一種微震響應(yīng)煤與瓦斯突出自觸發(fā)模擬實(shí)驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型所涉及一種捕獲煤與瓦斯突出實(shí)驗(yàn)及突出激發(fā)階段信息的模擬實(shí)驗(yàn)裝置，具體涉及用于不同瓦斯壓力、不同應(yīng)力條件下煤與瓦斯突出的模擬實(shí)驗(yàn)，以及不同瓦斯壓力、不同應(yīng)力條件下煤與瓦斯突出激發(fā)階段信息的捕獲。
【背景技術(shù)】
[0002]綜合作用假說(shuō)解釋煤與瓦斯突出的機(jī)理被廣大學(xué)者接受，認(rèn)為煤與瓦斯突出的動(dòng)力是瓦斯壓力和應(yīng)力，突出的阻力為煤體的強(qiáng)度。但到目前為止，瓦斯壓力、應(yīng)力和煤的力學(xué)性質(zhì)在如何激發(fā)煤與瓦斯突出的作用機(jī)理尚未查明，前蘇聯(lián)、日體和我國(guó)在一些學(xué)者先后設(shè)計(jì)和制造了一些設(shè)備或裝制用于煤與瓦斯突出的模擬和實(shí)驗(yàn)，這些設(shè)備或裝制在研宄煤與瓦斯突出發(fā)生階段起到了一定的作用，例如中國(guó)礦業(yè)大學(xué)通過(guò)煤與瓦斯突出裝制研宄了突出過(guò)程中溫度的變化，認(rèn)為應(yīng)力破碎煤體使彈性能釋放導(dǎo)致了突出過(guò)程中溫度的變化；焦作工學(xué)院通過(guò)煤與瓦斯突出裝制研宄了突出過(guò)程中溫度的變化，認(rèn)為瓦斯的膨脹作功過(guò)程是一個(gè)接近于等溫過(guò)程的多變過(guò)程。重慶大學(xué)、重慶研宄院、中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研宄所、遼寧工程技術(shù)大學(xué)等通過(guò)煤與瓦斯突出裝制模擬研宄不同強(qiáng)度煤體、三軸應(yīng)力、不同瓦斯壓力條件等環(huán)境下煤與瓦斯突出的過(guò)程，雖然在一定程度上推進(jìn)了煤與瓦斯突出機(jī)理的研宄進(jìn)展，但多數(shù)只是模擬了突出的過(guò)程，對(duì)煤與瓦斯突出激發(fā)階段在瓦斯壓力、地應(yīng)力作用下煤體的流變研宄的少，而通過(guò)微震響應(yīng)捕捉煤與瓦斯突出模擬實(shí)驗(yàn)突出前兆信息的更少。另外，煤與瓦斯突出激發(fā)階段是一個(gè)流變過(guò)程，但多數(shù)的模擬裝置不能模擬激發(fā)煤與瓦斯突出的流變過(guò)程。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型目的在于提供一種微震響應(yīng)煤與瓦斯突出自觸發(fā)模擬實(shí)驗(yàn)裝置，模擬煤與瓦斯突出的孕育、激發(fā)、發(fā)生和結(jié)束過(guò)程，通過(guò)突出口密封材料實(shí)現(xiàn)煤與瓦斯突出自動(dòng)觸發(fā)，通過(guò)微震監(jiān)測(cè)激發(fā)階段煤體的流變破壞過(guò)程，捕獲突出激發(fā)階段釋放的信息，實(shí)現(xiàn)煤與瓦斯突出預(yù)警。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:一種微震響應(yīng)煤與瓦斯突出自觸發(fā)模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其包括圓柱形外板、后端板、壓力加載可移動(dòng)活塞和應(yīng)力加載桿，其特征在于，所述后端板、所述圓柱形外板和所述壓力加載可移動(dòng)活塞共同組成密閉的突出腔體，所述壓力加載可移動(dòng)活塞與所述圓柱形外板之間設(shè)置有密封裝置，所述應(yīng)力加載桿與所述壓力加載可移動(dòng)活塞連接，所述圓柱形外板上開(kāi)有多個(gè)孔，瓦斯壓力傳感器和應(yīng)力傳感器的輸出端分別穿過(guò)所述孔，并保證當(dāng)向突出腔體內(nèi)的實(shí)驗(yàn)煤體加載時(shí)，所述瓦斯壓力傳感器和所述應(yīng)力傳感器與實(shí)驗(yàn)煤體直接接觸，所述圓柱形外板上還設(shè)置有瓦斯壓力加載入口，所述瓦斯壓力加載入口用于向所述突出腔體內(nèi)加入高純瓦斯氣，所述圓柱形板外設(shè)置有微震傳感器，所述后端板上設(shè)置有突出口，所述突出口為前大后小的喇叭口形結(jié)構(gòu)，在實(shí)驗(yàn)煤體填入突出腔體并壓實(shí)前，在煤與瓦斯突出口內(nèi)填充有密封材料，所述密封材料采用壓力機(jī)分層壓實(shí)，且所述密封材料壓實(shí)密封在后端板的突出口和部分的突出腔體內(nèi)，所述突出口外側(cè)設(shè)置有預(yù)固定板，所述圓柱形外板上固定有基座連接裝置，以保證模擬實(shí)驗(yàn)過(guò)程中突出腔體不發(fā)生移動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)，所述瓦斯壓力傳感器、應(yīng)力傳感器和微震傳感器與信號(hào)處理系統(tǒng)相連接。
[0005]進(jìn)一步，作為優(yōu)選，所述的特殊的密封材料是由粘土、蒙脫石、高嶺石和海泡石按一定比例均勻混合制備成的混合物，且制備后的密封材料中，石英的重量比例為61 %，銳鈦礦型重量比例為13%，其它填充材料比例為26%，所述密封材料的真密度2.81g/cmo
[0006]進(jìn)一步，作為優(yōu)選，所述特殊的密封材料的制備過(guò)程為，首先選取粘土、蒙脫石、高嶺石和海泡石，按照相應(yīng)的成分、質(zhì)量百分比混合并采用攪拌機(jī)械攪拌均勻，然后稱重放入烘箱中烘烤24小時(shí)，依次取出后放在橡皮板上碾散并過(guò)Imm標(biāo)準(zhǔn)篩，篩下物按10: I加入水充分?jǐn)嚢杈鶆虿⒎湃朊芊獯?，并要求所述密封材料的變形模量?2MPa，變形速率不超過(guò) 0.005mm/mino
[0007]進(jìn)一步，作為優(yōu)選，使用所述密封材料來(lái)封堵所述實(shí)驗(yàn)煤體時(shí)，首先將預(yù)固定板置于后端板外并通過(guò)螺母、螺栓、橡膠墊固定，然后逐層向突出腔體內(nèi)填入特殊密封，通過(guò)應(yīng)力加載桿和壓力加載可移動(dòng)活塞將IMPa的應(yīng)力作用于密封材料上，并持續(xù)24小時(shí)，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可加載于實(shí)驗(yàn)煤體上的應(yīng)力和瓦斯壓力的大小來(lái)確定填入突出腔體內(nèi)密封材料量的多少。
[0008]進(jìn)一步，作為優(yōu)選，所述微震傳感器在圓柱形外板外的設(shè)置方式為，一組3個(gè)且等分設(shè)置在圓柱形外板的圓截面上，微震傳感器與圓柱形外板通過(guò)螺帽連接。
[0009]進(jìn)一步，作為優(yōu)選，所述應(yīng)力加載桿和壓力加載可移動(dòng)活塞為一整體結(jié)構(gòu)，壓力加載可移動(dòng)活塞可從突出腔體內(nèi)移出，以便裝入密封材料和實(shí)驗(yàn)煤樣至突出腔體內(nèi)。
[0010]進(jìn)一步，作為優(yōu)選，瓦斯壓力傳感器、應(yīng)力傳感器和微震傳感器共同連接到一個(gè)信號(hào)處理系統(tǒng)，該信號(hào)處理系統(tǒng)含有瓦斯壓力、加載應(yīng)力和微震各自信號(hào)的存儲(chǔ)、分析軟件，各軟件之間采樣頻率可以相異、但時(shí)間必須同步。
[0011]進(jìn)一步，作為優(yōu)選，所述密封裝置位于壓力加載可移動(dòng)活塞上，以便使所述壓力加載可移動(dòng)活塞和突出腔體的氣密性保障通過(guò)密封裝置來(lái)完成。
[0012]進(jìn)一步，作為優(yōu)選，所述預(yù)固定板通過(guò)螺母、螺栓和橡膠墊固定于后端板上，所述預(yù)固定板在自觸發(fā)煤與瓦斯突出模擬實(shí)驗(yàn)前移除，其它條件下必須通過(guò)螺母緊密固定于后端板表面。
[0013]進(jìn)一步，作為優(yōu)選，觸發(fā)煤與瓦斯突出的動(dòng)力源為瓦斯壓力或煤體應(yīng)力或二者的共同作用，實(shí)驗(yàn)者根據(jù)所選煤樣突出特征自行設(shè)置突出動(dòng)力源。
[0014]本實(shí)用新型的有益效果在于:
[0015]1、本實(shí)用新型的密封材料，具備良好的密封性能，不會(huì)導(dǎo)致在煤樣吸附瓦斯、模擬突出期間突出口發(fā)生瓦斯泄漏、終止實(shí)驗(yàn)；其次密封材料具備良好的流變性能，模擬在瓦斯壓力、應(yīng)力作用下煤樣自動(dòng)觸發(fā)突出的過(guò)程，從而獲得突出前兆信息的特征。
[0016]2、本實(shí)用新型的突出腔體、突出口、應(yīng)力加載、注氣口和信號(hào)采集口都經(jīng)過(guò)密封處理，保證煤樣吸附瓦斯、應(yīng)力加載過(guò)程中不會(huì)發(fā)生泄漏，大大地提高了實(shí)驗(yàn)成功率。
[0017]3、本實(shí)用新型的煤樣成型期間，采用預(yù)固定裝置臨時(shí)密封突出口 ；突出口密封材料、煤樣逐層加入至突出腔體內(nèi)，采用壓力機(jī)分層加壓填實(shí)，操作工藝簡(jiǎn)單、快捷，容易在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)。
[0018]4、本實(shí)用新型采用微震、瓦斯壓力和應(yīng)力等傳感器捕捉突出孕育、激發(fā)、發(fā)生和結(jié)束四個(gè)階段煤樣內(nèi)部的瓦斯場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)變化，并采用同一信號(hào)處理系統(tǒng)記錄、分析，易實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)同步，探索煤與瓦斯突出預(yù)警的有效手段，為煤礦井下生產(chǎn)過(guò)程中非接觸式突出預(yù)測(cè)、預(yù)警方式提供有效的理論依據(jù)。
[0019]5、使用本實(shí)用新型的實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)驗(yàn)者可以依據(jù)突出煤樣自身特征自行選擇合理的突出動(dòng)力源，可以選擇瓦斯壓力或應(yīng)力，也可以二者混合，模擬瓦斯場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)單因素或二因素共同作用下發(fā)生煤與瓦斯突出，豐富突出模擬的觸發(fā)機(jī)制。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是微震響應(yīng)煤與瓦斯突出自觸發(fā)裝置未填充煤體前的剖面圖；
[0021]圖2是微震響應(yīng)煤與瓦斯突出自觸發(fā)裝置實(shí)驗(yàn)前的剖面圖；
[0022]圖3是微震響應(yīng)煤與瓦斯突出自觸發(fā)裝置右視圖；
[0023]圖4是微震響應(yīng)煤與瓦斯突出自觸發(fā)裝置左視圖；
[0024]圖5為本實(shí)用新型的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)圖。
[0025]其中，11-應(yīng)力加載桿；12-密封裝置；13-突出腔體；14-圓柱形外板；15-壓力加載可移動(dòng)活塞；16-后端板；17-實(shí)驗(yàn)煤體；18-突出口 ； 19-密封材料；21_瓦斯壓力加載入口 ；22_瓦斯壓力傳感器；23_應(yīng)力傳感器；24_微震傳感器；25_信號(hào)處理系統(tǒng)；31_橡膠墊；32_預(yù)固定板；33_螺母；34_螺栓；35_基座連接裝置。
【具體實(shí)施方式】
[0026]以下結(jié)合附圖來(lái)對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)的描繪。然而應(yīng)當(dāng)理解，附圖的提供僅為了更好地理解本實(shí)用新型，它們不應(yīng)該理解成對(duì)本實(shí)用新型的限制。
[0027]如圖1-5所示，本實(shí)用新型提供了一種微震響應(yīng)煤與瓦斯突出自觸發(fā)模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其包括圓柱形外板14、后端板16、壓力加載可移動(dòng)活塞15和應(yīng)力加載桿11，后端板16、圓柱形外板14和壓力加載可移動(dòng)活塞15共同組成密閉的突出腔體13，壓力加載可移動(dòng)活塞15與圓柱形外板14之間設(shè)置有密封裝置12，應(yīng)力加載桿11與壓力加載可移動(dòng)活塞15連接，圓柱形外板14上開(kāi)有多個(gè)孔，瓦斯壓力傳感器22和應(yīng)力傳感器23的輸出端分別穿過(guò)孔，并保證當(dāng)向突出腔體13內(nèi)的實(shí)驗(yàn)煤體17加載時(shí)，瓦斯壓力傳感器22和應(yīng)力傳感器23與實(shí)驗(yàn)煤體17直接接觸，圓柱形板14上還設(shè)置有瓦斯壓力加載入口 21，瓦斯壓力加載入口 21用于向突出腔體13內(nèi)加入高純瓦斯氣，圓柱形外板14外設(shè)置有微震傳感器24，后端板16上設(shè)置有突出口 18，突出口 18為前大后小的喇叭口形結(jié)構(gòu)，在實(shí)驗(yàn)煤體17填入突出腔體13并壓實(shí)前，在煤與瓦斯突出口 18內(nèi)填充有密封