多场耦合煤岩体动力灾害防控模拟试验用主体模型制造技术

本发明专利技术公开了一种多场耦合煤岩体动力灾害防控模拟试验用主体模型，包括主体高压腔模块和试件箱模块，所述主体高压腔模块的外壳是采用圆环、左圆端盖、右圆端盖结合螺栓围成的外圆内圆的高压封闭压力仓结构，在圆环内壁的前后上下分别安装有前垫块、后垫块、上垫块和下垫块，且前垫块、后垫块、上垫块和下垫块围成一个矩形腔正好供试件箱模块放入，下垫块顶部左右间隔地设槽安装有一列升降器，所述升降器能突出下垫块外，也能沉入下垫块内；上压板、前压板、底板、后侧板上开孔安装有若干加热管和控温探头，上压板、前压板、左压板、底板、后侧板、右侧板上开孔安装有若干超声波探头。承压能力更强、可靠性及密封性更好，操作更加方便，能满足多场耦合煤岩体动力灾害防控模拟试验用。用。用。

【技术实现步骤摘要】
多场耦合煤岩体动力灾害防控模拟试验用主体模型


[0001]本专利技术属于煤岩体力学性能测试试验设备
，具体涉及一种多场耦合煤岩体动力灾害防控模拟试验用主体模型。

技术介绍

[0002]随着煤炭资源的长期开发，我国煤炭开采深度以每年10～25m的速度逐步向深部发展，与浅部资源相比，深部开采所面临的瓦斯赋存条件更加复杂，煤与瓦斯突出危险性逐渐升级，煤矿瓦斯灾害将成为长期制约我国煤矿安全生产的关键问题，对我国能源可持续发展造成极大威胁。长期的实践及研究表明，实现深部煤层瓦斯的高效抽采是保障我国煤炭企业安全生产的重要问题，而低透气性瓦斯储层的增产改造则是其中的核心技术和热点问题。为此，要针对我国煤层气(煤矿瓦斯)储层高地应力、复杂地质构造、低透气性特点，进一步加强低渗透性煤层气(煤矿瓦斯)储层高效抽采关键技术装备研究，深化煤层气渗流机理等基础理论研究，加强深部低透气性煤层增透机制等重点课题研究。
[0003]随着煤矿开采深度的增加，近年来煤与瓦斯突出事故频发，突出强度越来越高，人员伤亡惨重，给煤炭生产造成了阴影。开展多场耦合作用下煤岩损伤破坏特性以及煤与瓦斯突出研究，不仅对揭示煤岩体的力学行为及其破坏失稳的力学机理，完善和发展岩体损伤力学、断裂力学等均具有丰富的理论内涵和学术价值，而且对矿业工程发展具有极其丰富的科学、技术与工程意义。然而，由于开展煤岩多场耦合作用研究的复杂性和艰巨性，此方面的工作仍是初步的、不全面的，已有的研究成果与工程应用也有较大的距离。因此，对煤与瓦斯突出灾害机制的研究也势在必行。
>[0004]现有模拟煤矿动力灾害的试验装置中仍存在以下问题：(1)所采用的模型尺寸较小，模拟动力灾害的发展过程有一定的空间限制，不能够准确模拟现场；(2)装置安装的自动化程度较低；(3)装置密封性不高，模拟瓦斯压力不大；(4)突出口挡板的打开速度较慢或存在一定的延时，在一定程度上影响了煤与瓦斯突出的时间和强度，因此实际模拟情况与真实井下煤与瓦斯突出仍存在差别；(5)不能模拟工作面前方由于采矿活动造成的局部应力集中带和卸压带；(6)突出模具内部的煤岩体参数采集不够，多数情况是只采集了温度和瓦斯压力，且采集点较为单一，不能对煤矿动力灾害前后煤岩体内部的应力及温度演化规律进行深入分析研究。
[0005]为了进一步研究煤与瓦斯突出过程中地应力、瓦斯和煤物理力学性质等因素相互耦合的综合作用机制，分析瓦斯流动与煤岩体裂隙耦合的时空演化及分布规律，以期在更深层次上揭示煤与瓦斯突出机制，为形成煤与瓦斯突出力学演化机制及预测煤与瓦斯突出的基础理论提供量化支撑，自主研制了多场耦合煤岩体动力灾害防控技术模拟系统。

技术实现思路

[0006]本专利技术拟提供一种承压能力更强、可靠性及密封性更好，操作更加方便，能满足多场耦合煤岩体动力灾害防控模拟试验用的主体模型。
[0007]为此，本专利技术所采用的技术方案为：一种多场耦合煤岩体动力灾害防控模拟试验用主体模型，包括主体高压腔模块和试件箱模块，所述主体高压腔模块的外壳是采用圆环、左圆端盖、右圆端盖结合螺栓围成的外圆内圆的高压封闭压力仓结构，在圆环内壁的前后上下分别安装有前垫块、后垫块、上垫块和下垫块，且前垫块、后垫块、上垫块和下垫块围成一个矩形腔正好供试件箱模块放入，所述左圆端盖上贯穿安装有轴向液压缸，所述右圆端盖分为冲孔型、渗流型、突出型，右圆端盖的中部分别贯穿安装有冲孔、渗流、突出接口，左圆端盖、右圆端盖上分别贯穿开有线束管路引出孔，下垫块顶部左右间隔地设槽安装有一列升降器，所述升降器能突出下垫块外，也能沉入下垫块内；
[0008]所述试件箱模块是采用左侧板、底板、顶板、右侧板、前侧板、后侧板结合螺栓围成的矩形试件容纳腔，且矩形试件容纳腔与高压封闭压力仓的轴心线共线，在矩形试件容纳腔内的左侧安装有左压板、顶部左右依次安装有若干上压板、前部左右依次安装有若干前压板，所述轴向液压缸能穿过左侧板与左压板相连，每个上压板通过贯穿安装在顶板上的上垫块与顶部液压缸相连，每个前压板通过贯穿安装在前侧板上的侧垫块与侧向液压缸相连，所述上压板、前压板、底板、后侧板上开孔安装有若干加热管和控温探头，上压板、前压板、左压板、底板、后侧板、右侧板上开孔安装有若干超声波探头，所述试件箱模块的底部通过衬板左右间隔地安装有一列滚轮，当试件箱模块推入主体高压腔模块内时，升降器支撑在滚轮下方；
[0009]在所述底板的正上方设置有与上压板一一对应的防窜流板，所述防窜流板上开设有中心进气孔和若干环绕中心进气孔的环形槽，且所有环形槽与中心进气孔通过呈发散状分布的联络槽连通，进气管横向穿过试件箱模块的侧壁接入所述中心进气孔的底部，所述防窜流板的上方安装有透气隔板，在试件的左右两端安装过滤板，在试件的上下前后安装密封垫。
[0010]作为上述方案的优选，所述试件箱模块的内腔能安装长1000
×
宽400
×
高400mm的矩形试件，主体高压腔模块的内部耐压10MPa。
[0011]进一步优选为，所述轴向液压缸仅一个，最大加载压力为5000kN；顶部液压缸、侧向液压缸各四组，每组液压缸配备有两个并联的液压加载系统进行加压，其中一个为静载荷加载系统，另一个为动载荷加载系统，单组液压加载装置最大加载压力3000kN，每组液压加载系统单独控制一个压板并在对应的压板上左右居中设置，轴向液压缸、顶部液压缸、侧向液压缸均能进行动静载荷的加载。
[0012]进一步优选为，所述环形槽为矩形或圆形，并等距间隔分布。
[0013]上述的多场耦合煤岩体动力灾害防控模拟试验用主体模型，还包括用于支撑主体模型的主体架，所述主体架呈矩形框架结构，主体模型的左右两端均伸到主体架外，主体架的右侧设置有转运滑轨，且转运滑轨延伸到主体高压腔模块的正下方，转运滑轨的宽度小于主体架的内空宽度；转运滑轨上滑动安装有试件箱升降转运架和右圆端盖转运架，试件箱升降转运架能进行升降运动，并用于支撑试件箱模块；右圆端盖转运架顶部呈弧形用于托起右圆端盖，试件箱升降转运架升起后正好能使试件箱模块水平推入主体高压腔模块内，试件箱升降转运架下降后顶部低于主体高压腔模块的底部，以便于滑入主体高压腔模块的下方，使得右圆端盖转运架能向左滑动到设定位置进行右圆端盖的安装。
[0014]进一步优选为，每个所述升降器采用前后间隔并对称设置的双支撑结构，每个升
降器采用单独的液压驱动，所有升降器同步升降运动。
[0015]进一步优选为，在所述轴向液压缸的腔体上安装有高频振动器，在高压气源作用下，产生高速振动，高频振动力能通过对应的液压腔体、液压活塞、左压板向右传递到试件上。
[0016]本专利技术的有益效果：
[0017](1)主体高压腔模块的外壳是采用圆环、左圆端盖、右圆端盖结合螺栓围成的外圆内圆的高压封闭压力仓，与传统由六块板围成的外方内方的压力仓结构截然不同；同时，由于试件箱模块本身为矩形，为满足试件箱模块的安装，创造性地在高压封闭压力仓内壁的前后上下分别安装异形的前、后、上和下垫块本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多场耦合煤岩体动力灾害防控模拟试验用主体模型，其特征在于：包括主体高压腔模块和试件箱模块，所述主体高压腔模块的外壳(1)是采用圆环(3)、左圆端盖(4)、右圆端盖(5)结合螺栓围成的外圆内圆的高压封闭压力仓结构，在圆环(3)内壁的前后上下分别安装有前垫块(2)、后垫块(9)、上垫块(10)和下垫块(11)，且前垫块(2)、后垫块(9)、上垫块(10)和下垫块(11)围成一个矩形腔正好供试件箱模块放入，所述左圆端盖(4)上贯穿安装有轴向液压缸(6)，所述右圆端盖(5)分为冲孔型、渗流型、突出型，右圆端盖(5)的中部分别贯穿安装有冲孔、渗流、突出接口，左圆端盖(4)、右圆端盖(5)上分别贯穿开有线束管路引出孔(7)，下垫块(11)顶部左右间隔地设槽安装有一列升降器(8)，所述升降器(8)能突出下垫块(11)外，也能沉入下垫块(11)内；所述试件箱模块是采用左侧板(12)、底板(13)、顶板(14)、右侧板(15)、前侧板(23)、后侧板(24)结合螺栓围成的矩形试件容纳腔，且矩形试件容纳腔与高压封闭压力仓的轴心线共线，在矩形试件容纳腔内的左侧安装有左压板(16)、顶部左右依次安装有若干上压板(17)、前部左右依次安装有若干前压板(18)，所述轴向液压缸(6)能穿过左侧板(12)与左压板(16)相连，每个上压板(17)通过贯穿安装在顶板(14)上的上垫块(19)与顶部液压缸(20)相连，每个前压板(18)通过贯穿安装在前侧板(23)上的侧垫块(21)与侧向液压缸(22)相连，所述上压板(17)、前压板(18)、底板(13)、后侧板(24)上开孔安装有若干加热管(27)和控温探头(28)，上压板(17)、前压板(18)、左压板(16)、底板(13)、后侧板(24)、右侧板(15)上开孔安装有若干超声波探头(29)，所述试件箱模块的底部通过衬板(25)左右间隔地安装有一列滚轮(26)，当试件箱模块推入主体高压腔模块内时，升降器(8)支撑在滚轮(26)下方；在所述底板(13)的正上方设置有与上压板(17)一一对应的防窜流板(30)，所述防窜流板(30)上开设有中心进气孔(30a)和若干环绕中心进气孔(30a)的环形槽(30b)，且所有环形槽(30b)与中心进气孔(30a)通过呈发散状分布的联络槽(30c)连通，进气管横向穿过试件箱模块的侧壁接入所述中心进气孔(30a)的底部，所述防窜流板(30)的上方安装有透气隔板(31)，在试件的左右两端安装有过滤板(32)，在试件的上下前后...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建国，王满，张东明，王英伟，余北辰，肖伟晶，牛泽华，王玉杰，杜苇航，李新建，
申请(专利权)人：重庆大学中国平煤神马控股集团有限公司，
类型：发明
国别省市：