一种煤与瓦斯突出模拟试验方法与流程

本发明涉及一种内生气体模拟突出的试验方法。

背景技术：

随着煤矿开采深度的增加，煤与瓦斯突出矿井的数量大量增加。具有突出矿井的煤炭企业每年投入大量人力、物力和财力用来防治煤与瓦斯突出的发生，防突工程量巨大，防突费用高昂，严重制约了突出矿井产能的发挥和经济效益的提高。在采取过防突措施的块段，煤与瓦斯突出事故仍然时有发生，部分矿井甚至因为煤与瓦斯突出灾害严重而被迫关闭。煤与瓦斯突出发生机理极其复杂，目前对突出机理的认识仍然停留在定性分析和半定量化描述的阶段，对突出机理的认识尚未清晰和明确。开展煤与瓦斯突出机理的研究，对于煤与瓦斯突出事故的有效预防具有重要的理论意义。

长期以来各国专家学者采用实验室模拟试验的方法对煤与瓦斯突出机理进行了长期而细致的探索和研究，并取得了大量的研究成果。所用试验方法一般是向含有煤样的密闭容器内充入高压气体，待煤样吸附平衡后，突然打开密闭容器上的突出口，模拟煤与瓦斯突出的发生。忽略了瓦斯突出煤体的漫长地质历史孕育演化过程。

技术实现要素：

本发明创造性地提出一种突出模拟试验方法，对突出模拟试验装置内的褐煤等低变质程度非突出试验煤样进行加热加压，使其变形破坏变质生成瓦斯形成具有突出潜能的突出煤体，开展煤与瓦斯突出的突出模拟试验研究，是一条新的研究思路和研究途径。

为了实现本发明的上述目的,本发明提供了一种煤与瓦斯突出模拟实验方法,其特征在于:

a通过加载系统对密闭突出模拟装置内的褐煤等非突出低阶煤施加载荷压力，模拟地应力和构造应力的作用。

b通过温控加热系统的程序升温和恒温加热，模拟深部地热和区域岩浆热的作用。

c通过提高温度加热的方式，补偿煤突出潜能形成的漫长地质历史时期作用。

d突出模拟装置内的低阶煤在不同设定试验条件的力-热作用下，发生煤化作用，变质程度不断加深，生成瓦斯气体，在外加载荷压力和孔隙气体压力的作用下，试验煤样的煤体结构破坏程度逐渐加重，吸附表面不断加大，煤样内部吸附大量的瓦斯气体，形成具有突出潜能的瓦斯突出煤体。

e通过突然打开模拟试验装置上的突出口，模拟煤与瓦斯突出动力现象的发生。

附图说明

图1和图2是为了实现本发明开发的煤与瓦斯突出模拟试验装置，该装置突出口采用快开装置打开，密封采用软金属加压密封；活塞采用冷却水环降温，组合密封结构密封；加热采用带有监测温度功能的加热装置，煤体内部加热，保证煤体受热均匀，控温准确；加压采用带有高精度液压表的油压千斤顶加压，可以准确控制煤体加压应力数值；采用隔热板可以有效降低试验煤体的热量散失，保证腔体的温度达到试验要求。图中序号：1-150吨千斤顶，共3个；2-带密封结构的活塞；3-隔热板，共6块；4-煤样；5-突出盖；6-带监测温度的加热装置；7-密封高温试验箱体；8-冷却水环；9-密封圈；10-试验架。

具体实施方式

本发明的具体研究方法包括下述步骤：

a、突出煤体孕育模拟试验：制备出具有原生结构的试验煤样，真空脱气48小时后，开展密闭条件下的温度（20～390℃）、压力（围压20～220mpa）、时间（1h～120d）、水分（含水百分比）等单一参量以及多参量耦合的突出潜能孕育演化模拟试验。

突出动力显现模拟试验：高温条件形成的突出煤体温度降到室内常温后,突然快速打开突出口,模拟动力显现过程。利用不同温度压力时间条件下形成的具有不同突出潜能大小的突出煤体模拟现场突出，用高速摄像机摄录整个动力显现过程，监测收集突出过程中的声发射信号、电磁辐射信号、微震信号、温度变化量、突出煤量、突出瓦斯量、对障碍物的破坏强度、突出物的粒度特征、突出空洞的形貌特征等参数信息。

试验结果分析研究：根据突出孕育模拟试验和突出动力显现模拟试验结果和试验认识，结合已有的理论研究成果和现场突出实例，探讨地质历史时期瓦斯突出煤体的形成机制和动力显现规律，研究煤与瓦斯突出的孕育、形成、发动、显现和结束的内在本质规律。

技术特征：

技术总结
本发明属于煤矿瓦斯灾害治理领域，提出一种突出模拟试验方法。对突出模拟试验装置内的褐煤等低变质程度非突出试验煤样进行加热加压，使其变形破坏变质生成瓦斯形成具有突出潜能的突出煤体，开展煤与瓦斯突出的突出模拟试验研究。具体试验步骤如下：A在现场采取褐煤等低变质程度的非突出煤样，在实验室真空干燥脱气48小时，在保持煤样原生结构的基础上，按照试验装置的尺寸制备煤样；B开展密闭条件下的温度（20～390℃）、压力（围压20～220MPa）、时间（1h～120d）、水分（含水百分比）等单一参量以及多参量耦合的突出潜能孕育演化模拟试验；C采用快开装置突然打开突出盖，模拟煤与瓦斯突出的动力显现过程。

技术研发人员：何俊;刘明举;牛振华;郑则用;樊东方;肖知国;冯雨;雷文杰;蔡成功;陈岩
受保护的技术使用者：河南理工大学
技术研发日：2017.04.27
技术公布日：2017.10.13