煤与瓦斯突出模拟及煤体渗透特性测试装置制造方法
【专利摘要】本实用新型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
【技术领域】
[0001]本实用新型属于煤矿安全【技术领域】，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。
【背景技术】
[0002]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。
[0003]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。
实用新型内容
[0004]本实用新型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。
[0005]为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是: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；
[0006]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；
[0007]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;
[0008]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。
[0009]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。
[0010]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，所述第二瓦斯气体系统包括第二瓦斯气体罐，所述第二瓦斯气体罐的出气口通过第三气体传输管路与通气管连接，所述第三气体传输管路上设置有第二减压阀和第二气压表。
[0011]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:所述底座与下压头之间、底座与缸筒之间、缸筒与筒盖之间、上半凹面压头与上半凸面压头之间、套管与缸筒之间、套管盖与套管之间以及筒盖与活塞之间均设置有密封圈。
[0012]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:所述套管盖通过第一螺栓可拆卸连接在套管一端端部；所述缸筒通过第二螺栓固定连接在底座顶部，所述筒盖通过第三螺栓固定连接在缸筒顶部。
[0013]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:所述缸筒外轮廓的形状、下压头外轮廓的形状、煤岩样外轮廓的形状、套管外轮廓的形状和上半凹面压头下部外轮廓的形状均为长方体形，所述煤岩样的长度与下压头的长度和上半凹面压头下部的长度相等，所述煤岩样的宽度与下压头的宽度、套管的宽度和上半凹面压头下部的宽度相等，所述煤岩样的高度与套管外轮廓的高度相等。
[0014]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:所述第一气体传输管路的一端通过第一快速接头与第一进气通道相接，所述第一气体传输管路的另一端通过第二快速接头与第四进气通道相接。
[0015]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:所述环状凸起下表面与活塞的下端面之间的距离加上组合后的上半凹面压头和上半凸面压头的总高度大于筒盖的上端面至下压头的上端面之间的距离。
[0016]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:所述振动检测装置为型号为DH的超动态信号测试分析系统。
[0017]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:所述第三气体传输管路通过第三快速接头与通气管相接。
[0018]本实用新型与现有技术相比具有以下优点:
[0019]1、本实用新的结构简单，组装方便，使用操作便捷。
[0020]2、本实用新型的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，通过与电子万能试验机、第一瓦斯气体系统、第二瓦斯气体系统和围压液压系统，以及扰动环和振动检测装置配合使用，能够完成现有技术中难以完成的围压对煤与瓦斯突出影响的机理研究，能够在实验室，通过调节轴压、围压和瓦斯气体压力，真实地模拟无扰动影响和有扰动影响下的煤与瓦斯突出过程，且不仅能够在轴压、围压和瓦斯气体压力可控的前提下进行扰动影响下稳态法测定煤岩体气体渗流特性的实验，对巷帮煤岩体受扰动影响的气体渗透特性进行测试；还能够在轴压、围压和瓦斯气体压力可控的前提下进行扰动影响下瞬态法测定煤岩体气体渗流特性的实验，对矿井深部的煤岩体受扰动影响的气体渗透特性进行测试；本实用新型的功能完备，既能够为煤与瓦斯突出的理论研究提供实验装置，又能够为工程技术人员研究围压和扰动因素对煤岩体气体渗透特性测试的影响提供实验装置。
[0021]3、本实用新型的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，瓦斯气体能够通过透气板上的透气孔道对煤岩样进行瓦斯面加压，加压效果好，能够真实地模拟煤矿井下瓦斯气体压力对煤岩体的作用。
[0022]4、本实用新型的套管外壁上设置有刻度，能够通过观察设置在套管外壁上的刻度，使煤岩样对正位于下压头的上端面上，且能够使电子万能试验机的压头通过活塞对煤岩样进行准确地加载轴压，有助于提高煤与瓦斯突出模拟以及煤体渗透特性测试的精度。
[0023]6、本实用新型的实用性强，使用效果好，便于推广使用。
[0024]综上所述，本实用新型实现方便，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。
[0025]下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1为本实用新型的结构示意图。
[0027]图2为本实用新型突出模拟及渗透测试装置的结构示意图。
[0028]附图标记说明:
[0029]I一挡板；2—透气板；3—煤岩样；
[0030]4-1 一套管；4-2—套管盖；5—第一进气通道；
[0031]6一第二进气通道； 7—透气孔道；8—底座；
[0032]9一缸筒；10—筒盖；11—下压头；
[0033]12—上半凸面压头；13—活塞；14一第三进气通道；
[0034]15—气体入口；16—第四进气通道； 17—第一气体传输管路；
[0035]18—围压液流入通道；19—围压液入口；20—排气口；
[0036]21一排气口塞；22—第一瓦斯气体罐；
[0037]23一第二气体传输管路；24—第一减压阀；
[0038]25—第一气压表；26—围压液箱；27—围压液流入管；
[0039]28—液压泵；29—围压液溢流管；30—围压液压力表；
[0040]31一围压液溢流阀； 32—围压液回流管；33—围压液回流阀；
[0041]34—通气管；35—通气阀；36—环状凸起；
[0042]37—扰动环；38—第二瓦斯气体罐；39—上半凹面压头；
[0043]40—电子万能试验机；41 一突出模拟及渗透测试装置；
[0044]42—振动检测装置； 43—单向阀；44 一密封圈；
[0045]45—第二螺栓；46—第三螺栓；
[0046]47—第三气体传输管路；48—第二减压阀；
[0047]49一第二气压表；50—第一螺栓；51—气体流量计。
【具体实施方式】[0048]如图1和图2所示，本实用新型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；
[0049]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I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 ；
[0050]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 ；
[0051]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和围压单向阀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。
[0052]本实施例中，本实用新型还包括用于对振动强度进行检测的振动检测装置42，所述振动检测装置42的振动检测探头安放于位于筒盖10外部的活塞13的表面上，或安放于拆卸下套管盖4-2后套管4-1内露出的煤岩样3的表面上；位于筒盖10外部的活塞13的中部设置有环状凸起36，所述活塞13上套装有位于环状凸起36上部的扰动环37。
[0053]本实施例中，本实用新型还包括第二瓦斯气体系统，所述第二瓦斯气体系统包括第二瓦斯气体罐38，所述第二瓦斯气体罐38的出气口通过第三气体传输管路47与通气管34连接，所述第三气体传输管路47上设置有第二减压阀48和第二气压表49。[0054]本实施例中，所述底座8与下压头11之间、底座8与缸筒9之间、缸筒9与筒盖10之间、上半凹面压头39与上半凸面压头12之间、套管4-1与缸筒9之间、套管盖4-2与套管4-1之间以及筒盖10与活塞13之间均设置有密封圈44。
[0055]本实施例中，所述套管盖4-2通过第一螺栓50可拆卸连接在套管4-1 一端端部；所述缸筒9通过第二螺栓45固定连接在底座8顶部，所述筒盖10通过第三螺栓46固定连接在缸筒9顶部。
[0056]本实施例中，所述缸筒9外轮廓的形状、下压头11外轮廓的形状、煤岩样3外轮廓的形状、套管4-1外轮廓的形状和上半凹面压头39下部外轮廓的形状均为长方体形，所述煤岩样3的长度与下压头11的长度和上半凹面压头39下部的长度相等，所述煤岩样3的宽度与下压头11的宽度、套管4-1的宽度和上半凹面压头39下部的宽度相等，所述煤岩样3的高度与套管4-1外轮廓的高度相等。
[0057]本实施例中，所述第一气体传输管路17的一端通过第一快速接头与第一进气通道5相接，所述第一气体传输管路17的另一端通过第二快速接头与第四进气通道16相接。
[0058]本实施例中，所述环状凸起36下表面与活塞13的下端面之间的距离加上组合后的上半凹面压头39和上半凸面压头12的总高度大于筒盖10的上端面至下压头11的上端面之间的距离。
[0059]本实施例中，所述振动检测装置42为型号为DH5960的超动态信号测试分析系统。
[0060]本实施例中，所述第三气体传输管路47通过第三快速接头与通气管34相接。
[0061]本实用新型使用时突出模拟及渗透测试装置41的装配过程为:
[0062](I)将依次对接的挡板1、透气板2、煤岩样3和所述U型卡套通过电工胶带缠绕固定为一整体，组合成巷帮模拟机构；
[0063](2)将下压头11放置在所述凹槽内，且使第四进气通道16与第三进气通道14相连通，并将第一气体传输管路17的一端连接在第四进气通道16上；
[0064](3 )将缸筒9固定连接在底座8顶部；
[0065](4)将所述巷帮模拟机构具有挡板I的一端插入所述巷帮模拟机构插入孔内，并通过观察设置在套管4-1外壁上的刻度，使煤岩样3对正位于下压头11的上端面上；具体实施时，已知底座8中心至缸筒9开有巷帮模拟机构插入孔的一侧侧面的距离为I1，且已知煤岩样3的长度的一半为I2，通过公式I=I1-12就能够计算得到套管4-1伸入缸筒9内部的侧面至缸筒9开有巷帮模拟机构插入孔的一侧侧面的距离1，而该距离I能够通过观察设置在套管4-1外壁上的刻度得知；
[0066](5)将第一气体传输管路17的另一端连接在第一进气通道5上；
[0067](6)将上半凹面压头39对正放置于煤岩样3的上端面上，并在上半凹面压头39的顶部放置上半凸面压头12 ；
[0068](7)将活塞13穿过设置在筒盖10中间位置处的通孔中，并将筒盖10固定连接在缸筒9顶部，同时保证活塞13的中心与上半凸面压头12的中心对正。
[0069]突出模拟及渗透测试装置41装配完成后，将第二气体传输管路23连接到气体入口 15上；将围压液流入管27连接到围压液入口 19上；将装配完成的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，且使活塞13的上端面位于所述电子万能试验机40的压头的正下方。[0070]当需要进行无扰动影响下的煤与瓦斯突出模拟时，按照以下步骤进行:
[0071]步骤一、给煤岩样3加载轴压:电子万能试验机40的压头根据设定的速度参数和压力参数下压活塞13 ;例如，设定速度参数为0.4mm/min?0.6mm/min,设定压力参数为3MPa ?5MPa ；
[0072]步骤二、给煤岩样3加载围压:取下连接在排气口 20上的排气口塞21，打开排气口 20，打开围压液溢流阀31的进液开关，开启所述围压液压系统，围压液箱26内的围压液经过第二液压泵37加压后经由围压液流入管27和围压液入口 19流入缸筒9内，当排气口20有围压液流出时，将排气口塞21连接在排气口 20上，关闭排气口 20 ;通过在操作围压液溢流阀31，能够调节围压的大小；
[0073]步骤三、模拟瓦斯气体压力:首先，关闭通气阀35，然后，打开第一减压阀24的开关，开启所述第一瓦斯气体系统，第一瓦斯气体罐22内的瓦斯气体通过第一减压阀24减压到0.8MPa?IMPa后经由第二气体传输管路23和气体入口 15进入第一进气通道5和第二进气通道6内，并进入透气孔道7内；24?48小时后，关闭第一减压阀24的开关；
[0074]步骤四、模拟无扰动影响下的煤与瓦斯突出:拆卸下套管盖4-2，煤与瓦斯形成突出。
[0075]当需要进行有扰动影响下的煤与瓦斯突出模拟时，步骤一与步骤二与进行无扰动影响下的煤与瓦斯突出模拟完全相同，所不同的是:步骤三中第一瓦斯气体罐22内的瓦斯气体通过第一减压阀24减压到0.5MPa?0.7MPa后经由第二气体传输管路23和气体入口15进入第一进气通道5和第二进气通道6内；步骤四的具体过程如下:步骤401、拆卸下套管盖4-2，并将振动检测装置42的振动检测探头安放于套管4-1内露出的煤岩样3的表面上，开启振动检测装置42 ;步骤402、将扰动环37提起再放开，使扰动环37从高处沿着活塞13向下自由落体式冲击环状凸起36，形成对煤岩样3的冲击扰动，并不断重复该扰动过程，直至煤与瓦斯形成突出；扰动过程中，振动检测装置42对扰动产生的振动强度进行检测并存储。
[0076]当需要采用稳态法进行煤体渗透特性测试时，步骤一与步骤二与进行无扰动影响下的煤与瓦斯突出模拟完全相同，所不同的是:步骤三、给煤岩样3加载瓦斯气体压力:首先，打开通气阀35，然后，打开第一减压阀24的开关，开启所述第一瓦斯气体系统，第一瓦斯气体罐22内的瓦斯气体通过第一减压阀24减压后经由第二气体传输管路23和气体入口 15进入第一进气通道5和第二进气通道6内，并进入透气孔道7内；步骤四、对扰动影响下煤岩样3渗透的瓦斯气体流量进行检测，其具体过程如下:步骤401、将振动检测装置42的振动检测探头安放于位于筒盖10外部的活塞13的表面上，开启振动检测装置42 ;步骤402、将扰动环37提起再放开，使扰动环37从高处沿着活塞13向下自由落体式冲击环状凸起36，形成对煤岩样3的冲击扰动；扰动过程中，振动检测装置42对扰动量进行检测并存储，同时，气体流量计51对经过煤岩样3渗透到套管4-1内且流入通气管34内的瓦斯气体流量进行实时检测；步骤403、操作人员定时记录气体流量计51检测到的流量数据，并绘制出流量数据随时间变化的曲线。
[0077]当需要采用瞬态法进行煤体渗透特性测试时，步骤一与步骤二与进行无扰动影响下的煤与瓦斯突出模拟完全相同，所不同的是:步骤三、给煤岩样3加载瓦斯气体压力:首先，打开通气阀35，然后，打开第一减压阀24的开关和第二减压阀48的开关，开启所述第一瓦斯气体系统和所述第二瓦斯气体系统，并调节第一减压阀24和第二减压阀48，使第一气压表25和第二气压表49上显不的气体压力相等且均为S1MPa,第一瓦斯气体罐22内的瓦斯气体通过第一减压阀24减压后经由第二气体传输管路23和气体入口 15进入第一进气通道5和第二进气通道6内，并进入透气孔道7内，第二瓦斯气体罐38内的瓦斯气体通过第二减压阀48减压后经由第三气体传输管路47和通气管34进入U型卡套4内；5?10分钟后，关闭第一减压阀24的开关和第二减压阀48的开关；其中，的取值范围为0.5MPa?
0.7MPa ;步骤四、对扰动影响下煤岩样3渗透的瓦斯气体流量进行检测，其具体过程如下:步骤401、将振动检测装置50的振动检测探头安放于位于筒盖10外部的活塞13的表面上，开启振动检测装置50 ;步骤402、打开第一减压阀24的开关并调节第一减压阀24，使第一气压表25上显不的气体压力为a2MPa, 10?20秒后,关闭第一减压阀24的开关；其中，a2>ai且a2-ai的取值范围为0.3MPa?0.6MPa ;步骤403、将扰动环37提起再放开，使扰动环37从高处沿着活塞13向下自由落体式冲击环状凸起36，形成对煤岩样3的冲击扰动；扰动过程中，振动检测装置50对扰动产生的振动强度进行检测并存储；气体流量计51对经过煤岩样3渗透到U型卡套4内且流入通气管34内的瓦斯气体流量进行实时检测；步骤404、操作人员定时记录气体流量计51检测到的流量数据，并绘制出流量数据随时间变化的曲线。
[0078]以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。
【权利要求】
1.一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(I)、透气板(2)、煤岩样(3)和U型卡套，所述挡板(I)、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(I)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)。
2.按照权利要求1所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(42)，所述振动检测装置(42)的振动检测探头安放于位于筒盖(10)外部的活塞(13)的表面上，或安放于拆卸下套管盖(4-2)后套管(4-1)内露出的煤岩样(3)的表面上；位于筒盖(10)外部的活塞(13)的中部设置有环状凸起(36)，所述活塞(13)上套装有位于环状凸起(36)上部的扰动环(37)。
3.按照权利要求2所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，所述第二瓦斯气体系统包括第二瓦斯气体罐(38)，所述第二瓦斯气体罐(38)的出气口通过第三气体传输管路(47)与通气管(34)连接，所述第三气体传输管路(47 )上设置有第二减压阀(48 )和第二气压表(49 )。
4.按照权利要求1、2或3所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:所述底座(8)与下压头(11)之间、底座(8)与缸筒(9)之间、缸筒(9)与筒盖(10)之间、上半凹面压头(39)与上半凸面压头(12)之间、套管(4-1)与缸筒(9)之间、套管盖(4-2)与套管(4-1)之间以及筒盖(10)与活塞(13)之间均设置有密封圈(44)。
5.按照权利要求1、2或3所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:所述套管盖(4-2)通过第一螺栓(50)可拆卸连接在套管(4-1) 一端端部；所述缸筒(9 )通过第二螺栓(45 )固定连接在底座(8 )顶部，所述筒盖(10 )通过第三螺栓(46 )固定连接在缸筒(9 )顶部。
6.按照权利要求1、2或3所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:所述缸筒(9)外轮廓的形状、下压头(11)外轮廓的形状、煤岩样(3)外轮廓的形状、套管(4-1)外轮廓的形状和上半凹面压头(39)下部外轮廓的形状均为长方体形，所述煤岩样(3)的长度与下压头(11)的长度和上半凹面压头(39)下部的长度相等，所述煤岩样(3)的宽度与下压头(11)的宽度、套 管(4-1)的宽度和上半凹面压头(39)下部的宽度相等，所述煤岩样(3)的高度与套管(4-1)外轮廓的高度相等。
7.按照权利要求1、2或3所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:所述第一气体传输管路(17)的一端通过第一快速接头与第一进气通道(5)相接，所述第一气体传输管路(17)的另一端通过第二快速接头与第四进气通道(16)相接。
8.按照权利要求1、2或3所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:所述环状凸起(36)下表面与活塞(13)的下端面之间的距离加上组合后的上半凹面压头(39)和上半凸面压头(12)的总高度大于筒盖(10)的上端面至下压头(11)的上端面之间的距离。
9.按照权利要求2或3所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:所述振动检测装置(42)为型号为DH5960的超动态信号测试分析系统。
10.按照权利要求3所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:所述第三气体传输管路(47)通过第三快速接头与通气管(34)相接。
【文档编号】G01N15/08GK203772840SQ201420181896
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年4月15日 优先权日:2014年4月15日
【发明者】张天军, 任金虎, 赵佩佩, 于胜红, 宋爽, 李伟, 成小雨, 崔巍, 张磊 申请人:西安科技大学