一种深部开采矿井复合动力灾害动力效应模拟实验方法技术

本发明专利技术公开了一种深部开采矿井复合动力灾害动力效应模拟实验方法，具体分为两类动力效应模拟实验，即通过调整T型刚性压头至解锁状态持续加载开展考虑采动应力和地应力影响的动力效应模拟实验，通过调整T型刚性压头至限位状态开展仅考虑气体参与的动力效应模拟实验。实验过程中同步监测耐高压密封腔体内气压变化，利用防爆型高速气动阀快速卸压，同步记录透明管道不同位置处的气体压力、浓度及温度，通过红外热像仪和分体式高速摄像机记录破碎并抛出的颗粒煤体的红外成像及运动特征；统计破碎并被抛出的颗粒煤的总量、几何特征及沿透明管道分布特征。本发明专利技术可为灾变各阶段的精确分析提供数据支撑，具有重要的理论意义和工程价值。

【技术实现步骤摘要】
一种深部开采矿井复合动力灾害动力效应模拟实验方法
本专利技术涉及一种动力效应模拟实验方法，具体涉及一种深部开采矿井复合动力灾害动力效应模拟实验方法。
技术介绍
深部煤矿开采受高地应力、高温、高岩溶水等威胁日趋严重，高强度开采(扰动)使得一些高瓦斯矿井发生复合型煤岩动力灾害的概率显著增大，此类动力灾害兼具冲击地压和突出的部分特征，两种动力灾害互为共存、互相影响、相互复合，严重威胁矿井的生产安全。此外，深部复合煤岩动力灾害是一个复杂的力学过程，灾害发生过程中多种因素的相互交织，导致在事故孕育、发生、发展过程中可能互为诱因，互为强化，或产生“共振”效应，进而使得复合动力灾害的发生机理更为复杂，理论研究更为困难。深部高应力、高瓦斯及其二者耦合作用均可诱发动力灾害且伴随强烈动力效应，考虑到复合动力灾害的复杂性以及研究方法和手段的限制，国内外对此类灾害的研究尚且较少，此类灾害通常具有巨大的破坏性和危害性，现场人为诱发不具可行性。因此，研发能够满足相应孕灾、致灾条件的实验系统并基于此开展系列室内实验，通过动力效应实验研究尝试从能量角度进行量化分析并对复合动力灾害的动力效应进行量化评估，可在明确灾变过程中的能量积聚、传递及释放机制的基础上进一步理清其致灾效应，对于矿井复合型灾害的预测及防治同样具有重要现实意义。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种深部开采矿井复合动力灾害动力效应模拟实验方法。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种深部开采矿井复合动力灾害动力效应模拟实验方法，其特征在于：所述实验方法包括以下两类，第一类为考虑采动应力和地应力影响的动力效应模拟实验，第二类为仅考虑气体参与的动力效应模拟实验；所述第一类实验方法包括：耐高压密封腔体装入颗粒煤，水平旋转T型刚性压头90°使其始终处于限位解除状态，通过T型刚性压头施加对装入的颗粒煤施加预紧力，充入吸附性气体并保持设定吸附时间，通过T型刚性压头持续加载并同步监测耐高压密封腔体内气压变化，当加载到设定值时，打开防爆型高速气动阀快速卸压，同步记录透明管道不同位置处的气体压力、气体浓度及温度，通过红外热像仪和分体式高速摄像机记录破碎并抛出的颗粒煤体的红外成像及运动特征；统计破碎并被抛出的颗粒煤的总量、几何特征及沿透明管道分布特征；所述第二类实验方法包括：向耐高压密封腔体装入颗粒煤，将T型刚性压头通过限位开关限位构成密封腔体，充入吸附性气体并保持设定吸附时间并同步监测耐高压密封腔体内气压变化，当达到设定吸附时间时通过防爆型高速气动阀卸压，同步记录透明管道不同位置处的气体压力、气体浓度及温度，通过红外热像仪和分体式高速摄像机记录破碎并抛出的颗粒煤体的红外成像及运动特征；统计破碎并被抛出的颗粒煤的总量、几何特征及沿透明管道分布特征。所述预紧力为0.3-0.5kN；所述向耐高压密封腔体注入的吸附性气体的气压为0.1～2MPa，所述吸附时间不低于24h；所述几何特征包括粒径及比表面积，所述沿透明管道分布特征包括抛出距离及抛出速度。所述耐高压密封腔体侧面开设有限位槽，所述腔体顶部通过T型刚性压头施加动力，所述T型刚性压头顶部安设有限位开关，所述限位开关通过连接杆控制压头限位块实现限位功能，所述连接杆安设在T型刚性压头内部，所述压头限位块位于T型刚性压头下端；所述腔体侧面还开设有输入端和输出端，所述输入端与输出端中心线连线过该连线所在腔体截面的中心；所述输入端一分为三且单独控制，分别为抽真空端、充气端及传感器连接端；所述输出端通过防爆型高速气动阀连接透明管道，所述透明管道上部平面开设有气体压力传感器接口、温度传感器接口和气体浓度传感器接口；所述透明管道旁架设有红外热像仪和多个分体式高速摄像机。所述限位开关与T型刚性压头顶部位于同一水平面。所述压头限位块由附属机构A、附属机构B和附属机构C组成。所述附属结构B为弹簧，所述附属结构A钩挂附属结构C组成一整体并穿设附属结构B。所述限位功能实现过程如下：将T型刚性压头推入耐高压密封腔体，通过旋转T型刚性压头保持限位开关与限位槽位于同一直线且沿该直线铅直运动，当运动至限位槽时，附属机构A受到附属机构B的作用卡入限位槽从而实现限位功能，此时，T型刚性压头被固定；转动T型刚性压头顶部的限位开关，在连接杆作用下，附属机构C带动附属机构B水平运动，附属机构B在附属机构C作用下将附属机构A从腔体限位凹槽中水平拉出，从而实现限位解除。本专利技术的有益效果：1.本专利技术提出了一种深部开采矿井复合动力灾害动力效应模拟实验方法，既能模拟能够模拟地应力、采动应力及顶板影响下矿井复合动力灾害，亦可对单纯瓦斯参与下的颗粒煤动力效应进行模拟。2.本专利技术提供了做成带有限位结构的T型刚性压头与耐高压腔体配套，可开展气固体积比恒定(定容)下的动力灾害模拟实验，同时本实验系统提供了多级可调的高速气动阀作为触发结构，在量程范围内可任意触发，同时可循环使用，突破了传统只能用某一固定压力的泄爆装置完成一次实验的瓶颈，具备较为广泛的应用性。3.本专利技术装置结构精巧，实验操作简便易行，实验成本低，同时可为大尺度的三维相似模拟实验提供有益借鉴。4.利用本专利技术可为灾变各阶段的精确分析提供数据支撑，具有重要的理论意义和工程实际价值，而且对于深部开采诱发的冲击地压-煤与瓦斯突出等矿井复合动力灾害的预测预防具有积极意义。附图说明图1是本专利技术一种深部开采矿井复合动力灾害动力效应模拟实验方法流程图。图2是本专利技术耐高压密封腔体及T型刚性压头整体结构示意图。图3是本专利技术中限位结构各部件剖视图。图4是本专利技术中限位结构整体结构剖视图。图5是本专利技术T型刚性压头俯视图。图6是本专利技术透明管道俯视图。1-T型刚性压头、1-1-限位开关、1-2-连接杆、2-耐高压密封腔体、3-附属机构C、4-附属机构B、5-附属机构A、6-密封凹槽、7-密封圈、8-压头限位块、9-输入端、10-输出端、11-限位槽、12-抽真空端、13-充气端、14-传感器连接端、15-防爆型高速气动阀、16-透明管道、17-可调支撑架支撑、18-气体压力传感器接口、19-温度传感器接口、20-气体浓度传感器接口、21-红外热像仪、22-分体式高速摄像机、23-颗粒煤。具体实施方式下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。如图1-图6所示，一种深部开采矿井复合动力灾害动力效应模拟实验方法，其特征在于：所述实验方法包括以下两类，第一类为考虑采动应力和地应力影响的动力效应模拟实验，第二类为仅考虑气体参与的动力效应模拟实验；所述第一类实验方法包括：向耐高压密封腔体2装入颗粒煤23，水平旋转T型刚性压头90°使其始终处于限位解除状态，通过T型刚性压头1施加对装入的颗粒煤施加预紧力，充入吸附性气体并保持设定吸附时间，通过T型刚性压头1持续加载并同步监测耐高压密封腔体2内气压变化，当加载到设定值时，打开防爆型高速气动阀15快速卸压，同步记录透明管道16不本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种深部开采矿井复合动力灾害动力效应模拟实验方法，其特征在于：所述实验方法包括以下两类，第一类为考虑采动应力和地应力影响的动力效应模拟实验，第二类为仅考虑气体参与的动力效应模拟实验；/n所述第一类实验方法包括：耐高压密封腔体装入颗粒煤，水平旋转T型刚性压头90°使其始终处于限位解除状态，通过T型刚性压头施加对装入的颗粒煤施加预紧力，充入吸附性气体并保持设定吸附时间，通过T型刚性压头持续加载并同步监测耐高压密封腔体内气压变化，当加载到设定值时，打开防爆型高速气动阀快速卸压，同步记录透明管道不同位置处的气体压力、气体浓度及温度，通过红外热像仪和分体式高速摄像机记录破碎并抛出的颗粒煤体的红外成像及运动特征；统计破碎并被抛出的颗粒煤的总量、几何特征及沿透明管道分布特征；/n所述第二类实验方法包括：向耐高压密封腔体装入颗粒煤，将T型刚性压头通过限位开关限位构成密封腔体，充入吸附性气体并保持设定吸附时间并同步监测耐高压密封腔体内气压变化，当达到设定吸附时间时通过防爆型高速气动阀卸压，同步记录透明管道不同位置处的气体压力、气体浓度及温度，通过红外热像仪和分体式高速摄像机记录破碎并抛出的颗粒煤体的红外成像及运动特征；统计破碎并被抛出的颗粒煤的总量、几何特征及沿透明管道分布特征。/n...

【技术特征摘要】
1.一种深部开采矿井复合动力灾害动力效应模拟实验方法，其特征在于：所述实验方法包括以下两类，第一类为考虑采动应力和地应力影响的动力效应模拟实验，第二类为仅考虑气体参与的动力效应模拟实验；
所述第一类实验方法包括：耐高压密封腔体装入颗粒煤，水平旋转T型刚性压头90°使其始终处于限位解除状态，通过T型刚性压头施加对装入的颗粒煤施加预紧力，充入吸附性气体并保持设定吸附时间，通过T型刚性压头持续加载并同步监测耐高压密封腔体内气压变化，当加载到设定值时，打开防爆型高速气动阀快速卸压，同步记录透明管道不同位置处的气体压力、气体浓度及温度，通过红外热像仪和分体式高速摄像机记录破碎并抛出的颗粒煤体的红外成像及运动特征；统计破碎并被抛出的颗粒煤的总量、几何特征及沿透明管道分布特征；
所述第二类实验方法包括：向耐高压密封腔体装入颗粒煤，将T型刚性压头通过限位开关限位构成密封腔体，充入吸附性气体并保持设定吸附时间并同步监测耐高压密封腔体内气压变化，当达到设定吸附时间时通过防爆型高速气动阀卸压，同步记录透明管道不同位置处的气体压力、气体浓度及温度，通过红外热像仪和分体式高速摄像机记录破碎并抛出的颗粒煤体的红外成像及运动特征；统计破碎并被抛出的颗粒煤的总量、几何特征及沿透明管道分布特征。


2.如权利要求1所述一种深部开采矿井复合动力灾害动力效应模拟实验方法，其特征在于，所述预紧力为0.3-0.5kN；所述向耐高压密封腔体注入的吸附性气体的气压为0.1～2MPa；所述吸附时间不低于24h；所述几何特征包括粒径及比表面积，所述沿透明管道分布特征包括抛出距离及抛出速度。


3.如权利要求1所述一种深部开采矿井复合动力灾害动力效应模拟实验方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：田成林，胡千庭，梁运培，李全贵，杨雪林，杨硕，赵博，赵翼，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50