專利名稱:真三軸煤與瓦斯吸附解吸和突出試驗(yàn)裝置系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種真三軸煤與瓦斯吸附解吸和突出試驗(yàn)裝置系統(tǒng)，包括由若干節(jié)筒狀單元順次連接組成的筒形煤樣室結(jié)構(gòu)，每個(gè)筒狀單元外周上均設(shè)有若干壓力及溫度傳感器，筒狀單元外周上對(duì)稱設(shè)置四個(gè)加載裝置，加載裝置沿筒狀單元徑向伸入內(nèi)腔中與加載板相連，加載板對(duì)筒狀單元內(nèi)腔中的型煤施加側(cè)向地應(yīng)力；筒形煤樣室結(jié)構(gòu)兩端分別設(shè)置有反力蓋，一端的反力蓋中設(shè)置有內(nèi)側(cè)面與筒形煤樣室結(jié)構(gòu)的內(nèi)腔相通的面式充氣加載盤，用來(lái)施加軸壓，另一端設(shè)有煤與瓦斯噴出口，在煤與瓦斯噴出口處設(shè)置有瞬間釋放機(jī)構(gòu)；本實(shí)用新型能夠研究型煤在不同地應(yīng)力、不同瓦斯壓力條件下煤對(duì)瓦斯的吸附解析特性和煤與瓦斯突出機(jī)理。
【專利說(shuō)明】真三軸煤與瓦斯吸附解吸和突出試驗(yàn)裝置系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于煤炭科研【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種用于進(jìn)行不同三向地應(yīng)力、不同瓦斯壓力條件下的真三軸煤與瓦斯吸附解吸和突出試驗(yàn)裝置系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，煤與瓦斯突出是發(fā)生在煤礦井下的一種極其復(fù)雜的動(dòng)力失穩(wěn)現(xiàn)象，是煤礦井下生產(chǎn)最嚴(yán)重的災(zāi)害之一，可造成煤巖體擊中或掩埋井下人員、摧毀井下設(shè)施等事故，甚至摧毀整個(gè)工作面，負(fù)面影響極為惡劣。因發(fā)生在煤礦井下的煤與瓦斯突出，具有時(shí)間短、危害大等特點(diǎn)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)煤與瓦斯突出過(guò)程進(jìn)行全方位實(shí)施研究危險(xiǎn)性大的緣故，學(xué)者們目前主要依靠實(shí)驗(yàn)室模型試驗(yàn)手段進(jìn)行煤與瓦斯突出機(jī)制的研究和探索。
[0003]煤與瓦斯突出機(jī)理中“綜合作用假說(shuō)”因?yàn)槿婵紤]了地應(yīng)力、瓦斯壓力和煤的物理力學(xué)性質(zhì)等因素而被廣泛認(rèn)可。但是地應(yīng)力、瓦斯壓力、和煤的物理力學(xué)性質(zhì)等因素各自在突出過(guò)程中的真正作用機(jī)制并仍未被正確揭示。由于煤與瓦斯突出的高度非線性，采用物理模擬方法研究是目前普遍采用的方法。
[0004]目前，國(guó)內(nèi)外相關(guān)科研機(jī)構(gòu)已開(kāi)展了大量的煤與瓦斯突出相似模擬試驗(yàn)研究工作，研制了一系列煤與瓦斯突出模擬試驗(yàn)裝置，研究現(xiàn)狀如下:
[0005](I)申請(qǐng)?zhí)枮?00810069276.X的中國(guó)專利公開(kāi)了一種煤與瓦斯突出模擬試驗(yàn)臺(tái)，實(shí)用新型通過(guò)多組液壓千斤頂向煤樣軸向施壓，通過(guò)充氣口向煤樣內(nèi)充瓦斯，裝置突出口通過(guò)瞬間釋放機(jī)構(gòu)實(shí)施機(jī)械化自動(dòng)控制，高速打開(kāi)突出口。
[0006](2)申請(qǐng)?zhí)枮?00810233048.1的中國(guó)專利公開(kāi)了一種煤與瓦斯突出模具，在底板的中央開(kāi)設(shè)有充氣孔，該充氣孔中安裝進(jìn)氣嘴；前端板的中部開(kāi)設(shè)定位孔，該定位孔中安裝突出口。
[0007](3)申請(qǐng)?zhí)枮?00910103154.2的中國(guó)專利公開(kāi)了一種煤與瓦斯突出綜合試驗(yàn)裝置，該裝置包括煤樣室、地應(yīng)力模擬加載系統(tǒng)和氣壓加載設(shè)備，地應(yīng)力模擬加載系統(tǒng)的施力膠囊和加載裝置設(shè)置在密閉容器內(nèi)，充壓設(shè)備的充壓通道與膠囊壁夾層相通，加載裝置包括至少兩個(gè)加載塊，煤樣室由加載塊圍成，相鄰加載塊之間存在間隙，通過(guò)壓力采集裝置和攝像機(jī)觀測(cè)試驗(yàn)結(jié)果。但該裝置不能進(jìn)行地應(yīng)力加載。
[0008](4)申請(qǐng)?zhí)枮?00910103155.7的中國(guó)專利公開(kāi)了一種煤與瓦斯突出試驗(yàn)快速泄壓的煤樣室，包括煤樣室本體，煤樣室本體設(shè)置煤與瓦斯噴出口和壓力氣體進(jìn)口，煤與瓦斯噴出口設(shè)置控制閥，煤樣室本體內(nèi)在控制閥前設(shè)置隔膜，隔膜與控制閥之間的空腔為平衡腔，平衡腔設(shè)置壓力平衡氣體進(jìn)口。泄壓采用隔膜，試驗(yàn)過(guò)程復(fù)雜，不方便操作。
[0009](5)申請(qǐng)?zhí)枮?00910103157.6的中國(guó)專利公開(kāi)了一種煤與瓦斯突出試驗(yàn)裝置，包括煤樣室、氣壓加載設(shè)備，煤樣室設(shè)置煤與瓦斯噴出口，煤與瓦斯噴出口設(shè)置控制閥，氣壓加載設(shè)備的加壓氣體通道與煤樣室內(nèi)部相通，煤樣室內(nèi)在控制閥前設(shè)置隔膜，隔膜與控制閥之間的空腔為接有平衡氣壓加載設(shè)備的平衡腔，還包括設(shè)置在煤樣室內(nèi)的壓力采集裝置和設(shè)置在煤樣室外部的攝像機(jī)，煤樣室與攝像機(jī)相對(duì)的位置透明設(shè)置。但該裝置不能進(jìn)行地應(yīng)力加載。
[0010](6)申請(qǐng)?zhí)枮?01010149061.6的中國(guó)專利公開(kāi)了一種煤與瓦斯突出模擬試驗(yàn)裝置，包括:鋼筒，設(shè)置在鋼筒兩端的法蘭盤，充氣系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；設(shè)置在鋼筒一端的法蘭盤為帶有中心孔的法蘭盤，并在該法蘭盤與鋼筒的非安裝側(cè)設(shè)置防爆片。但該裝置不能進(jìn)行地應(yīng)力加載。
[0011](7)申請(qǐng)?zhí)枮?01110021828.1的中國(guó)專利公開(kāi)了一種煤與瓦斯實(shí)驗(yàn)?zāi)M裝置，包括煤樣室和氣壓加載設(shè)備，所述煤樣室中設(shè)置有至少一個(gè)用于放置煤樣的煤樣型腔，氣壓加載設(shè)備包括瓦斯氣瓶和與瓦斯氣瓶連接的加壓氣體通道，煤樣室上設(shè)置有工作時(shí)與煤樣型腔連通的煤與瓦斯噴出口，噴出口上設(shè)置有用于控制噴出口導(dǎo)通的控制裝置，在煤樣室外設(shè)置有用于對(duì)煤樣型腔內(nèi)部煤樣拍照的第一照相機(jī)，噴出口設(shè)置有用于拍攝煤與瓦斯噴出的第二照相機(jī)。
[0012](8)申請(qǐng)?zhí)枮?01110324127.5的中國(guó)專利公開(kāi)了一種石門揭煤時(shí)煤與瓦斯突出模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，其包括頂部設(shè)置有開(kāi)口的箱體，該箱體開(kāi)口配置有一加載鋼板，密閉腔體內(nèi)鋪設(shè)有頂板與底板，頂板與底板之間鋪設(shè)有煤層，該煤層與水平面形成一傾斜角，突出模擬巷道在底板內(nèi)延伸直至與煤層交匯，瓦斯采用面充氣結(jié)構(gòu)，突出口設(shè)置快速開(kāi)啟密封結(jié)構(gòu)。
[0013]綜合分析上述單位的模型試驗(yàn)臺(tái)架裝置系統(tǒng)，還存在以下不足之處:
[0014]1.上述模擬試驗(yàn)裝置無(wú)法實(shí)現(xiàn)煤與瓦斯吸附特性測(cè)試。
[0015]2.上述試驗(yàn)裝置不論大小，大部分只能進(jìn)行單向加載，不能真實(shí)模擬真三軸高地應(yīng)力加載；
[0016]3.上述模型試驗(yàn)裝置試驗(yàn)過(guò)程中操作復(fù)雜，大部分僅能定性的觀察突出現(xiàn)象，不能一次性完整采集煤與瓦斯突出試驗(yàn)過(guò)程中的壓力及溫度等參數(shù)的瞬態(tài)變化規(guī)律，實(shí)現(xiàn)定量分析。
[0017]為了更好地研究不同條件地應(yīng)力和瓦斯壓力條件下煤與瓦斯吸附特性及煤與瓦斯突出機(jī)理及發(fā)生條件，需要研制一種真三軸煤與瓦斯吸附解吸與突出試驗(yàn)裝置，以便解釋煤與瓦斯突出吸附特性和發(fā)生機(jī)理。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0018]本實(shí)用新型的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種真三軸煤與瓦斯吸附解吸和突出試驗(yàn)裝置系統(tǒng)，其能夠研究型煤在不同真三軸地應(yīng)力、不同瓦斯壓力條件下煤對(duì)瓦斯的吸附解析特性和煤與瓦斯突出機(jī)理。
[0019]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用下述技術(shù)方案:
[0020]一種真三軸煤與瓦斯吸附解吸和突出試驗(yàn)裝置系統(tǒng)，包括由若干節(jié)筒狀單元順次連接組成的筒形煤樣室結(jié)構(gòu)，每個(gè)筒狀單元外周上均設(shè)有若干能夠檢測(cè)其內(nèi)部的型煤溫度和氣體壓力的壓力及溫度傳感器，以及筒狀單元外周上對(duì)稱設(shè)置有四個(gè)加載裝置，加載裝置沿筒狀單元徑向伸入筒狀單元內(nèi)腔中與加載板相連，且能通過(guò)加載板對(duì)筒狀單元內(nèi)腔中的型煤施加側(cè)向地應(yīng)力；所述筒形煤樣室結(jié)構(gòu)兩端分別設(shè)置有反力蓋，其中一端的反力蓋中設(shè)置有內(nèi)側(cè)面與筒形煤樣室結(jié)構(gòu)的內(nèi)腔相通的面式充氣加載盤，用來(lái)施加軸壓，所述側(cè)向地應(yīng)力和軸壓共同組成三向地應(yīng)力，另一端設(shè)有工作時(shí)與筒形煤樣室結(jié)構(gòu)的內(nèi)腔連通的煤與瓦斯噴出口，在煤與瓦斯噴出口處設(shè)置有用于控制噴出口導(dǎo)通的瞬間釋放機(jī)構(gòu)；
[0021]所述面式充氣加載盤外側(cè)連接有加載活塞桿，加載活塞桿中設(shè)有抽真空及瓦斯充填孔道，抽真空及瓦斯充填孔道外端通過(guò)三通分別與外部抽真空設(shè)備和瓦斯充填設(shè)備相連通。
[0022]所述抽真空及瓦斯充填孔道的外部三通的兩出口上各安置控制開(kāi)關(guān)。
[0023]所述抽真空及瓦斯充填孔道的內(nèi)部出口與面式充氣加載盤表面交叉設(shè)置的發(fā)放射狀和環(huán)狀溝槽相通。
[0024]所述筒狀單元的內(nèi)腔為方形，筒狀單元是由沿其內(nèi)腔方形的對(duì)角線向外延伸形成對(duì)稱的四瓣式反力塊連接組成，筒狀單元的外圓周上設(shè)有若干向內(nèi)凹陷的槽，壓力及溫度傳感器和加載裝置均安裝于槽中。
[0025]每一個(gè)筒狀單元的內(nèi)腔中均有四塊與方形內(nèi)腔壁相匹配的加載板，四塊加載板組成的空間形成煤樣室，每一塊加載板通過(guò)與其相連的加載裝置能夠自由沿直線移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)煤樣室中型煤上、下、左、右方向的擠壓。
[0026]所述加載裝置為液壓缸，液壓缸通過(guò)管道與外部液壓加載設(shè)備相連。
[0027]所述瞬間釋放機(jī)構(gòu)包括上、下支架，上支架上鉸接有卡緊扣，下支架上鉸接有能夠與卡緊扣卡緊及松開(kāi)的釋放扣，釋放扣上通過(guò)螺紋旋有絲杠，絲杠末端連接能夠密封煤與瓦斯噴出口的密封盤。
[0028]通過(guò)絲杠可調(diào)節(jié)密封盤的活動(dòng)，密封時(shí)，將釋放扣與卡緊扣卡住，調(diào)節(jié)絲杠壓縮密封盤密封煤與瓦斯噴出口 ；釋放時(shí)，將釋放扣與卡緊扣分離，在壓力作用下密封盤與煤與瓦斯噴出口迅速分離。
[0029]所述筒形煤樣室結(jié)構(gòu)固定安裝于支撐架上。
[0030]所述面式充氣加載盤為方形結(jié)構(gòu)件，其外部邊緣與筒形煤樣室結(jié)構(gòu)的內(nèi)腔配合，能保證內(nèi)腔的氣密性。
[0031]所述壓力溫度傳感器通過(guò)數(shù)據(jù)線分別連接二次儀表，用于測(cè)試煤與瓦斯吸附與突出過(guò)程中氣體壓力和煤體溫度變化。
[0032]一種真三軸煤與瓦斯吸附解吸和突出試驗(yàn)裝置系統(tǒng)的試驗(yàn)方法，包括兩個(gè)階段，第一階段為煤與瓦斯的吸附解吸實(shí)驗(yàn)，第二階段為煤與瓦斯突出試驗(yàn)；
[0033]煤與瓦斯的吸附解吸實(shí)驗(yàn)步驟如下:
[0034]I)將煤樣裝在筒形煤樣室結(jié)構(gòu)的煤樣室內(nèi)，將抽真空及瓦斯充填孔道外部的三通一端連接瓦斯氣瓶，另一端連接真空抽采設(shè)備，并連接好整套所述試驗(yàn)裝置系統(tǒng)；
[0035]2)用液壓加載設(shè)備對(duì)要成型的煤樣施加荷載，根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的成型壓力分次成型；煤樣成型后，封閉煤與瓦斯噴出口，檢查試驗(yàn)容器氣密性；
[0036]3)用真空泵將煤樣室抽真空，用液壓加載設(shè)備對(duì)型煤施加壓力并保持壓力穩(wěn)定；
[0037]4)將純度為99.9 %的甲烷按預(yù)定壓力充入筒形煤樣室結(jié)構(gòu)的煤樣室，待煤樣室內(nèi)壓力達(dá)到平衡，部分氣體被吸附，部分氣體仍以游離狀態(tài)處于剩余體積之中，根據(jù)已知充入或放出的甲烷體積，扣除剩余體積的游離體積，即為吸附體積；
[0038]5)重復(fù)這樣的測(cè)定，得到各壓力段平衡壓力與吸附體積量，連接起來(lái)即為吸附等溫線；完成煤與瓦斯的吸附解吸實(shí)驗(yàn)；
[0039]煤與瓦斯突出試驗(yàn)如下:
[0040]待三向地應(yīng)力(即加載裝置通過(guò)加載板對(duì)筒狀單元內(nèi)腔施加的上下和左右兩維側(cè)向壓力和面式充氣加載盤施加的軸壓)和瓦斯壓力達(dá)到預(yù)定值后突出試驗(yàn)裝置中的型煤實(shí)際上相當(dāng)于一個(gè)含“瓦斯”的煤層，突然打開(kāi)利用瞬間釋放機(jī)構(gòu)進(jìn)行臨時(shí)密封的煤與瓦斯噴出口，此時(shí)由于瓦斯壓力和軸壓模擬地應(yīng)力的作用，使儲(chǔ)存在煤樣室中的能量從煤與瓦斯噴出口突然釋放而完成煤與瓦斯的突出試驗(yàn)；
[0041]考察試驗(yàn)現(xiàn)象(突出，壓出或傾出，不突出)，可以根據(jù)試驗(yàn)條件揭示煤巖力學(xué)性質(zhì)和加載條件對(duì)煤與瓦斯突出的影響因素和作用機(jī)制。
[0042]所要測(cè)定的突出參數(shù)有:煤樣成型壓力、突出時(shí)的油缸壓力、瓦斯壓力、瓦斯含量、瓦斯流量、突出強(qiáng)度、突出距離、突出煤粒度、突出時(shí)間等。這樣本實(shí)用新型可以研究型煤在不同地應(yīng)力、不同瓦斯壓力條件下煤對(duì)瓦斯的吸附解析特性和型煤在不同地應(yīng)力、不同瓦斯壓力條件下煤與瓦斯突出特性。
[0043]本實(shí)用新型的有益效果是:
[0044]1、本實(shí)用新型可通過(guò)液壓油缸施加三向地應(yīng)力(即加載裝置通過(guò)加載板對(duì)筒狀單元內(nèi)腔施加的上下和左右兩維側(cè)向壓力和面式充氣加載盤施加的軸壓)，實(shí)現(xiàn)真三維應(yīng)力加載，通過(guò)控制液壓油缸壓力，模擬型煤的不同受力條件。
[0045]2、本實(shí)用新型真三軸煤與瓦斯吸附解吸和突出試驗(yàn)裝置系統(tǒng)的加載活塞桿上設(shè)計(jì)有氣體孔和孔道，氣孔外部連接三通，通過(guò)三通與瓦斯氣瓶和真空抽采設(shè)備相連接，實(shí)現(xiàn)抽真空與瓦斯氣體充填，氣孔其與煤樣接觸的圓盤設(shè)計(jì)有發(fā)放射狀和環(huán)狀溝槽，上面安裝面式充填裝置。事先將型煤抽真空再充入瓦斯，更加真實(shí)的模擬煤與瓦斯的吸附狀態(tài)。
[0046]3、本實(shí)用新型的煤樣加載與試驗(yàn)裝置上設(shè)有用于檢測(cè)型煤溫度和氣體壓力的壓力溫度傳感器，可控制瓦斯壓力從而模擬不同的瓦斯壓力，實(shí)現(xiàn)型煤在不同應(yīng)力和瓦斯壓力條件下的吸附解吸和突出試驗(yàn)定量研究。
[0047]3、裝置突出口通過(guò)瞬間釋放機(jī)構(gòu)實(shí)施機(jī)械控制，高速瞬間打開(kāi)突出口，使其突然泄壓，更真實(shí)的模擬了現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖造成煤與瓦斯突出。
[0048]4、本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便且制作成本低，可實(shí)現(xiàn)定量模擬和研究煤與瓦斯突出的目的。

【附圖說(shuō)明】

[0049]圖1是本實(shí)用新型一個(gè)具體實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；
[0050]圖2是圖1中煤樣加載與試驗(yàn)裝置剖面圖；
[0051]圖3a是圖1中煤樣加載與試驗(yàn)裝置三維圖；
[0052]圖3b是四瓣式反力塊和煤樣室三維圖；
[0053]圖4是圖1中快速釋放裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0054]其中1.型煤加載與突出試驗(yàn)裝置，1-1煤樣室，1-2面式充氣加載盤，1-3四瓣式反力塊，1-4反力后蓋,2.控制系統(tǒng)與測(cè)試系統(tǒng),3.瓦斯氣瓶,4.液壓加載設(shè)備,5.加載活塞桿，6.加載油缸，7.結(jié)構(gòu)支撐，8.透明巷道，9.瞬間釋放機(jī)構(gòu)，9-1.密封盤，9-2.上支架，9-3.卡緊扣，9-4釋放扣，9-5.下支架，10.壓力及溫度傳感器，11.流速傳感器。

【具體實(shí)施方式】
[0055]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明。
[0056]如圖1和圖2所示:煤與瓦斯吸附解吸和突出試驗(yàn)裝置1，包括由若干節(jié)筒狀單元順次連接組成的筒形煤樣室結(jié)構(gòu)，每個(gè)筒狀單元外周上均設(shè)有若干能夠檢測(cè)其內(nèi)部的型煤溫度和氣體壓力的壓力及溫度傳感器10，以及筒狀單元外周上對(duì)稱設(shè)置有四個(gè)加載油缸6，加載油缸6沿筒狀單元徑向伸入筒狀單元內(nèi)腔中與加載板相連，且能通過(guò)加載板對(duì)筒狀單元內(nèi)腔中的型煤施加側(cè)向地應(yīng)力；所述筒形煤樣室結(jié)構(gòu)兩端分別設(shè)置有反力蓋(即前反力蓋和后反力蓋1-4)，前反力蓋中設(shè)置有內(nèi)側(cè)面與筒形煤樣室結(jié)構(gòu)的內(nèi)腔相通的面式充氣加載盤1-2，后反力蓋1-4設(shè)有工作時(shí)與筒形煤樣室結(jié)構(gòu)的內(nèi)腔連通的煤與瓦斯噴出口，在煤與瓦斯噴出口處設(shè)置有用于控制噴出口導(dǎo)通的瞬間釋放機(jī)構(gòu)9 ；
[0057]面式充氣加載盤1-2外側(cè)連接有加載活塞桿5，加載活塞桿5中設(shè)有抽真空及瓦斯充填孔道，抽真空及瓦斯充填孔道外端通過(guò)三通分別與外部抽真空設(shè)備和瓦斯充填設(shè)備相連通。
[0058]抽真空及瓦斯充填孔道的外部三通的兩出口各安置控制開(kāi)關(guān)。煤樣室1-1和加載油缸6均固定在結(jié)構(gòu)支撐7上。
[0059]如圖2所示:面式充氣加載盤與型煤接觸面一側(cè)留有利于瓦斯擴(kuò)散的凹槽。抽真空及瓦斯充填孔道的內(nèi)部出口與面式充氣加載盤表面交叉設(shè)置的發(fā)放射狀和環(huán)狀溝槽相通。
[0060]如圖2、圖3b所示，筒狀單元的內(nèi)腔為方形，筒狀單元是由沿其內(nèi)腔方形的對(duì)角線向外延伸形成對(duì)稱的四瓣式反力塊1-3連接組成，筒狀單元的外圓周上設(shè)有若干向內(nèi)凹陷的槽，壓力及溫度傳感器10和加載油缸6均安裝于槽中。
[0061]每一個(gè)筒狀單元的內(nèi)腔中均有四塊與方形內(nèi)腔壁相匹配的加載板，四塊加載板組成的空間形成煤樣室1-1，每一塊加載板通過(guò)與其相連的加載油缸6能夠自由沿直線移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)煤樣室1-1中型煤上、下、左、右方向的擠壓。加載油缸6通過(guò)管道與外部液壓加載設(shè)備4相連。
[0062]如圖4所示:瞬間釋放機(jī)構(gòu)9包括:下支架9-5、上支架9_2、密封盤9_1、卡緊扣9-3、釋放扣9-4。密封盤9-1能夠密封煤與瓦斯噴出口，能夠與卡緊扣卡緊及松開(kāi)的釋放扣9-4與下支架9-5鉸接，卡緊扣9-3與上支架9-2鉸接，密封盤9_1與釋放扣9_4通過(guò)絲杠連接。
[0063]通過(guò)絲杠可調(diào)節(jié)密封盤的活動(dòng)。密封時(shí)將釋放扣9-4與卡緊扣9-3卡住，調(diào)節(jié)絲杠壓縮密封盤密封煤與瓦斯噴出口；
[0064]釋放時(shí)將釋放扣9-4與卡緊扣9-3分離，在壓力作用下密封盤9_1與煤與瓦斯噴出口迅速分離。瓦斯噴出口與密封的透明巷道8 —端連通，透明巷道8上設(shè)置有用于測(cè)定透明巷道8中瓦斯氣體流速的流速傳感器11。
[0065]面式充氣加載盤1-2為方形結(jié)構(gòu)件，其外部邊緣與筒形煤樣室結(jié)構(gòu)的內(nèi)腔配合，能保證內(nèi)腔的氣密性。
[0066]壓力溫度傳感器10通過(guò)數(shù)據(jù)線分別連接二次儀表，用于測(cè)試煤與瓦斯吸附與突出過(guò)程中氣體壓力和煤體溫度變化。
[0067]利用本實(shí)用新型進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)分為兩個(gè)階段，第一階段為煤與瓦斯的吸附解吸實(shí)驗(yàn)，接著為煤與瓦斯突出試驗(yàn)。上述實(shí)驗(yàn)階段均通過(guò)該系統(tǒng)與外部相連的控制系統(tǒng)與測(cè)試系統(tǒng)2控制。
[0068]首先將煤樣裝在煤樣室1-1內(nèi)，將抽真空及瓦斯充填孔道5 —端連接瓦斯氣瓶3，另一端連接真空抽采設(shè)備，并連接好其他儀器。
[0069]用液壓加載設(shè)備4對(duì)要成型的煤樣施加荷載，根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的成型壓力分次成型。煤樣成型后，封閉突出口，檢查試驗(yàn)容器氣密性。
[0070]用真空泵將煤樣室抽真空，用液壓加載設(shè)備4對(duì)型煤施加壓力并保持壓力穩(wěn)定。
[0071]將高壓高純99.9%甲烷充入煤樣室。待煤樣室內(nèi)壓力達(dá)到平衡，部分氣體被吸附，部分氣體仍以游離狀態(tài)處于剩余體積之中，已知充入(放出)的甲烷體積，扣除剩余體積的游離體積，即為吸附體積。
[0072]重復(fù)這樣的測(cè)定，得到各壓力段平衡壓力與吸附體積量，連接起來(lái)即為吸附等溫線。完成煤與瓦斯的吸附解吸實(shí)驗(yàn)。
[0073]待地應(yīng)力和瓦斯壓力達(dá)到預(yù)定值后突出模擬裝置中的型煤實(shí)際上相當(dāng)于一個(gè)含“瓦斯”的煤層，突然打開(kāi)利用瞬間釋放機(jī)構(gòu)進(jìn)行臨時(shí)密封的突出口，此時(shí)由于瓦斯壓力和軸壓模擬地應(yīng)力的作用，使儲(chǔ)存在煤樣室中的能量從突出口突然釋放而完成煤與瓦斯的突出試驗(yàn)。
[0074]若突出裝置內(nèi)的成型煤樣在當(dāng)時(shí)的條件下力量較大，就會(huì)形成大型突出；若突出裝置內(nèi)的成型煤樣在當(dāng)時(shí)的條件下力量較小，就會(huì)出現(xiàn)壓出或者傾出現(xiàn)象；若突出裝置內(nèi)的成型煤樣在當(dāng)時(shí)的條件下無(wú)突出危險(xiǎn)，成型煤樣穩(wěn)定不動(dòng)或有極少量煤體垮落。所要測(cè)定的突出參數(shù)有:煤樣成型壓力、突出時(shí)的油缸壓力、瓦斯壓力、瓦斯含量、瓦斯流量、突出強(qiáng)度、突出距離、突出煤粒度、突出時(shí)間等。這樣本實(shí)用新型可以研究型煤在不同地應(yīng)力、不同瓦斯壓力條件下煤對(duì)瓦斯的吸附解析特性和型煤在不同地應(yīng)力、不同瓦斯壓力條件下煤與瓦斯關(guān)出特性。
[0075]上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本實(shí)用新型的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍以內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種真三軸煤與瓦斯吸附解吸和突出試驗(yàn)裝置系統(tǒng)，其特征是，包括由若干節(jié)筒狀單元順次連接組成的筒形煤樣室結(jié)構(gòu)，每個(gè)筒狀單元外周上均設(shè)有若干能夠檢測(cè)其內(nèi)部的型煤溫度和氣體壓力的壓力及溫度傳感器，以及筒狀單元外周上對(duì)稱設(shè)置有四個(gè)加載裝置，加載裝置沿筒狀單元徑向伸入筒狀單元內(nèi)腔中與加載板相連，且能通過(guò)加載板對(duì)筒狀單元內(nèi)腔中的型煤施加側(cè)向地應(yīng)力；所述筒形煤樣室結(jié)構(gòu)兩端分別設(shè)置有反力蓋，其中一端的反力蓋中設(shè)置有內(nèi)側(cè)面與筒形煤樣室結(jié)構(gòu)的內(nèi)腔相通的面式充氣加載盤，用來(lái)施加軸壓，所述側(cè)向地應(yīng)力和軸壓共同組成三向地應(yīng)力，另一端設(shè)有工作時(shí)與筒形煤樣室結(jié)構(gòu)的內(nèi)腔連通的煤與瓦斯噴出口，在煤與瓦斯噴出口處設(shè)置有用于控制噴出口導(dǎo)通的瞬間釋放機(jī)構(gòu)。2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征是，所述面式充氣加載盤外側(cè)連接有加載活塞桿，加載活塞桿中設(shè)有抽真空及瓦斯充填孔道，抽真空及瓦斯充填孔道外端通過(guò)三通分別與外部抽真空設(shè)備和瓦斯充填設(shè)備相連通；抽真空及瓦斯充填孔道的內(nèi)部出口與面式充氣加載盤表面交叉設(shè)置的呈放射狀和環(huán)狀的溝槽相通。3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征是，所述瞬間釋放機(jī)構(gòu)包括上、下支架，上支架上鉸接有卡緊扣，下支架上鉸接有能夠與卡緊扣卡緊及松開(kāi)的釋放扣，釋放扣上通過(guò)螺紋旋有絲杠，絲杠末端連接能夠密封煤與瓦斯噴出口的密封盤； 通過(guò)絲杠能調(diào)節(jié)密封盤的活動(dòng)，密封時(shí)，將釋放扣與卡緊扣卡住，調(diào)節(jié)絲杠壓縮密封盤密封煤與瓦斯噴出口 ；釋放時(shí)，將釋放扣與卡緊扣分離，在壓力作用下密封盤與煤與瓦斯噴出口迅速分離。4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征是，所述筒形煤樣室固定安裝于支撐架上。5.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征是，所述抽真空及瓦斯充填孔道的外部三通管的兩出口上各安置控制開(kāi)關(guān)。6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征是，所述筒狀單元的內(nèi)腔為方形，筒狀單元是由沿其內(nèi)腔方形的對(duì)角線向外延伸形成對(duì)稱的四瓣式反力塊連接組成，筒狀單元的外圓周上設(shè)有若干向內(nèi)凹陷的槽，壓力及溫度傳感器和加載裝置均安裝于槽中。7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征是，每一個(gè)筒狀單元的內(nèi)腔中均有四塊與方形內(nèi)腔壁相匹配的加載板，四塊加載板組成的空間形成煤樣室，每一塊加載板通過(guò)與其相連的加載裝置能夠自由沿直線移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)煤樣室中型煤上、下、左、右方向的擠壓。8.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征是，所述加載裝置為液壓缸，液壓缸通過(guò)管道與外部液壓加載設(shè)備相連。9.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征是，所述面式充氣加載盤為方形結(jié)構(gòu)件，其外部邊緣與筒形煤樣室結(jié)構(gòu)的內(nèi)腔配合，能保證內(nèi)腔的氣密性。10.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征是，所述壓力及溫度傳感器通過(guò)數(shù)據(jù)線分別連接二次儀表，用于測(cè)試煤與瓦斯吸附與突出過(guò)程中氣體壓力和煤體溫度變化。
【文檔編號(hào)】G01N3-10GK204286978SQ201420771107
【發(fā)明者】王漢鵬, 張慶賀, 李清川, 張冰, 李海燕 [申請(qǐng)人]山東大學(xué)