三轴煤与瓦斯多次突出试验泄压方法
【专利摘要】本发明公开了一种三轴煤与瓦斯多次突出试验泄压方法，步骤如下：1）将第一次压力室安装在主压力室的顶部，第二次压力室安装在第一次压力室的顶部；2）启动数据控制与采集系统，监测第一次压力室和第二次压力室内的温度以及气体压力的变化；3）向第一次压力室和第二次压力室内充入瓦斯气体；4）第一次压力室内的刺破刀具刺破主压力室内的密封铝片，产生一次突出达到快速泄压；5）第二次压力室内的刺破刀具刺破第一次压力室内的密封铝片，产生二次突出达到快速泄压；对试验的各个数据进行实时监测与收集。该试验泄压方法能够采用不同尺寸的原煤在三轴应力状态下进行煤与瓦斯突出试验，对煤与瓦斯突出发生的机理进行更全面、更科学的研究。
【专利说明】三轴煤与瓦斯多次突出试验泄压方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种煤与瓦斯突出试验方法，特别是涉及一种三轴煤与瓦斯多次突出试验泄压方法。
【背景技术】
[0002]煤与瓦斯突出是煤矿井下一种极其复杂的动力现象，它严重地威胁着煤矿安全生产，影响着煤矿生产能力的发挥。在掘进工作面，特别是石门揭煤过程中经常发生煤与瓦斯延期突出，它是爆破或作业后一段时间内在爆破或作业处发生的煤与瓦斯突出。急倾斜煤层等在第一次突出发生后也曾发生过二次突出甚至是三次突出。据不完全统计，全国发生延期突出次数占总突出次数的百分之几，尽管所占比例不大，但因为“延期”，这类突出往往出乎人们的意料之外，延期突出的延期时间，无一定的规律，短则几分钟，长则十几小时，甚至几天；二次突出也常发生在第一次突出后的清理过程中；如果突出时，正好碰上工作面有人进行作业或者是正在对上次突出后进行清理，人员不能及时撤退，对矿工的危害极大，造成重大人员伤亡和财产损失，严重威胁着矿井安全生产。煤与瓦斯突出发生的机理与形式是复杂的，随着煤矿开采深度的增加以及开采条件日益复杂化，煤与瓦斯突出的发生也更加难以预测，目前，国内外学者对煤与瓦斯突出的机理研究已取得一些成果，但是绝大部分成果都是现场统计资料及实验室研究提出的假说。这些假说都只能对煤与瓦斯突出的某一部分现象给予说明，还不能构成量化的完整的原理体系。利用现有的假说对煤与瓦斯突出进行预测有很大的难度，并且准确性不高，这就给矿井安全生产带来了巨大的隐患。
[0003]目前，进行煤与瓦斯突出试验的装置主要存在以下问题:(1)采用的试件多为型煤，型煤虽然在一定程度上与原煤有相似性，但是两者还是存在较大的差异，在对煤与瓦斯突出机理的研究上有一定的局限性；(2)部分型煤试件尺寸较大，试验准备周期较长；(3)装置安装较为复杂；(4)装置只能产生一次突出，不能够真实的反映井下煤与瓦斯突出现象；(5)突出口打开速度较慢，在一定程度上影响了煤与瓦斯突出的时间，不能接近现场情况。
【发明内容】
[0004]针对现有技术中存在的上述不足，本发明提供了一种三轴煤与瓦斯多次突出试验泄压方法。该试验泄压方法能够达到快速泄压的效果，并且能产生煤与瓦斯多次突出或煤与瓦斯延时突出的现象，从而对煤与瓦斯突出发生的机理进行更全面、更科学的研究。
[0005]为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案:
三轴煤与瓦斯多次突出试验泄压方法，在该试验泄压方法中采用了第一次压力室和第二次压力室；
所述第一次压力室和第二次压力室均包括压力室套筒、弹簧锁止销、刺破刀具、蓄能弹簧座、蓄能弹簧、顶盖、密封铝片和密封螺塞；所述压力室套筒的圆周上均布设有至少两个通孔，每个通孔内设有一伸进压力室套筒内的弹簧锁止销，所述弹簧锁止销与通孔滑动、且密封配合；所述蓄能弹簧座为中空结构，蓄能弹簧座设在压力室套筒内并与压力室套筒的内壁滑动配合，所述顶盖为中空结构并安装在压力室套筒的顶部，顶盖与压力室套筒密封配合，所述蓄能弹簧的一端压在蓄能弹簧座上，蓄能弹簧的另一端压在顶盖上，所述蓄能弹簧座压在弹簧锁止销上；所述刺破刀具为中空结构，刺破刀具安装在蓄能弹簧座的中部下方；所述密封铝片设置在顶盖的中空孔内，密封螺塞旋合在顶盖的中空孔内并压在密封铝片上，密封铝片与顶盖的中空孔内壁密封配合；
该试验泄压方法包括如下步骤:
1)将第一次压力室安装在主压力室的顶部，使第一次压力室的压力室套筒与主压力室的围压腔上盖的顶部密封配合，第一次压力室上的刺破刀具对准主压力室上的密封铝片；第二次压力室安装在第一次压力室的顶部，使第二次压力室的压力室套筒与第一次压力室的压力室套筒的顶部密封配合，第二次压力室上的刺破刀具对准第一次压力室上的密封铝片;
2)启动数据控制与采集系统，监测第一次压力室和第二次压力室内的温度以及气体压力的变化，并对其进行采集；
3)向第一次压力室和第二次压力室内充入瓦斯气体；
4)一切准备就绪后，使第一次压力室上的弹簧锁止销从压力室套筒内移出，第一次压力室的蓄能弹簧座下移，第一次压力室内的刺破刀具刺破主压力室内的密封招片，产生一次突出达到快速泄压；
5)使第二次压力室上的弹簧锁止销从压力室套筒内移出，第二次压力室的蓄能弹簧座下移，第二次压力室内的刺破刀具刺破第一次压力室内的密封铝片，产生二次突出达到快速泄压；整个实验过程中，对试验的各个数据进行实时监测与收集。
[0006]与现有技术相比，本发明的三轴煤与瓦斯多次突出试验泄压方法具有如下优点:
1、该试验泄压方法能够达到快速泄压的效果，并且能产生煤与瓦斯多次突出或煤与瓦
斯延时突出的现象，从而对煤与瓦斯突出发生的机理进行更全面、更科学的研究。
[0007]2、该试验泄压方法可以监测原煤体在突出后的瓦斯压力和温度变化情况，以达到在各种因素作用下认识煤与瓦斯突出机制的目标；试验中可采用原煤进行试验，结果更符合实际情况，能更好的揭示各种因素的作用。
[0008]3、该试验泄压方法能够实现多次突出与延期突出试验，为这类特殊且危害程度大的突出情况的防止提供基础。通过调节各压力室的压力差诱发不同程度的突出。可以认识突出过程对煤体的破坏作用，对于煤层中软分层和突出煤成因研究提供支持；为煤体在突出作用下的损伤情况及微观破坏状态研究提供基础。以便更科学的研究煤与瓦斯突出产生的机理，形成科学的、完善的理论，为煤矿对煤与瓦斯突出的防治提供理论基础。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1为次压力室的剖面视图；
图2为次压力室的俯视图；
图3为第一次压力室和第二次压力室安装在主压力室上的结构示意图。
[0010]附图中:I一压力室套筒；2—弹簧锁止销；3—刺破刀具；4一畜能弹簧座；5一畜能弹簧；6—顶盖；7—密封招片；8一密封螺塞；9一第一次压力室；10—第二次压力室；11 一主压力室；12 —围压腔上盖；13—密封招片；14一螺钉；15—密封圈；16—牵引电磁铁；17—齿条；18—导向套；19一齿条复位部件；20—齿轮和凸轮机构；21—护罩；22—护罩锁紧螺钉；23—复位弹簧；24—锁止销密封圈。
【具体实施方式】
[0011]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细地描述。
[0012]三轴煤与瓦斯多次突出试验泄压方法，在该试验泄压方法中采用了第一次压力室9和第二次压力室10。
[0013]第一次压力室9和第二次压力室10均包括压力室套筒1、弹簧锁止销2、刺破刀具
3、蓄能弹簧座4、蓄能弹簧5、顶盖6、密封铝片7、密封螺塞8和锁止销驱动机构。压力室套筒I的圆周上均布设有至少两个通孔(本实施例中，压力室套筒I的圆周上均布设有三个通孔)，每个通孔内设有一伸进压力室套筒I内的弹簧锁止销2，弹簧锁止销2通过锁止销密封圈24与通孔内壁密封配合，弹簧锁止销2也可在通孔内滑动。蓄能弹簧座4为中空结构，蓄能弹簧座4设在压力室套筒I内并与压力室套筒I的内壁滑动配合，顶盖6为中空结构并通过螺钉14安装在压力室套筒I的顶部，顶盖6与压力室套筒I密封配合，蓄能弹簧5的一端压在蓄能弹簧座4上，蓄能弹簧5的另一端压在顶盖6上，蓄能弹簧座4压在弹簧锁止销2上。刺破刀具3为中空结构，刺破刀具3安装在蓄能弹簧座4的中部下方，本实施例中，刺破刀具3为中空管，中空管的一端通过法兰盘连接在蓄能弹簧座4的中部下方，中空管的另一端为锥形结构。密封铝片7设置在顶盖6的中空孔内，密封螺塞8旋合在顶盖6的中空孔内并压在密封铝片7上，密封铝片7通过密封圈15与顶盖6的中空孔内壁密封配
入
口 ο
[0014]锁止销驱动机构包括牵引电磁铁16、齿条17、导向套18、齿条复位部件19、齿轮和凸轮机构20、护罩21和护罩锁紧螺钉22。齿条17靠近两端分别设有一导向套18,齿条17与导向套18滑动配合,齿条17的一端设置牵引电磁铁16,该牵引电磁铁16用于驱动齿条17在导向套18上滑动，在齿条17的另一端设置齿条复位部件19。齿轮和凸轮机构20上的齿轮与齿条17齿啮合，凸轮与弹簧锁止销2可滑动接触，在凸轮转动的过程中，凸轮可推动弹簧锁止销2向压力室套筒I内移动，在凸轮脱离弹簧锁止销2后，在复位弹簧23的作用下，弹簧锁止销2向外移动。在齿轮和凸轮机构20外设置护罩21，护罩21之间通过护罩锁紧螺钉22连接。
该三轴煤与瓦斯多次突出试验泄压方法包括如下步骤:
I)将第一次压力室9安装在主压力室11的顶部，使第一次压力室9的压力室套筒I与主压力室11的围压腔上盖12的顶部密封配合，第一次压力室9上的刺破刀具3对准主压力室11上的密封铝片13 ;第二次压力室10安装在第一次压力室9的顶部,使第二次压力室10的压力室套筒I与第一次压力室9的压力室套筒I的顶部密封配合，第二次压力室10上的刺破刀具3对准第一次压力室9上的密封铝片7。
[0015]2)启动数据控制与采集系统，监测第一次压力室9和第二次压力室10内的温度以及气体压力的变化，并对其进行采集。
[0016]3)向第一次压力室9和第二次压力室10内充入瓦斯气体。
[0017]4)一切准备就绪后，使第一次压力室9上的弹簧锁止销2从压力室套筒I内移出，第一次压力室9的蓄能弹簧座4下移，第一次压力室9内的刺破刀具3刺破主压力室11内的密封铝片13，产生一次突出达到快速泄压。
[0018]5)使第二次压力室10上的弹簧锁止销2从压力室套筒I内移出，第二次压力室10的蓄能弹簧座4下移，第二次压力室10内的刺破刀具3刺破第一次压力室9内的密封铝片13，产生二次突出达到快速泄压；整个实验过程中，对试验的各个数据进行实时监测与收集。
[0019]最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【权利要求】
1.三轴煤与瓦斯多次突出试验泄压方法，其特征在于，在该试验泄压方法中采用了第一次压力室(9)和第二次压力室(10)； 所述第一次压力室(9)和第二次压力室(10)均包括压力室套筒(I)、弹簧锁止销(2)、刺破刀具(3)、蓄能弹簧座(4)、蓄能弹簧(5)、顶盖(6)、密封铝片(7)和密封螺塞(8);所述压力室套筒(I)的圆周上均布设有至少两个通孔，每个通孔内设有一伸进压力室套筒(I)内的弹簧锁止销(2 )，所述弹簧锁止销(2 )与通孔滑动、且密封配合；所述蓄能弹簧座(4 )为中空结构，蓄能弹簧座(4)设在压力室套筒(I)内并与压力室套筒(I)的内壁滑动配合，所述顶盖(6)为中空结构并安装在压力室套筒(I)的顶部，顶盖(6)与压力室套筒(I)密封配合，所述蓄能弹簧(5)的一端压在蓄能弹簧座(4)上，蓄能弹簧(5)的另一端压在顶盖(6)上，所述蓄能弹簧座(4)压在弹簧锁止销(2)上；所述刺破刀具(3)为中空结构，刺破刀具(3)安装在蓄能弹簧座(4)的中部下方；所述密封铝片(7)设置在顶盖(6)的中空孔内，密封螺塞(8)旋合在顶盖(6)的中空孔内并压在密封铝片(7)上，密封铝片(7)与顶盖(6)的中空孔内壁密封配合； 该试验泄压方法包括如下步骤: 1)将第一次压力室(9)安装在主压力室(11)的顶部，使第一次压力室(9)的压力室套筒(I)与主压力室(11)的围压腔上盖(12)的顶部密封配合，第一次压力室(9)上的刺破刀具(3)对准主压力室(11)上的密封铝片(13);第二次压力室(10)安装在第一次压力室(9)的顶部，使第二次压力室(10)的压力室套筒(I)与第一次压力室(9)的压力室套筒(I)的顶部密封配合，第二次压力室(10)上的刺破刀具(3)对准第一次压力室(9)上的密封铝片(7)； 2)启动数据控制与采集系统，监测第一次压力室(9)和第二次压力室(10)内的温度以及气体压力的变化，并对其进行采集； 3)向第一次压力室(9)和第二次压力室(10)内充入瓦斯气体； 4)一切准备就绪后,使第一次压力室(9)上的弹簧锁止销(2)从压力室套筒(I)内移出，第一次压力室(9)的蓄能弹簧座(4)下移，第一次压力室(9)内的刺破刀具(3)刺破主压力室(11)内的密封铝片(13)，产生一次突出达到快速泄压； 5)使第二次压力室(10)上的弹簧锁止销(2)从压力室套筒(I)内移出，第二次压力室(10)的蓄能弹簧座(4)下移，第二次压力室(10)内的刺破刀具(3)刺破第一次压力室(9)内的密封铝片(13)，产生二次突出达到快速泄压；整个实验过程中，对试验的各个数据进行实时监测与收集。
【文档编号】G01N33/00GK103439460SQ201310375225
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年8月26日 优先权日:2013年8月26日
【发明者】陈结, 任松, 殷黎明, 袁曦, 姜德义, 蒋翔, 郭松涛, 易亮 申请人:重庆大学