本發(fā)明涉及巖體工程實驗設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體地講，特別涉及一種含瓦斯煤體發(fā)生沖擊地壓模擬試驗裝置及其方法。

背景技術(shù)：

目前，沖擊地壓是一種煤、巖體中聚積的彈性應(yīng)變能在一定的條件下快速、劇烈的釋放，造成煤巖體碎裂并向外拋射的現(xiàn)象。沖擊地壓發(fā)生時會造成地下巷道擠壓收縮甚至是堵塞，嚴(yán)重的影響了煤礦的安全生產(chǎn)。由于沖擊地壓的發(fā)生具有瞬時性，對其治理的工作重點是災(zāi)害的預(yù)測，所以研究沖擊地壓的觸發(fā)機(jī)制具有重要的理論價值和工程指導(dǎo)意義。

通過模擬實驗來探索沖擊地壓發(fā)生規(guī)律的方法已經(jīng)存在，但隨著煤礦逐漸進(jìn)入深部開采，在深部高地應(yīng)力和瓦斯壓力開采條件下，沖擊地壓的觸發(fā)機(jī)制也將發(fā)生變化，傳統(tǒng)模擬試驗裝置存在試驗所得發(fā)生沖擊地壓規(guī)律和沖擊地壓觸發(fā)機(jī)制在含瓦斯煤體中不適用的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題之一在于提供一種含瓦斯煤體發(fā)生沖擊地壓模擬試驗裝置，為模擬研究含瓦斯煤體的沖擊地壓災(zāi)害提供試驗裝置。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：一種含瓦斯煤體發(fā)生沖擊地壓模擬試驗裝置，包括試驗缸、氣路系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和加壓系統(tǒng)，所述試驗缸包括上蓋板、后蓋板、以及上端和后端敞口的缸體，所述上蓋板、后蓋板和缸體圍合成密封的試驗缸，在所述上蓋板和后蓋板上分別安裝有上加壓系統(tǒng)和后加壓系統(tǒng)，所述上加壓系統(tǒng)自上而下向試驗缸內(nèi)施加壓力，后加壓系統(tǒng)自后向前向試驗缸內(nèi)施加壓力；在所述缸體的前部內(nèi)開有卡槽，在所述卡槽內(nèi)卡裝有與缸體前壁板平行的擋板，在所述擋板上開有模擬孔，所述擋板的上端也卡入上蓋板上對應(yīng)設(shè)置的卡槽內(nèi)，并且在所述擋板與缸體前壁板之間留有間距；所述氣路系統(tǒng)包括高壓氣瓶、真空泵和氣管，其中氣管的一端與試驗缸內(nèi)腔連通，氣管的另一端分叉后各自連接有高壓氣瓶和真空泵；所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括采集器、數(shù)據(jù)線和計算機(jī)，所述采集器位于試件箱內(nèi)，所述數(shù)據(jù)線的一端與采集器相連、另一端穿出試件箱與計算機(jī)相連。

作為優(yōu)選，所述擋板上的模擬孔呈位于擋板正中的圓形孔。

作為另一優(yōu)選，所述擋板上的模擬孔呈位于擋板正中的矩形孔。

作為另一優(yōu)選，所述擋板上的模擬孔呈位于擋板正中的等腰梯形孔，并且所述模擬孔的上邊窄下邊寬。

作為另一優(yōu)選，所述擋板上的模擬孔呈位于擋板正中的異形孔，該異形孔由下部的矩形和上部的拱形組合而成。

在所述缸體的前方布置有帶鉆桿的鉆機(jī)，在所述前壁板上開有與鉆桿相匹配的鉆孔。

所述上加壓系統(tǒng)包括水平壓板、豎向壓桿和液壓缸，所述豎向壓桿豎向穿過上蓋體，并在豎向壓桿與上蓋體之間設(shè)有密封結(jié)構(gòu)，在所述豎向壓桿的下端固定有位于上蓋體下方的水平壓板，所述液壓缸與豎向壓桿的上端耦合；所述后加壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與上加壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)類同。

所述采集器包括壓力盒、應(yīng)變花和震動傳感器。

本發(fā)明所要解決的另一技術(shù)問題在于提供一種含瓦斯煤體發(fā)生沖擊地壓的模擬試驗方法，用于模擬研究含瓦斯煤體的沖擊地壓災(zāi)害。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：一種含瓦斯煤體發(fā)生沖擊地壓的模擬試驗方法，包括上述含瓦斯煤體發(fā)生沖擊地壓模擬試驗裝置，還包括以下步驟，

步驟一：試驗準(zhǔn)備，將缸體與后蓋板密封固定，在安裝擋板的位置安裝壓制板，所述壓制板與擋板造型相同，壓制板上沒有開孔；

步驟二：型煤壓制，將煤粉放入試驗缸內(nèi)壓制成型，在此過程中埋入采集器；

步驟三：更換壓制板，將壓制板更換為帶模擬孔的擋板，加蓋上蓋板并密封鎖緊；

步驟四：抽真空，運(yùn)行真空泵抽出試驗缸內(nèi)的氣體；

步驟五：瓦斯吸附，關(guān)閉真空泵，打開高壓氣瓶，直到試驗缸內(nèi)的氣壓達(dá)到試驗方案設(shè)定的氣壓，該設(shè)定氣壓小于0.74MPa；

步驟六：模擬沖擊地壓，運(yùn)行上加壓系統(tǒng)或者后加壓系統(tǒng)模擬沖擊地壓，直到型煤發(fā)生突然破壞；

步驟七：整理試驗數(shù)據(jù)，對計算機(jī)收集的參數(shù)進(jìn)行整理。

在步驟二型煤壓制時，將鉆桿埋入型煤內(nèi)，鉆桿自擋板模擬孔和前壁板過孔伸出試驗缸；在步驟四抽真空之前，對前壁板與擋板之間的間距進(jìn)行樹脂密封；在步驟六中，模擬沖擊地壓的同時開啟鉆機(jī)驅(qū)動鉆桿模擬鉆進(jìn)。

有益效果：本發(fā)明通過由缸體、上蓋板和后蓋板構(gòu)成試驗缸，在試驗缸內(nèi)安裝擋板，在擋板上設(shè)置模擬孔，在試驗缸內(nèi)布置采集器，在試驗缸上連接氣路系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和加壓系統(tǒng)，從而提供了一種含瓦斯煤體發(fā)生沖擊地壓模擬試驗裝置以及相應(yīng)的試驗方法，可以更加真實地模擬含瓦斯煤體沖擊地壓災(zāi)害，并獲取模擬試驗的相關(guān)參數(shù)。

附圖說明

圖1為實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為試驗缸的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為試驗缸的底部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為擋板的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為實施例二的流程示意圖。

圖中標(biāo)記如下：高壓氣瓶1、氣管2、鉆機(jī)3、鉆桿4、缸體5、擋板6、模擬孔6a、上蓋板7、豎向壓桿8、液壓缸9、采集器10、后蓋板11、數(shù)據(jù)線12、計算機(jī)13、真空泵14和水平壓板15。

具體實施方式

下面通過參考附圖描述實施例是示例性的，旨在解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實施例，所述的實施例示例在附圖中示出，其中自始至終以相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，如有術(shù)語“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示方位和位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于敘述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定方位構(gòu)造和操作，不應(yīng)理解為限制本發(fā)明的具體保護(hù)范圍。

在本發(fā)明中，除另有明確規(guī)定和限定，如有術(shù)語“組裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語應(yīng)作廣義去理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；也可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以是通過中間媒介相連，可以是兩個元件內(nèi)部相連通。對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述的術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

下面結(jié)合附圖，通過對本發(fā)明的具體實施方式作進(jìn)一步的描述，使本發(fā)明的技術(shù)方案及其有益效果更加清楚、明確。

實施例一：

如圖1、圖2、圖3和圖4所示，本實施例包括試驗缸、氣路系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和加壓系統(tǒng)。所述試驗缸包括上蓋板7、后蓋板11、以及上端和后端敞口的缸體5，所述上蓋板7、后蓋板11和缸體5圍合成密封的試驗缸。在所述缸體5的前部內(nèi)開有卡槽，在所述卡槽內(nèi)卡裝有與缸體5前壁板平行的擋板6，在所述擋板6上開有模擬孔6a。所述擋板6的上端也卡入上蓋板7上對應(yīng)設(shè)置的卡槽內(nèi)，并且在所述擋板6與缸體5前壁板之間留有間距。所述擋板6用于模擬實際開采的掌子面，擋板6上模擬孔6a的形狀根據(jù)實際試驗方案而定。所述模擬孔6a可以是呈位于擋板6正中的矩形孔；也可以是呈位于擋板6正中的圓形孔；還可以是呈位于擋板6正中的等腰梯形孔，并且所述模擬孔6a的上邊窄下邊寬；本實施例優(yōu)選所述擋板6上的模擬孔6a呈位于擋板6正中的異形孔，該異形孔由下部的矩形和上部的拱形組合而成。

如圖1、圖2和圖3所示，在所述上蓋板7和后蓋板11上分別安裝有上加壓系統(tǒng)和后加壓系統(tǒng)，所述上加壓系統(tǒng)自上而下向試驗缸內(nèi)施加壓力，后加壓系統(tǒng)自后向前向試驗缸內(nèi)施加壓力。所述上加壓系統(tǒng)包括水平壓板15、豎向壓桿8和作為動力源的液壓缸9，所述豎向壓桿8豎向穿過上蓋體，并在豎向壓桿8與上蓋體之間設(shè)有密封結(jié)構(gòu)。在所述豎向壓桿8的下端固定有位于上蓋體下方的水平壓板15，所述水平壓板15也可以是與豎向壓桿8一體的結(jié)構(gòu)。所述液壓缸9與豎向壓桿8的上端耦合，當(dāng)然也可以采用氣壓缸或者其他設(shè)備作為動力源。所述后加壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與上加壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)類同，也即后加壓系統(tǒng)包括豎向設(shè)置的后壓板、水平設(shè)置的后壓桿和對后壓桿施力的動力源。

如圖1所示，所述氣路系統(tǒng)包括高壓氣瓶1、真空泵14和氣管2，其中氣管2的一端與試驗缸內(nèi)腔連通，氣管2的另一端分叉后各自連接有高壓氣瓶1和真空泵14。當(dāng)然，為保證可靠性和方便性，在氣管2的相應(yīng)部位設(shè)有壓力表、限壓閥、減壓閥等控制原器件，以保證氣路系統(tǒng)的正常使用。

如圖1所示，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括采集器10、數(shù)據(jù)線12和計算機(jī)13，所述采集器10位于試件箱內(nèi)，所述數(shù)據(jù)線12的一端與采集器10相連、另一端穿出試件箱與計算機(jī)13相連。所述采集器10包括壓力盒、應(yīng)變花和震動傳感器。為了保證數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的正常使用，在數(shù)據(jù)線12上安裝有電橋箱。

如圖1和圖2所示，為了模擬鉆進(jìn)過程中的沖擊地壓災(zāi)害，在所述缸體5的前方布置有帶鉆桿4的鉆機(jī)3，在所述缸體5前壁板上開有與鉆桿4相匹配的鉆孔。如果不需要鉆桿4鉆進(jìn)，可以將缸體5前壁板上的鉆孔封堵。

實施例二：

如圖5所示，一種含瓦斯煤體發(fā)生沖擊地壓的模擬試驗方法，包括實施例一所述的含瓦斯煤體發(fā)生沖擊地壓模擬試驗裝置，還包括以下步驟，

步驟一：試驗準(zhǔn)備，將缸體5與后蓋板11密封固定，在安裝擋板6的位置安裝壓制板，所述壓制板與擋板6造型相同，壓制板上沒有開孔；

步驟二：型煤壓制，將煤粉放入試驗缸內(nèi)壓制成型，在此過程中埋入采集器10；

步驟三：更換壓制板，將壓制板更換為帶模擬孔6a的擋板6，加蓋上蓋板7并密封鎖緊；

步驟四：抽真空，運(yùn)行真空泵14抽出試驗缸內(nèi)的氣體；

步驟五：瓦斯吸附，關(guān)閉真空泵14，打開高壓氣瓶1，直到試驗缸內(nèi)的氣壓達(dá)到試驗方案設(shè)定的氣壓，該設(shè)定氣壓小于0.74MPa；

步驟六：模擬沖擊地壓，運(yùn)行上加壓系統(tǒng)或者后加壓系統(tǒng)模擬沖擊地壓，直到型煤發(fā)生突然破壞；

步驟七：整理試驗數(shù)據(jù)，對計算機(jī)13收集的參數(shù)進(jìn)行整理。

如果要模擬鉆進(jìn)過程中的沖擊地壓，在步驟二型煤壓制時，將鉆桿4埋入型煤內(nèi)，鉆桿4自擋板6模擬孔6a和前壁板過孔伸出試驗缸；在步驟四抽真空之前，對前壁板與擋板6之間的間距進(jìn)行樹脂密封；在步驟六中，模擬沖擊地壓的同時開啟鉆機(jī)3驅(qū)動鉆桿4模擬鉆進(jìn)。