本发明公开了一种软硬复合煤层的煤与瓦斯突出实验系统及方法，包括复合煤层、液压组件、补气容器、瓦斯流量控制器、补气分支管路、控制线路、透气板、爆破片、突出管路、数据采集系统、压力传感器和粉尘传感器，复合煤层由内至外分别布置有为突出发生后进行补气的透气板、补气分支管路和补气容器，补气分支管路与补气容器之间安装有模拟应力不均匀分布而产生应力集中的液压组件；在补气装置提供动力条件和软分层提供强度条件的作用下诱发煤与瓦斯突出的孕育、发生和发展。该方法更加真实地反演了井下在应力集中与邻近煤层提供瓦斯来源的基础上诱发煤与瓦斯突出的全过程，为进一步开展复合煤层的煤与瓦斯突出研究提供一定的数据支撑和理论依据。
1.一种软硬复合煤层的煤与瓦斯突出实验方法，其特征在于：包括如下五个步骤：
S1复合煤层的制备与瓦斯的吸附平衡：为模拟井下软硬复合煤层实际赋存情况，煤样由上、下硬煤，中间夹杂为软煤压制而成，将压制成型的复合煤样放入实验装置内，在确保良好密封条件下，充入高压甲烷气体，并使煤样达到吸附平衡状态；
S2液压控制系统的调控与突出的诱发：通过控制线路对液压组件进行调控，增加煤样围压与轴压，改变煤样上方应力的分布状态，模拟地层在掘进过程发生的应力集中现象，进而诱发煤与瓦斯突出的产生；
S3声发射与应力‑应变的实时监测：利用声发射和应力‑应变传感器对受轴压、围压作用下复合煤层的孔隙裂隙产生、扩展以及应力‑应变情况进行实时监测，并通过数据采集系统将其记录和保存；
S4煤与瓦斯突出后的监测监控：随着上覆煤层所受应力的变化，煤层左侧的爆破片发生破坏，大量游离瓦斯和破碎煤粉涌出实验装置，导致煤与瓦斯突出的发生，利用瓦斯传感器、粉尘传感器以及高速摄像机对突出管路中的瓦斯/煤尘浓度、流量以及突出影像进行全程监测监控；
S5突出孔洞形态的观察与分析：待突出发生结束后，观察突出孔洞形态、孔洞体积以及突出煤体的分选情况，并与井下实际发生突出后的事故报告进行对比与分析；
所述的一种软硬复合煤层的煤与瓦斯突出实验方法所使用的实验系统，包括复合煤层、液压组件、补气容器、瓦斯流量控制器、补气分支管路、控制线路、透气板、爆破片、突出管路、数据采集系统、压力传感器和粉尘传感器，由硬煤‑软煤‑硬煤组成的复合煤层安放在整个实验系统的中心位置，复合煤层由内至外分别布置有为突出发生后进行补气的透气板、补气分支管路和补气容器，其中在补气分支管路和补气容器之间安装有用于提供轴压和围压的液压组件，通过声发射和应力‑应变监测系统对复合煤层在突出孕育、发生和发展过程中的孔隙裂隙产生、扩展以及应力‑应变情况进行实时监测，利用瓦斯传感器、粉尘传感器以及高速摄像机对突出发生后突出管路中的瓦斯/煤尘浓度、流量以及突出影像进行全程监测监控，并在突出结束后，观察突出孔洞形态、孔洞体积以及突出煤体的分选情况。
2.根据权利要求1所述的一种软硬复合煤层的煤与瓦斯突出实验方法，其特征在于，在步骤S2中的液压控制系统的调控与突出的诱发包括如下步骤：
S21利用控制线路调控液压组件的伸缩状态，增加煤样所受的围压和轴压；
S22为模拟掘进过程中应力集中诱发煤与瓦斯突出，在保持轴压不变的情况下，调整煤样上方液压组件的伸缩状态，使煤样上方受到以中间应力集中、前后保持原始应力的“凸”字形应力分布；
S23在应力集中条件下，煤样中产生新的孔隙‑裂隙，大量吸附态瓦斯发生解吸，转变为游离瓦斯，增加了受限空间内瓦斯压力，为诱发复合煤层中软分层发生突出提供动力条件。
3.根据权利要求1所述的一种软硬复合煤层的煤与瓦斯突出实验方法，其特征在于，在步骤S4中的煤与瓦斯突出后的监测监控包括如下步骤：
S41随着上覆煤层所受应力的变化，当应力集中现象逐渐向软分层厚度突然增加的区域推进时，由于软分层厚度增加，使得所处区域煤体抗压强度降低，在应力集中的作用下，煤体内部结构发生破坏，进而为诱发煤与瓦斯突出的产生提供强度条件；
S42在大量瓦斯解吸提供动力条件和软分层厚度突然增加提供强度条件的基础上，爆破片破碎、煤与瓦斯突出产生，大量游离瓦斯和破碎煤体从突出管路中喷出；
S43为了模拟周围煤岩体为突出的发生提供高压瓦斯，以保证突出能够持续发生和发展，通过控制线路控制瓦斯流量控制器，将补气容器中的高压瓦斯经补气分支管路和透气板均匀、持续地输送至复合煤层。
4.根据权利要求1所述的一种软硬复合煤层的煤与瓦斯突出实验方法所使用的实验系统，其特征在于：所述的复合煤层是由上、下硬煤，中间夹杂为软煤压制而成，为模拟软分层突然增加诱发煤与瓦斯突出的过程，在软煤层的中部增加软煤的厚度，达到模拟井下软分层的突然增加的效果；所述的液压组件是由控制线路进行调控，通过控制其伸缩状态以达到复合煤层围压和轴压的加载与卸载；液压组件由多个液压伸缩杆构成，通过控制线路对每一个伸缩杆的伸缩状态进行调整，以实现应力的不均匀分布；为模拟掘进过程中应力集中诱发煤与瓦斯突出，在保持围压不变的情况下，调整煤样上方液压组件的伸缩状态，使煤样上方受到以中间应力集中、前后保持原始应力的“凸”字形应力分布，并随着时间的延长，应力集中逐渐由左向右逐渐推移与调整，进而模拟井下采掘过程的应力变化。
5.根据权利要求1所述的一种软硬复合煤层的煤与瓦斯突出实验方法所使用的实验系统，其特征在于：所述的声发射和应力‑应变传感器对受载条件下复合煤层的孔隙裂隙产生、扩展以及应力‑应变情况进行实时监测，并通过数据采集系统将其测定数据进行记录和保存；通过声发射测定受载过程中在不同时间阶段孔隙裂隙的产生、扩展情况，进而反映煤体发生破坏的全过程；所述透气板为可伸缩材质，当发生煤与瓦斯突出时，通过补气分支管路和透气板模拟井下邻近煤岩层为突出的持续提供瓦斯气体；同时，随着大量游离瓦斯和破碎煤体的喷出，装置内的透气板和硬煤在轴压与围压的作用下向中间软分层突出后的孔洞方向发生变形与位移，利用应力‑应变传感器对透气板、硬煤在煤与瓦斯突出诱发、发生以及结束阶段的应力‑应变情况进行实时监测，进而为验证井下突出煤体的体积大于突出孔洞体积的现象提供有力的理论与数据支撑。
6.根据权利要求1所述的一种软硬复合煤层的煤与瓦斯突出实验方法所使用的实验系统，其特征在于：所述的透气板模拟邻近煤岩层为突出的发生提供均匀、持续的游离瓦斯，在突出发生初期，透气板内的孔隙中储存的大量游离瓦斯，模拟在应力集中作用下邻近煤岩层孔隙‑裂隙产生和扩展而引起吸附态瓦斯解吸，形成高压游离瓦斯，为诱发煤与瓦斯突出的发生提供动力条件；补气容器模拟邻近煤岩层中的吸附态瓦斯，在突出过程中发生解吸，经补气分支管路将解吸的游离态瓦斯输送至透气板，模拟了邻近煤岩层吸附态瓦斯的解吸‑扩散‑渗流的过程。
一种软硬复合煤层的煤与瓦斯突出实验系统及方法
技术领域
[0001] 本发明属于煤矿自然灾害中的煤与瓦斯突出领域，具体涉及一种软硬复合煤层的煤与瓦斯突出实验系统及方法。
背景技术
[0002] 随着浅部煤炭资源日趋开采殆尽，煤炭资源逐步进入深部开采阶段，伴随着更加复杂的地质条件，导致潜在危险性逐步增加，矿井灾害发生的频次和伤亡事故起数亦趋于
增多。其中煤与瓦斯突出事故最为常见，且极易因大量高浓度瓦斯和煤尘的产生引起瓦斯
爆炸、煤尘爆炸等二次事故的发生，严重影响着矿井正常的安全生产，威胁着井下作业人员的生命健康。
[0003] 煤与瓦斯突出的发生并不是平白无故产生、无规律可寻的，一般容易发生在软硬复合煤层中软分层厚度突增的区域。受地质构造作用的影响，煤层中部的煤体在地壳运动、挤压滑移过程中变为构造煤，最终在煤层自上而下形成硬煤‑软煤‑硬煤的垂向分布特征。
在煤层采掘过程中，由于软分层突然增加，且软分层的抗压、抗拉以及抗剪切能力均较小，使得煤层整体抗破坏强度下降。应力集中现象主要发生在掘进工作面前方，随着井下掘进
作业的进行，其上方应力集中现象也随之向掘进工作面前方推进，当应力集中推移至软分
层突增区域，由于煤体结构强度的降低，导致煤体发生破坏、大量吸附态瓦斯被解吸出来，形成高压瓦斯区；随着掘进工作的持续推进，当掘进至软分层突增区域时，煤体结构发生失稳破坏，诱发煤与瓦斯突出的发生，大量游离瓦斯和破碎煤块/粉涌向掘进工作面。因此，开展对软硬复合煤层的煤与瓦斯的研究、探索其发生‑发展的客观规律具有一定的必要性和
紧迫性。通过在实验室开展相关试验是一种快捷且重要的研究手段，然而目前开展的试验
中仍存在一些不足，部分影响因素并未被充分考虑。例如由于受采动影响，在工作面前方发生应力集中现象对诱发软分层突出的影响；在突出发生后，煤体四周煤岩体和后方煤层发
生瓦斯解吸为突出的发生提供动力，以及突出后对周围煤岩体发生膨胀变形的影响。因此，亟待开展考虑相关因素对复合煤层煤与瓦斯突出的实验研究，为进一步为系统地开展理论
分析提供有力的支撑。
发明内容
[0004] 针对上述现有问题，本发明提出了一种软硬复合煤层的煤与瓦斯突出实验系统及方法，更加真实地反映井下煤与瓦斯突出的发生过程，掌握其发生、发展的客观规律，为预防事故的发生提供有力的理论依据。
[0005] 为解决上述问题，本发明提供了如下的技术方案：
[0006] 本方案提供的一种软硬复合煤层的煤与瓦斯突出实验方法，包括如下五个步骤：
[0007] S1复合煤层的制备与瓦斯的吸附平衡：为模拟井下软硬复合煤层实际赋存情况，煤样由上、下硬煤，中间夹杂为软煤压制而成，将压制成型的复合煤样放入实验装置内，在确保良好密封条件下，充入高压甲烷气体，并使煤样达到吸附平衡状态；
[0008] S2液压控制系统的调控与突出的诱发：通过控制线路对液压组件进行调控，增加煤样围压与轴压，改变煤样上方应力的分布状态，模拟地层在掘进过程发生的应力集中现
象，进而诱发煤与瓦斯突出的产生；
[0009] S3声发射与应力‑应变的实时监测：利用声发射和应力‑应变传感器对受轴压、围压作用下复合煤层的孔隙裂隙产生、扩展以及应力‑应变情况进行实时监测，并通过数据采集系统将其记录和保存；
[0010] S4煤与瓦斯突出后的监测监控：随着上覆煤层所受应力的变化，煤层左侧的爆破片发生破坏，大量游离瓦斯和破碎煤粉涌出实验装置，导致煤与瓦斯突出的发生，利用瓦斯传感器、粉尘传感器以及高速摄像机对突出管路中的瓦斯/煤尘浓度、流量以及突出影像进行全程监测监控；
[0011] S5突出孔洞形态的观察与分析：待突出发生结束后，观察突出孔洞形态、孔洞体积以及突出煤体的分选情况，并与井下实际发生突出后的事故报告进行对比与分析。
[0012] 所述的在步骤S2中的液压控制系统的调控与突出的诱发包括如下步骤：
[0013] S21利用控制线路调控液压组件的伸缩状态，增加煤样所受的围压和轴压；
[0014] S22为模拟掘进过程中应力集中诱发煤与瓦斯突出，在保持轴压不变的情况下，调整煤样上方液压组件的伸缩状态，使煤样上方受到以中间应力集中、前后保持原始应力的
“凸”字形应力分布；
[0015] S23在应力集中条件下，煤样中产生新的孔隙‑裂隙，大量吸附态瓦斯发生解吸，转变为游离瓦斯，增加了受限空间内瓦斯压力，为诱发复合煤层中软分层发生突出提供动力条件。
[0016] 所述的在步骤S4中的煤与瓦斯突出后的监测监控包括如下步骤：
[0017] S41随着上覆煤层所受应力的变化，当应力集中现象逐渐向软分层厚度突然增加的区域推进时，由于软分层厚度增加，使得所处区域煤体抗压强度降低，在应力集中的作用下，煤体内部结构发生破坏，进而为诱发煤与瓦斯突出的产生提供强度条件；
[0018] S42在大量瓦斯解吸提供动力条件和软分层厚度突然增加提供强度条件的基础上，爆破片破碎、煤与瓦斯突出产生，大量游离瓦斯和破碎煤体从突出管路中喷出；
[0019] S43为了模拟周围煤岩体为突出的发生提供高压瓦斯，以保证突出能够持续发生和发展，通过控制线路控制瓦斯流量控制器，将补气容器中的高压瓦斯经补气分支管路和
透气板均匀、持续地输送至复合煤层。
[0020] 所述的提供的一种软硬复合煤层的煤与瓦斯突出实验系统，包括复合煤层、液压组件、补气容器、瓦斯流量控制器、补气分支管路、控制线路、透气板、爆破片、突出管路、数据采集系统、压力传感器和粉尘传感器，由硬煤‑软煤‑硬煤组成的复合煤层安放在整个实验系统的中心位置，复合煤层由内至外分别布置有为突出发生后进行补气的透气板、补气
分支管路和补气容器，其中在补气分支管路和补气容器之间安装有用于提供轴压和围压的
液压组件，通过声发射和应力‑应变监测系统对复合煤层在突出孕育、发生和发展过程中的孔隙裂隙产生、扩展以及应力‑应变情况进行实时监测，利用瓦斯传感器与粉尘传感器对突出发生后突出管路中的瓦斯/煤尘浓度、流量以及突出影像进行全程监测监控，并在突出结束后，观察突出孔洞形态、孔洞体积以及突出煤体的分选情况。
[0021] 所述的复合煤层是由上、下硬煤，中间夹杂为软煤压制而成，为模拟软分层突然增加诱发煤与瓦斯突出的过程，在软煤层的中部增加软煤的厚度，达到模拟井下软分层的突然增加的效果。
[0022] 所述的液压组件是由控制线路进行调控，通过控制其伸缩状态以达到复合煤层围压和轴压的加载与卸载；液压组件由多个液压伸缩杆构成，通过控制线路对每一个伸缩杆
的伸缩状态进行调整，以实现应力的不均匀分布；为模拟掘进过程中应力集中诱发煤与瓦
斯突出，在保持围压不变的情况下，调整煤样上方液压组件的伸缩状态，使煤样上方受到以中间应力集中、前后保持原始应力的“凸”字形应力分布，并随着时间的延长，应力集中逐渐由左向右逐渐推移与调整，进而模拟井下采掘过程的应力变化。
[0023] 所述的声发射和应力‑应变传感器对受载条件下复合煤层的孔隙裂隙产生、扩展以及应力‑应变情况进行实时监测，并通过数据采集系统将其测定数据进行记录和保存；通过声发射测定受载过程中在不同时间阶段孔隙裂隙的产生、扩展情况，进而反映煤体发生
破坏的全过程；所述透气板为可伸缩材质，当发生煤与瓦斯突出时，通过补气分支管路和透气板模拟井下邻近煤岩层为突出的持续提供瓦斯气体；同时，随着大量游离瓦斯和破碎煤
体的喷出，装置内的透气板和硬煤在轴压与围压的作用下向中间软分层突出后的孔洞方向
发生变形与位移，利用应力‑应变传感器对透气板、硬煤在煤与瓦斯突出诱发、发生以及结束阶段的应力‑应变情况进行实时监测，进而为验证井下突出煤体的体积大于突出孔洞体
积的现象提供有力的理论与数据支撑。
[0024] 所述的瓦斯流量控制器通过控制瓦斯流量，模拟突出过程中周围煤岩内瓦斯解吸为煤与瓦斯突出的持续发生‑发展提供动力；其中上、下煤层厚度小，提供的瓦斯量相对较少，在突出发生后，随着时间的推移，利用瓦斯流量控制器逐渐减小瓦斯流量，以模拟周围煤岩因强度较大而未发生持续地破坏，距离较远的围岩仍保持原始孔隙结构，渗透率较低，为突出发生提供的瓦斯流量有所下降；而对于煤层采掘后方煤体作为瓦斯运移的主要通
道，在突出发生后，其后方煤体发生持续地破坏，产生大量游离瓦斯，为突出的发生提供充足游离瓦斯，作为补气的主要提供来源，利用瓦斯流量控制器源源不断地为突出的发生提
供稳定的瓦斯。
[0025] 所述的透气板模拟邻近煤岩层为煤与突出的发生提供均匀、持续的游离瓦斯，在突出发生初期，透气板内的孔隙中储存的大量游离瓦斯，模拟在应力集中作用下邻近煤岩
层孔隙‑裂隙产生和扩展而引起吸附态瓦斯解吸，形成高压游离瓦斯，为诱发煤与瓦斯突出的发生提供动力条件；补气容器模拟邻近煤岩层中的吸附态瓦斯，在突出过程中发生解吸，经补气分支管路将解吸的游离态瓦斯输送至透气板，模拟了邻近煤岩层吸附态瓦斯的解
吸‑扩散‑渗流的过程。
[0026] 所述的瓦斯传感器与粉尘传感器对突出管路中的瓦斯/煤尘浓度、流量以及突出影像进行全程监测监控，为开展煤与瓦斯突出发生的机理研究提供可靠的数据支撑。
[0027] 所述的突出管路的孔径为可调节管路，根据实验需求对突出管路的孔径进行调整，以便开展不同孔径条件下的煤与瓦斯突出实验。
[0028] 由于采用上述的技术方案，本发明专利的有益效果是：
[0029] (1)本发明采用由多个液压伸缩杆构成的液压组件，经控制线路对每一个伸缩杆的伸缩状态进行调整，实现应力的不均匀分布，模拟了因掘进作业引起应力集中而诱发煤
与瓦斯突出的发生，更加真实地反演了井下因应力集中诱发煤与瓦斯突出的全过程。
[0030] (2)本发明利用透气板、补气分支管路以及补气容器，模拟了邻近煤岩层在诱发突出过程中吸附态瓦斯的解吸‑扩散‑渗流过程以及在透气板内的游离态瓦斯储存，更加真实地模拟邻近层瓦斯为煤与瓦斯突出的诱发和发展提供动力来源。
[0031] (3)本发明利用应力‑应变传感器对透气板、硬煤在煤与瓦斯突出诱发、发生以及结束阶段的应力‑应变情况进行实时监测，进而为验证井下突出煤体体积大于突出孔洞体
积的现象提供有力的理论依据，同时为定量分析孔洞体积变化提供可靠数据支撑。
附图说明
[0032] 图1为本发明煤与瓦斯突出实验方法的流程示意图；
[0033] 图2为本发明煤与瓦斯突出发生前的正视图；
[0034] 图3为本发明煤与瓦斯突出发生前的应力施加图；
[0035] 图4为本发明煤与瓦斯突出发生后的正视图；
[0036] 图中：1、硬煤层；2、软分层；3、液压组件；4、瓦斯流量控制器；5、补气分支管路；6、上补气容器；7、控制线路；8、透气板；9、主补气容器；10、下补气容器；11、爆破片；12、突出管路；13、瓦斯传感器；14、粉尘传感器；15、声发射；16、应力‑应变监测系统；17、材料伸缩方向。
具体实施方式
[0037] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0038] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置、部件或结构必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作，不能理解为对本发明的限制。
[0039] 下面将结合附图进一步说明本发明的具体实施方法。
[0040] 本方案提供的一种软硬复合煤层的煤与瓦斯突出实验方法，包括如下五个步骤：
[0041] S1复合煤层的制备与瓦斯的吸附平衡：为模拟井下软硬复合煤层实际赋存情况，煤样由上、下硬煤，中间夹杂为软煤压制而成，将压制成型的复合煤样放入实验装置内，在确保良好密封条件下，充入高压甲烷气体，并使煤样达到吸附平衡状态；
[0042] S2液压控制系统的调控与突出的诱发：通过控制线路7对液压组件3进行调控，增加煤样围压与轴压，改变煤样上方应力的分布状态，模拟地层在掘进过程发生的应力集中
现象，进而诱发煤与瓦斯突出的产生；
[0043] S3声发射与应力‑应变的实时监测：利用声发射15和应力‑应变传感器16对受轴压、围压作用下复合煤层的孔隙裂隙产生、扩展以及应力‑应变情况进行实时监测，并通过数据采集系统将其记录和保存；
[0044] S4煤与瓦斯突出后的监测监控：随着上覆煤层所受应力的变化，煤层左侧的爆破片11发生破坏，大量游离瓦斯和破碎煤粉涌出实验装置，导致煤与瓦斯突出的发生，利用瓦斯传感器13、粉尘传感器14以及高速摄像机对突出管路12中的瓦斯/煤尘浓度、流量以及突出影像进行全程监测监控；
[0045] S5突出孔洞形态的观察与分析：待突出发生结束后，观察突出孔洞形态、孔洞体积以及突出煤体的分选情况，并与井下实际发生突出后的事故报告进行对比与分析。
[0046] 所述的在步骤S2中的液压控制系统的调控与突出的诱发包括如下步骤：
[0047] S21利用控制线路7调控液压组件3的伸缩状态，增加煤样所受的围压和轴压；
[0048] S22为模拟掘进过程中应力集中诱发煤与瓦斯突出，在保持轴压不变的情况下，调整煤样上方液压组件3的伸缩状态，使煤样上方受到以中间应力集中、前后保持原始应力的“凸”字形应力分布；
[0049] S23在应力集中条件下，煤样中产生新的孔隙‑裂隙，大量吸附态瓦斯发生解吸，转变为游离瓦斯，增加了受限空间内瓦斯压力，为诱发复合煤层中软分层2发生突出提供动力条件。
[0050] 所述的在步骤S4中的煤与瓦斯突出后的监测监控包括如下步骤：
[0051] S41随着上覆煤层所受应力的变化，当应力集中现象逐渐向软分层2厚度突然增加的区域推进时，由于软分层2厚度增加，使得所处区域煤体抗压强度降低，在应力集中的作用下，煤体内部结构发生破坏，进而为诱发煤与瓦斯突出的产生提供强度条件；
[0052] S42在大量瓦斯解吸提供动力条件和软分层2厚度突然增加提供强度条件的基础上，爆破片11破碎、煤与瓦斯突出产生，大量游离瓦斯和破碎煤体从突出管路12中喷出；
[0053] S43为模拟周围煤岩体为突出的发生提供高压瓦斯，以保证突出能够持续发生和发展，通过控制线路7控制瓦斯流量控制器4，将补气容器中的高压瓦斯经补气分支管路5和透气板8均匀、持续地输送至复合煤层。
[0054] 所述的提供的一种软硬复合煤层的煤与瓦斯突出实验系统，包括复合煤层、液压组件3、补气容器、瓦斯流量控制器4、补气分支管路5、控制线路7、透气板8、爆破片11、突出管路12、数据采集系统、压力传感器13和粉尘传感器14，由硬煤‑软煤‑硬煤组成的复合煤层安放在整个实验系统的中心位置，复合煤层由内至外分别布置有为突出发生后进行补气的
透气板8、补气分支管路5和补气容器，其中在补气分支管路5和补气容器之间安装有用于提供轴压和围压的液压组件3，通过声发射15和应力‑应变监测系统16对复合煤层在突出孕
育、发生和发展过程中的孔隙裂隙产生、扩展以及应力‑应变情况进行实时监测，利用瓦斯传感器13与粉尘传感器14对突出发生后突出管路12中的瓦斯/煤尘浓度、流量以及突出影
像进行全程监测监控，并在突出结束后，观察突出孔洞形态、孔洞体积以及突出煤体的分选情况。
[0055] 所述的复合煤层是由上、下硬煤，中间夹杂为软煤压制而成，为模拟软分层2突然增加诱发煤与瓦斯突出的过程，在软煤层的中部增加软煤的厚度，达到模拟井下软分层2的突然增加的效果。
[0056] 所述的液压组件3是由控制线路7进行调控，通过控制其伸缩状态以达到复合煤层围压和轴压的加载与卸载；液压组件3由多个液压伸缩杆构成，通过控制线路7对每一个伸
缩杆的伸缩状态进行调整，以实现应力的不均匀分布；为模拟掘进过程中应力集中诱发煤
与瓦斯突出，在保持围压不变的情况下，调整煤样上方液压组件3的伸缩状态，使煤样上方受到以中间应力集中、前后保持原始应力的“凸”字形应力分布，并随着时间的延长，应力集中逐渐由左向右逐渐推移与调整，进而模拟井下采掘过程的应力变化。
[0057] 所述的声发射15和应力‑应变传感器16对受载条件下复合煤层的孔隙裂隙产生、扩展以及应力‑应变情况进行实时监测，并通过数据采集系统将其测定数据进行记录和保
存；通过声发射15测定受载过程中在不同时间阶段孔隙裂隙的产生、扩展情况，进而反映煤体发生破坏的全过程；所述透气板8为可伸缩材质，当发生煤与瓦斯突出时，通过补气分支管路5和透气板8模拟井下邻近煤岩层为突出的持续提供瓦斯气体；同时，随着大量游离瓦
斯和破碎煤体的喷出，装置内的透气板8和硬煤在轴压与围压的作用下向中间软分层2突出
后的孔洞方向发生变形与位移，利用应力‑应变传感器对透气板8、硬煤在煤与瓦斯突出诱发、发生以及结束阶段的应力‑应变情况进行实时监测，进而为验证井下突出煤体的体积大于突出孔洞体积的现象提供有力的理论与数据支撑。
[0058] 所述的突出孔洞体积在突出过程中，周围煤岩体会发生膨胀变形，并向孔洞方向发生一定的位移，导致孔洞体积减小，进而出现井下事故调查过程中出现突出煤体体积量
大于孔洞体积的现象；利用应力‑应变传感器对透气板8和硬煤的应力‑应变进行监测，为探究周围煤岩体膨胀变形规律提供重要的数据支撑，进而为指导井下煤与瓦斯突出事故的作
用机理提供强有力的依据。
[0059] 所述的瓦斯流量控制器4通过控制瓦斯流量，模拟突出过程中周围煤岩内瓦斯解吸为煤与瓦斯突出的持续发生‑发展提供动力；其中上、下煤层厚度小，提供的瓦斯量相对较少，在突出发生后，随着时间的推移，利用瓦斯流量控制器4逐渐减小瓦斯流量，以模拟周围煤岩因强度较大而未发生持续地破坏，距离较远的围岩仍保持原始孔隙结构，渗透率较
低，为突出发生提供的瓦斯流量有所下降；而对于煤层采掘后方煤体作为瓦斯运移的主要
通道，在突出发生后，其后方煤体发生持续地破坏，产生大量游离瓦斯，为突出的发生提供充足游离瓦斯，作为补气的主要提供来源，利用瓦斯流量控制器4源源不断地为突出的发生提供稳定的瓦斯。
[0060] 所述的透气板8模拟邻近煤岩层为煤与瓦斯突出的发生提供均匀、持续的游离瓦斯，在突出发生初期，透气板8内的孔隙中储存的大量游离瓦斯，模拟在应力集中作用下邻近煤岩层孔隙‑裂隙产生和扩展而引起吸附态瓦斯解吸，形成高压游离瓦斯，为诱发煤与瓦斯突出的发生提供动力条件；补气容器模拟邻近煤岩层中的吸附态瓦斯，在突出过程中发
生解吸，经补气分支管路5将解吸的游离态瓦斯输送至透气板8，模拟了邻近煤岩层吸附态
瓦斯的解吸‑扩散‑渗流的过程。
[0061] 所述的瓦斯传感器13与粉尘传感器14对突出管路12中的瓦斯/煤尘浓度、流量以及突出影像进行全程监测监控，为开展煤与瓦斯突出发生的机理研究提供可靠的数据支
撑。
[0062] 所述的突出管路12的孔径为可调节管路，根据实验需求对突出管路12的孔径进行调整，以便开展不同孔径条件下的煤与瓦斯突出实验。
[0063] 至此，本领域技术人员应认识到，虽本文已详尽示出和描述了本发明的示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍然可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为
覆盖了所有这些其他变型或修改。
