含瓦斯煤层冲击倾向性鉴定装置及方法与流程

本发明涉及一种含瓦斯煤层冲击倾向性鉴定装置。

背景技术：

伴随开采深度的增加，煤层面临高瓦斯、高地应力、高岩溶水压的作用，同时开采过程中煤层应力场异常复杂且受反复扰动影响，极易发生冲击地压。深部煤层在成煤过程中地温高、变质程度高，煤体吸附瓦斯能力强，开采中除瓦斯对突出的影响外，还应考虑瓦斯对煤层冲击地压的影响。游离瓦斯会在煤体内微裂隙、微孔隙的尖端产生力学作用，影响煤层稳定性；而吸附瓦斯往往通过影响煤体的非力学性质，改变煤体表面自由能。因此，瓦斯极有可能对煤层的冲击倾向性产生影响。

煤岩产生冲击破坏的能力，称之为冲击倾向性，它是煤岩体的一种固有属性。煤体冲击倾向性可划分为三类，即强、弱、无。目前国内采用煤的弹性能量指数、冲击能量指数、动态破坏时间和单轴抗压强度判别煤体是否具有冲击倾向性。冲击倾向性是煤层发生冲击地压的内在因素，在开采煤层前应对煤层进行冲击倾向性鉴定，根据鉴定结果采取相应的冲击地压防治措施，已成为现阶段冲击地压防治的基本方法。

但由于在采样、加工和实验室试验中煤样中瓦斯已解吸并释放，在室内测定中也无瓦斯压力的作用，因此现阶段冲击倾向的鉴定均没有考虑原始条件下瓦斯对煤体冲击倾向性的影响，目前，现有技术中还没有一种适应于含瓦斯煤层尤其是高瓦斯煤层冲击倾向性的鉴定装置和方法。

技术实现要素：

本发明提供的瓦斯煤层冲击倾向性鉴定装置，能够获得含瓦斯煤样，并有效测定含瓦斯煤样的各项冲击指标值，为准确评估瓦斯对煤样冲击影响提供科学依据。

本发明采用的技术方案如下：

含瓦斯煤层冲击倾向性鉴定装置，包括上垫块、下垫块、渗透板、夹持机构、真空抽取系统和瓦斯注入系统；所述上垫块包括真空抽取通孔；所述下垫块包括瓦斯注入通孔；所述渗透板包括通孔连接口、沟通槽和渗透孔；所述夹持机构分左右两块，各呈半圆槽状；在对煤样注入瓦斯时，所述上垫块和所述下垫块通过所述渗透板对煤样上下夹持，然后再由所述夹持机构径向夹持，使煤样处于一个密闭腔室内，然后通过所述上垫块连通所述真空抽取系统对煤样中的空气进行抽取，最后通过所述下垫块连通所述瓦斯注入系统对煤样进行瓦斯注入。

在上述含瓦斯煤层冲击倾向性鉴定装置中，所述上垫块还包括上垫块轴向固定机构和上垫块密封槽，所述下垫块还包括下垫块轴向固定机构和下垫块密封槽，所述上垫块和所述下垫块通过所述上垫块轴向固定机构和所述下垫块轴向固定机构进行轴向固定，并通过所述上垫块密封槽和所述下垫块密封槽使煤样处于密封状态。

在上述含瓦斯煤层冲击倾向性鉴定装置中，所述夹持机构还包括夹持机构密封槽，通过与所述上垫块密封槽和所述下垫块密封槽相配合，使煤样处于密封状态。

在上述含瓦斯煤层冲击倾向性鉴定装置中，所述真空抽取系统包括真空泵、真空控制阀和真空表。

在上述含瓦斯煤层冲击倾向性鉴定装置中，所述真空抽取系统还包括瓦斯收集器。

在上述含瓦斯煤层冲击倾向性鉴定装置中，所述瓦斯注入系统包括高压瓦斯容器、高压瓦斯控制阀和压力表。

在上述含瓦斯煤层冲击倾向性鉴定装置中，所述瓦斯注入系统还包括瓦斯稳压器。

含瓦斯煤层冲击倾向性鉴定方法，使用上述含瓦斯煤层冲击倾向性鉴定装置对煤样进行冲击倾向性鉴定，包括如下步骤：

(a)将煤样通过所述渗透板与所述上垫块和所述下垫块接触，形成上下夹持状，并通过热缩膜将煤样、所述上垫块、所述下垫块和所述渗透板包裹在一起形成“联合体”；

(b)用所述夹持机构将所述“联合体”包裹在一起，使煤样处于密封腔室内；

(c)打开所述真空泵和所述真空控制阀，同时保证所述高压瓦斯控制阀关闭，将煤样内气体抽净，通过观察所述真空表，当所述真空表读数恒定时，则表示煤样内气体被抽净，关闭所述真空泵和所述真空控制阀；

(d)打开所述高压瓦斯控制阀，给煤样通高压瓦斯，当所述压力表读数恒定时，表明瓦斯充分吸附于煤样内，关闭所述高压瓦斯控制阀；

(e)将所述夹持机构拆去，给所述“联合体”安装引伸计，放置到伺服试验机上进行压缩，由伺服试验机采集的数据分别计算出冲击倾向性指标，判断瓦斯对煤层冲击倾向性的影响。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

1)本发明提供的含瓦斯煤层冲击倾向性鉴定装置及方法，由于向煤样注入瓦斯前，对煤样进行真空抽取，使煤样空隙、裂隙中不含空气，使得在对煤样注入设计的高压瓦斯时，瓦斯更容易吸附渗透到煤样中，提高了煤样的瓦斯含量，因此，本发明能够较为准确的鉴定出高压瓦斯对煤样冲击的影响程度。

2)本发明提供的含瓦斯煤层冲击倾向性鉴定装置及方法，由于采用夹持机构对煤样进行夹持，同时在完成对煤样注入高压瓦斯后，又可以将夹持机构去掉，使得煤样在使用伺服试验机加压时处于零围压状态，因此，本发明能够更加准确的获得高压瓦斯对煤样冲击影响程度。

3)本发明提供的含瓦斯煤层冲击倾向性鉴定装置及方法，与在试验腔体内进行实验相比，本发明试验过程简单易行，利于操作，工作效率更高，同时试验使用过的废弃瓦斯能够被瓦斯收集装置收纳，不会造成环境污染。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1是本发明含瓦斯煤层冲击倾向性鉴定装置结构示意图；

图2是本发明含瓦斯煤层冲击倾向性鉴定装置中上垫块正视图；

图3是本发明含瓦斯煤层冲击倾向性鉴定装置中上垫块俯视图；

图4是本发明含瓦斯煤层冲击倾向性鉴定装置中下垫块正视图；

图5是本发明含瓦斯煤层冲击倾向性鉴定装置中下垫块俯视图；

图6是本发明含瓦斯煤层冲击倾向性鉴定装置中夹持机构正视图(显示一半)；

图7是本发明含瓦斯煤层冲击倾向性鉴定装置中夹持机构俯视图(显示一半)。

图中标记为：1-上垫块，2-下垫块，3-渗透板，4-夹持机构，5-真空抽取系统，6-瓦斯注入系统，101-真空抽取通孔，102-上垫块轴向固定机构，103-上垫块密封槽，201-瓦斯注入通孔，202-下垫块轴向固定机构，203-下垫块密封槽，301-通孔连接口，302-沟通槽，303-渗透孔，401-夹持机构密封槽，501-真空泵，502-真空控制阀，503-真空表，504-瓦斯收集器，601-高压瓦斯容器，602-高压瓦斯控制阀，603-压力表，604-瓦斯稳压器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

图1-7所示是本发明含瓦斯煤层冲击倾向性鉴定装置的优选实施例。

所述含瓦斯煤层冲击倾向性鉴定装置，包括上垫块1、下垫块2、渗透板3、夹持机构4、真空抽取系统5和瓦斯注入系统6；所述上垫块1包括真空抽取通孔101、上垫块轴向固定机构102和上垫块密封槽103；所述下垫块2包括瓦斯注入通孔201、下垫块轴向固定机构202和下垫块密封槽203；所述渗透板3包括通孔连接口301、沟通槽302和渗透孔303；所述夹持机构4分左右两块，各呈半圆槽状，包括夹持机构密封槽401。

在对煤样注入瓦斯时，所述上垫块1和所述下垫块2通过所述渗透板3对煤样上下夹持，通过所述上垫块轴向固定机构102和所述下垫块轴向固定机构202进行轴向固定，并通过所述上垫块密封槽103和所述下垫块密封槽203使煤样处于密封状态。

然后再由所述夹持机构4径向夹持，通过与所述上垫块密封槽103和所述下垫块密封槽203相配合，使煤样处于一个密闭腔室内，然后通过所述上垫块1连通所述真空抽取系统5对煤样中的空气进行抽取，最后通过所述下垫块2连通所述瓦斯注入系统6对煤样进行瓦斯注入。

所述真空抽取系统5包括真空泵501、真空控制阀502、真空表503和瓦斯收集器504。

所述瓦斯注入系统6包括高压瓦斯容器601、高压瓦斯控制阀602、压力表603和瓦斯稳压器604。

使用本实施例的含瓦斯煤层冲击倾向性鉴定装置对煤样进行冲击倾向性鉴定，包括如下步骤：

a)将煤样通过所述渗透板3与所述上垫块1和所述下垫块2接触，形成上下夹持状，并通过热缩膜将煤样、所述上垫块1、所述下垫块2和所述渗透板3包裹在一起形成“联合体”；

b)用所述夹持机构4将所述“联合体”包裹在一起，使煤样处于密封腔室内；

c)打开所述真空泵501和所述真空控制阀502，同时保证所述高压瓦斯控制阀602关闭，将煤样内气体抽净，通过观察所述真空表503，当所述真空表503读数恒定时，则表示煤样内气体被抽净，关闭所述真空泵501和所述真空控制阀502；

d)打开所述高压瓦斯控制阀602，给煤样通高压瓦斯，当所述压力表603读数恒定时，表明瓦斯充分吸附于煤样内，关闭所述高压瓦斯控制阀602；

e)将所述夹持机构4拆去，给所述“联合体”安装引伸计，放置到伺服试验机上进行压缩，由伺服试验机采集的数据分别计算出冲击倾向性指标，判断瓦斯对煤层冲击倾向性的影响。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。