多场耦合条件下煤与瓦斯突出多参数监测方法

摘要

本发明公开了一种多场耦合条件下煤与瓦斯突出多参数监测方法，步骤如下：1）将装有原煤试件的伸缩钢套安装在围压腔上盖和下承压板之间；2）在伸缩钢套内放置各种传感器；3）密封铝片设置在突出口密封锥套上，密封螺塞旋合在围压腔上盖的上端口内；4）监测试验前后原煤试件的应力、温度以及气体压力的变化；5）对主压力室内的试件进行加压，将轴压与围压加至预定载荷；6）对主压力室胶套内部的空气进行排空；7）向原煤试件充入瓦斯气体；8）刺破密封铝片，产生突出；对各个数据进行实时监测与收集。该方法能够采用不同尺寸的原煤在三轴应力状态下进行煤与瓦斯突出试验，对煤与瓦斯突出发生的机理进行更全面、更科学的研究。

权利要求

1.多场耦合条件下煤与瓦斯突出多参数监测方法，其特征在于，在该监测方法中采用了一种主压力室，该主压力室包括围压室底座（24）、钢筒（20）、围压腔上盖（18）、突出口密封锥套（12）、密封铝片（14）、密封螺塞（15）、升降丝杆（1）、负荷传感器（2）、下承压板（4）和围压活塞（5）；所述钢筒（20）放置在围压室底座（24）上，所述围压腔上盖（18）与钢筒（20）之间设置围压密封圈（19），围压腔上盖（18）通过拉杆（22）压在钢筒（20）上；所述下承压板（4）设置在钢筒（20）内并与钢筒（20）的内壁滑动配合，所述升降丝杆（1）竖直设置在下承压板（4）的下方并通过负荷传感器（2）顶在下承压板（4）上，所述下承压板（4）的上部呈锥形结构，所述围压活塞（5）套在下承压板（4）的上部并与下承压板（4）密封配合，所述围压活塞（5）与钢筒（20）的内壁密封配合；所述围压腔上盖（18）的中部为上口大的锥形中空结构，所述突出口密封锥套（12）压在围压腔上盖（18）的锥形口内并与围压腔上盖（18）密封配合；

该监测方法包括如下步骤：

1）提取直径为50～100mm的原煤试件，将原煤试件装在伸缩钢套（9）内并由伸缩钢套（9）固定，伸缩钢套（9）安装在主压力室内的围压腔上盖（18）和下承压板（4）之间，再用胶套（11）套在伸缩钢套（9）外将原煤试件密封；

2）在伸缩钢套（9）内放置温度传感器、压力传感器、轴向位移传感器和径向引伸计（8）；

3）所述密封铝片（14）设置在突出口密封锥套（12）上，所述密封螺塞（15）旋合在围压腔上盖（18）的上端口内并压在密封铝片（14）上，密封铝片（14）与突出口密封锥套（12）密封配合；

4）启动数据控制与采集系统，监测试验前后原煤试件的应力、温度以及气体压力的变化，并对其进行采集；

5）对主压力室内的原煤试件进行加压，向伸缩钢套（9）与钢筒（20）之间注水，对伸缩钢套（9）内的原煤试件施加围压；通过升降丝杆（1）对伸缩钢套（9）内的原煤试件施加轴压；

6）对主压力室胶套（11）内部的空气进行排空，在保持轴压与围压不变的情况下用真空泵抽掉主压力室胶套（11）内部的空气，直至气体压力低于10Pa；

7）在保持轴压与围压不变的情况下，向原煤试件充入瓦斯气体，使原煤试件吸附气体达到平衡状态，充入瓦斯气体必须保证48h以上；

8）一切准备就绪后，刺破密封铝片（14），胶套（11）内的原煤试件和瓦斯气体产生突出；对整个实验过程中的各个数据进行实时监测与收集。

说明书

多场耦合条件下煤与瓦斯突出多参数监测方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种煤与瓦斯突出多参数监测方法，特别是涉及一种多场耦合条件下煤与瓦斯突出多参数监测方法。

背景技术

[0002] 煤与瓦斯突出是煤矿井下一种极其复杂的动力现象，它严重地威胁着煤矿安全生产，影响着煤矿生产能力的发挥。在掘进工作面，特别是石门揭煤过程中经常发生煤与瓦斯延期突出，它是爆破或作业后一段时间内在爆破或作业处发生的煤与瓦斯突出。急倾斜煤层等在第一次突出发生后也曾发生过二次突出甚至是三次突出。据不完全统计，全国发生延期突出次数占总突出次数的百分之几，尽管所占比例不大，但因为“延期”，这类突出往往出乎人们的意料之外，延期突出的延期时间，无一定的规律，短则几分钟，长则十几小时，甚至几天;二次突出也常发生在第一次突出后的清理过程中；如果突出时，正好碰上工作面有人进行作业或者是正在对上次突出后进行清理，人员不能及时撤退，对矿工的危害极大，造成重大人员伤亡和财产损失，严重威胁着矿井安全生产。煤与瓦斯突出发生的机理与形式是复杂的，随着煤矿开采深度的增加以及开采条件日益复杂化，煤与瓦斯突出的发生也更加难以预测，目前，国内外学者对煤与瓦斯突出的机理研究已取得一些成果，但是绝大部分成果都是现场统计资料及实验室研究提出的假说。这些假说都只能对煤与瓦斯突出的某一部分现象给予说明，还不能构成量化的完整的原理体系。利用现有的假说对煤与瓦斯突出进行预测有很大的难度，并且准确性不高，这就给矿井安全生产带来了巨大的隐患。

[0003] 目前，进行煤与瓦斯突出试验的装置主要存在以下问题：（1）采用的试件多为型煤，型煤虽然在一定程度上与原煤有相似性，但是两者还是存在较大的差异，在对煤与瓦斯突出机理的研究上有一定的局限性；（2）部分型煤试件尺寸较大，试验准备周期较长；（3）装置安装较为复杂；（4）装置只能产生一次突出，不能够真实的反映井下煤与瓦斯突出现象；（5）突出口打开速度较慢，在一定程度上影响了煤与瓦斯突出的时间，不能接近现场情况。

发明内容

[0004] 针对现有技术中存在的上述不足，本发明提供了一种多场耦合条件下煤与瓦斯突出多参数监测方法。该方法能够采用不同尺寸的原煤在三轴应力状态下进行煤与瓦斯突出试验，对煤与瓦斯突出发生的机理进行更全面、更科学的研究。

[0005] 为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

[0006] 多场耦合条件下煤与瓦斯突出多参数监测方法，在该监测方法中采用了一种主压力室，该主压力室包括围压室底座、钢筒、围压腔上盖、突出口密封锥套、密封铝片、密封螺塞、升降丝杆、负荷传感器、下承压板和围压活塞；所述钢筒放置在围压室底座上，所述围压腔上盖与钢筒之间设置围压密封圈，围压腔上盖通过拉杆压在钢筒上；所述下承压板设置在钢筒内并与钢筒的内壁滑动配合，所述升降丝杆竖直设置在下承压板的下方并通过负荷传感器顶在下承压板上，所述下承压板的上部呈锥形结构，所述围压活塞套在下承压板的上部并与下承压板密封配合，所述围压活塞与钢筒的内壁密封配合；所述围压腔上盖的中部为上口大的锥形中空结构，所述突出口密封锥套压在围压腔上盖的锥形口内并与围压腔上盖密封配合；

[0007] 该监测方法包括如下步骤：

[0008] 1）提取直径为50～100mm的原煤试件，将原煤试件装在伸缩钢套内并由伸缩钢套固定，伸缩钢套安装在主压力室内的围压腔上盖和下承压板之间，再用胶套套在伸缩钢套外将原煤试件密封；

[0009] 2）在伸缩钢套内放置温度传感器、压力传感器、轴向位移传感器和径向引伸计；

[0010] 3）所述密封铝片设置在突出口密封锥套上，所述密封螺塞旋合在围压腔上盖的上端口内并压在密封铝片上，密封铝片与突出口密封锥套密封配合；

[0011] 4）启动数据控制与采集系统，监测试验前后原煤试件的应力、温度以及气体压力的变化，并对其进行采集；

[0012] 5）对主压力室内的原煤试件进行加压，向伸缩钢套与钢筒之间注水，对伸缩钢套内的原煤试件施加围压；通过升降丝杆对伸缩钢套内的原煤试件施加轴压；

[0013] 6）对主压力室胶套内部的空气进行排空，在保持轴压与围压不变的情况下用真空泵抽掉主压力室胶套内部的空气，直至气体压力低于10Pa；

[0014] 7）在保持轴压与围压不变的情况下，向原煤试件充入瓦斯气体，使原煤试件吸附气体达到平衡状态，充入瓦斯气体必须保证48h以上；

[0015] 8）一切准备就绪后，刺破密封铝片，胶套内的原煤试件和瓦斯气体产生突出；对整个实验过程中的各个数据进行实时监测与收集。

[0016] 与现有技术相比，本发明的多场耦合条件下煤与瓦斯突出多参数监测方法具有如下优点：

[0017] 1、该方法能够采用不同尺寸的原煤在三轴应力状态下进行煤与瓦斯突出试验，对煤与瓦斯突出发生的机理进行更全面、更科学的研究。

[0018] 2、该方法可以监测原煤体在突出前后中的瓦斯压力、应力应变状态和温度变化情况，以达到在各种因素作用下认识煤与瓦斯突出机制的目标；因为试验中采用原煤进行试验，结果更符合实际情况，能更好的揭示各种因素的作用。

[0019] 3、该方法可以认识突出过程对煤体的破坏作用，对于煤层中软分层和突出煤成因研究提供支持；为煤体在突出作用下的损伤情况及微观破坏状态研究提供基础。以便更科学的研究煤与瓦斯突出产生的机理，形成科学的、完善的理论，为煤矿对煤与瓦斯突出的防治提供理论基础。

附图说明

[0020] 图1为主压力室的结构示意图；

[0021] 图2为主压力室上部密封的结构示意图；

[0022] 图3为主压力室下部密封的结构示意图。

[0023] 附图中： 1—升降丝杆； 2—负荷传感器； 3—瓦斯进气管； 4—下承压板；5—围压活塞； 6—围压密封圈； 7—电缆密封接头； 8—径向引伸计； 9—伸缩钢套； 10—内置应变片； 11—胶套； 12—突出口密封锥套； 13—密封圈； 14—密封铝片； 15—密封螺塞； 16—突出口气压传感器； 17—排气阀； 18—围压腔上盖； 19—围压密封圈；20—钢筒； 21—防护网； 22—拉杆； 23—安装压板； 24—围压室底座； 25—围压压力水管； 26—抽真空气管； 27—瓦斯进气道； 28—压力水进水道。

具体实施方式

[0024] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。

[0025] 多场耦合条件下煤与瓦斯突出多参数监测方法，在该监测方法中采用了一种主压力室。

[0026] 主压力室的结构如图1、2和3所示，该主压力室包括围压室底座24、钢筒20、围压腔上盖18、突出口密封锥套12、密封铝片14、密封螺塞15、升降丝杆1、负荷传感器2、下承压板4和围压活塞5。围压室底座24通过安装压板23安装在机架上，钢筒20放置在围压室底座24上，围压腔上盖18与钢筒20之间设置围压密封圈19，围压腔上盖18通过拉杆22压在钢筒20上，在钢筒20外设置一层防护网21。下承压板4设置在钢筒20内并与钢筒20的内壁滑动配合，升降丝杆1竖直设置在下承压板4的下方并通过负荷传感器2顶在下承压板4上，下承压板4的上部呈锥形结构，围压活塞5套在下承压板4的上部并通过胶套11与下承压板4密封配合，围压活塞5的外壁通过围压密封圈6与钢筒20的内壁密封配合。围压腔上盖18的中部为上口大的锥形中空结构，突出口密封锥套12压在围压腔上盖18的锥形口内并通过胶套11与围压腔上盖18密封配合，在围压腔上盖18上设有排气阀17。在围压活塞5和下承压板4的中部设有瓦斯进气道27和抽真空气道，瓦斯进气道
27与瓦斯进气管3连接，抽真空气道与抽真空气管26连接，在围压活塞5和下承压板4上并靠近边缘设有压力水进水道28，压力水进水道28与围压压力水管25连接。

[0027] 该多场耦合条件下煤与瓦斯突出多参数监测方法，包括如下步骤：

[0028] 1）提取直径为50～100mm的原煤试件，将原煤试件装在伸缩钢套9内并由伸缩钢套9固定，伸缩钢套9安装在主压力室内的围压腔上盖18和下承压板4之间，再用胶套11套在伸缩钢套9外将原煤试件密封。使瓦斯进气道27和抽真空气道与原煤试件相通，本实施例中，抽真空气道与瓦斯进气道27连通。使胶套11和钢筒20之间形成围压腔，围压腔与压力水进水道28相通，排气阀17与围压腔内相通。

[0029] 2）在伸缩钢套9内放置温度传感器、压力传感器、内置应变片10（包括轴向位移传感器和径向引伸计8），完成各种引线的连接。径向引伸计8的引线通过电缆密封接头7与围压活塞5上的电缆接头连接。

[0030] 3）密封铝片14设置在突出口密封锥套12上，密封螺塞15旋合在围压腔上盖18的上端口内并压在密封铝片14上，密封铝片14通过密封圈13与突出口密封锥套12密封配合。在靠近突出口密封锥套12的内孔设置有突出口气压传感器16。

[0031] 4）启动数据控制与采集系统，监测试验前后原煤试件的应力、温度以及气体压力的变化，并对其进行采集。

[0032] 5）对主压力室内的原煤试件进行加压，通过围压压力水管25和压力水进水道28向伸缩钢套9与钢筒20之间的围压腔内注水，对伸缩钢套9内的原煤试件施加围压；通过升降丝杆1对伸缩钢套9内的原煤试件施加轴压，将轴压和围压加至预定载荷。

[0033] 6）对主压力室胶套11内部的空气进行排空，在保持轴压与围压不变的情况下用真空泵通过抽真空气管26和抽真空气道抽掉主压力室胶套11内部的空气，直至气体压力低于10Pa。

[0034] 7）在保持轴压与围压不变的情况下，通过瓦斯进气管3和瓦斯进气道27向原煤试件充入瓦斯气体，使原煤试件吸附气体达到平衡状态，充入瓦斯气体必须保证48h以上。

[0035] 8）一切准备就绪后，刺破密封铝片14，胶套11内的原煤试件和瓦斯气体产生突出；对整个实验过程中的各个数据进行实时监测与收集。

[0036] 最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。