件上的碎屑压入预留空间1c。箱体1底部下方内置气体充填管路7，并通过铺设在箱体1底部的泡沫金属层6向箱体1内均匀充气。最好是，气体充填管路7由开设在箱体1内的“L”形孔7a和安装在泡沫金属层6下方并与“L”形孔7a相通的纵横交错的格栅网管7b组成，且格栅网管7b的顶部开有缺口7c(如图4所示)。箱体1的侧壁上还开设有突出口1a和传感器接线孔1b，突出口1a外安装有泄压装置8，传感器接线孔1b内安装有传感器转换接头9，且泄压装置8、传感器转换接头9与水平活塞压头3位于箱体1的不同侧壁上。箱体1的侧壁、箱盖2的顶部分别设置有吊环11，箱盖2上还开设有排气孔2a，且气体充填管路7的入口、排气孔2a分别通过堵头密封。在试验完成后，打开排气孔2a排气后才能进行拆卸，以确保操作的安全性。为获得多种应力条件下的煤与瓦斯突出过程中的相关数据，试件内部还需埋设有应力传感器、温度传感器等定量检测装置，通过箱体1的侧壁上的传感器接线孔1b与试件箱外的数据信号接收装置连接。为保证试验过程中的试件箱内部气体压力恒定，传感器接线孔1b最好传感器转换接头9进行封堵，在封堵保证气体压力的同时，引出传感器线，将传感器与相应数据信号接收装置连接。如图5所示，传感器转换接头9由“T”形圆台主体9-1、垫片9-2、密封圈9-3、导线9-4与绝缘引线管9-5组成。“T”形圆台主体9-1与试件箱侧壁上开设的“T”形的传感器接线孔1b匹配，“T”形圆台主体9-1能由内向外插入“T”形的传感器接线孔1b内。“T”形圆台主体9-1包括小圆台和大圆台，小圆台上套装有垫片9-2和密封圈9本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种煤与瓦斯突出模拟试验试件箱，包括箱体(1)和箱盖(2)，其特征在于：所述箱体(1)配备有垂直穿过箱体(1)其中一个侧壁的水平活塞压头(3)，箱盖(2)配备有垂直穿过箱盖(2)的竖直活塞压头(4)，水平活塞压头(3)、竖直活塞压头(4)的内侧端均安装有压板(5)，水平活塞压头(3)、竖直活塞压头(4)能传递静载、动载、动静组合加载三种加载形式；所述箱体(1)底部下方内置气体充填管路(7)，并通过铺设在箱体(1)底部的泡沫金属层(6)向箱体(1)内均匀充气，所述箱体(1)的侧壁上还开设有突出口(1a)和传感器接线孔(1b)，所述突出口(1a)外安装有泄压装置(8)，所述传感器接线孔(1b)内安装有传感器转换接头(9)，且泄压装置(8)、传感器转换接头(9)与水平活塞压头(3)位于箱体(1)的不同侧壁上。

【技术特征摘要】
1.一种煤与瓦斯突出模拟试验试件箱，包括箱体(1)和箱盖(2)，其特征在于：所述箱体(1)配备有垂直穿过箱体(1)其中一个侧壁的水平活塞压头(3)，箱盖(2)配备有垂直穿过箱盖(2)的竖直活塞压头(4)，水平活塞压头(3)、竖直活塞压头(4)的内侧端均安装有压板(5)，水平活塞压头(3)、竖直活塞压头(4)能传递静载、动载、动静组合加载三种加载形式；所述箱体(1)底部下方内置气体充填管路(7)，并通过铺设在箱体(1)底部的泡沫金属层(6)向箱体(1)内均匀充气，所述箱体(1)的侧壁上还开设有突出口(1a)和传感器接线孔(1b)，所述突出口(1a)外安装有泄压装置(8)，所述传感器接线孔(1b)内安装有传感器转换接头(9)，且泄压装置(8)、传感器转换接头(9)与水平活塞压头(3)位于箱体(1)的不同侧壁上。2.按照权利要求1所述的煤与瓦斯突出模拟试验试件箱，其特征在于：所述水平活塞压头(3)共一个，设置在箱体(1)的左侧壁上；所述竖直活塞压头(4)共三个，且三个竖直活塞压头(4)的压板(5)左右依次安装并紧密接...

【专利技术属性】
技术研发人员：张东明，许江，尹光志，王倩，叶辰，李树建，杨邦友，叶茂林，李小明，肖伟晶，
申请(专利权)人：重庆大学，重庆工程职业技术学院，
类型：发明
国别省市：重庆,50