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原文传递一种突出煤层应力卸载防突措施及卸载范围优化方法

专利名称：	一种突出煤层应力卸载防突措施及卸载范围优化方法
摘要：	一种突出煤层应力卸载防突措施及卸载范围优化方法，适用于实验室中模拟突出煤层应力卸载防突措施及优化卸载范围使用。实验室中对于煤矿井下模拟使用。前期准备阶段、延期突出孕育阶段、延期突出诱发阶段、延期突出结束和后续工作；向煤样实施三轴应力加载后向密封的煤样进行瓦斯吸附，之后利用瞬间突出门模拟瓦斯突出的工况，调整卸载应力从而测试最优卸载方式。其步骤简单，检测效果好，模拟不同应力卸载范围条件下煤与瓦斯突出过程，从而基于试验结果分析应力卸载防突效果并优化应力卸载范围。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	中国矿业大学
发明人：	张超林;刘晓斐;王恩元;沈荣喜;赵恩来
专利状态：	有效
申请日期：	2019-07-02T00:00:00+0800
发布日期：	2019-10-08T00:00:00+0800
申请号：	CN201910589991.4
公开号：	CN110308047A
代理机构：	南京瑞弘专利商标事务所(普通合伙)
代理人：	李悦声
分类号：	G01N3/12(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	221116 江苏省徐州市大学路1号中国矿业大学科研院
主权项：	1.一种突出煤层应力卸载防突措施及卸载范围优化方法，其特征在于包括：前期准备阶段、延期突出孕育阶段、延期突出诱发阶段、延期突出结束和后续工作；详细步骤为： 1a)从待测煤矿区域突出煤层中取样并进行现场调研，利用现场采集的煤块取样测定突出煤层的相关参数，确定试验方案； 1b)使用破碎筛将采集的煤块取样筛分成0-1mm粒径的煤粒，向煤粒中加水搅拌制成6％含水率煤样备用； 1c)将6％含水率煤样装入可视化箱体，可视化箱体的底部设有充气口a右侧开有突出口，可视化箱体上设有加载系统，所述加载系统为分别设置在可视化箱体顶部以及可视化箱体的左侧壁上和前侧壁上设有多个透明加载板，可视化箱体顶部的透明加载板有六个序号分别为X1-X6，可视化箱体前侧壁上的透明加载板有六个序号分别为Y1-Y6，可视化箱体的左侧壁上的透明加载板为Z1，每个透明加载板上设有加载活塞，加载活塞穿过箱体壁连通加压油缸；在可视化箱体距离突出口0.75m的断面内利用可视化箱体背部开设的传感器安装孔向可视化箱体中的6％含水率煤样分别埋入气压传感器，最后使用加载活塞驱动透明加载板使6％含水率煤样在20MPa条件下成型，成型1h后解除所有透明加载板对煤样的加压； 1d)在可视化箱体的右侧开有的突出口中安装瞬间突出门，所述瞬间突出门包括爆破片夹持器，爆破片夹持器一端设有安装法兰，爆破片夹持器内部分别设有相互串联的一级爆破片和二级爆破片，一级爆破片的爆破压力为0.4/MPa，二级爆破片的爆破压力为0.6/MPa，其中一级爆破片和二级爆破片之间的爆破片夹持器上设有充气口b，通过气源系统向一级爆破片和二级爆破片之间空间充气打开二级爆破片，同时瞬间诱爆一级爆破片，实现突出口瞬间打口，以模拟石门揭煤等剧烈诱发因素诱导的突出工况； 1e)将高压气瓶出气口、真空泵抽气口和可视化箱体的充气口a气路顺序连接，然后将高压气瓶出气口与延期突出门的充气口b连接，检测可视化箱体、延期突出门及气管管路密封效果，确保密封压力不低于6MPa； 1f)在可视化箱体外侧和瞬间突出门处分别设置高速摄像机； 2a)利用埋入煤样中的气压传感器采集可视化箱体中煤样的气压数据； 2b)按照试验方案对煤样进行三轴应力加载操作，其中煤样上部6个压板应力大小均为10MPa，前侧6个压板应力大小均为12MPa；左侧1个压板应力大小为8MPa； 2c)启动真空泵对煤样进行抽真空操作，直到煤体内部气压小于100Pa关闭真空泵，用时约12h； 2d)打开高压气瓶对煤样进行充瓦斯操作，共分为四阶段保证煤样吸附平衡气压为0.74MPa，第一阶段充气12h、充气压力至0.4MPa，然后关闭气瓶，稳定6h，同时向两级爆破片内部充气至0.3/MPa；第二阶段充气12h、充气压力至0.8MPa，然后关闭气瓶，稳定6h；第三阶段充气6h、充气压力至0.74MPa，然后关闭气瓶；用时共计约38h； 3a)在透明箱体外侧以及瞬间突出门外侧设置高速摄像机，按照试验方案进行不同范围条件下应力卸载操作；充气至0.4/MPa以上，瞬间诱爆一级爆破片，同时导致二级爆破片起爆，实现突出口瞬间打口，以模拟石门揭煤等剧烈诱发因素诱导的突出工况，突出发生的条件必须具有三方面：压力、地应力、煤体；本方法是研究卸载地应力以避免突出，如果该步骤测试发生了突出，表明卸载地应力的方式仍不足以避免突出，需要进一步调整卸载方案以进一步避免突出；当不发生突出时，说明卸载方式有效； 3b)利用高速摄像机采集模拟瓦斯延期突出中煤粉喷出的图像，当模拟的瓦斯延期突出结束后，停止透明加载板的应力加载，收集突出口抛出的煤粉并称重； 4a)根据试验方案进一步改变地应力卸载条件进行后续试验； 5a)根据突出口抛出煤粉质量比装煤总质量计算模拟突出强度； 5b)若通过应力卸载操作后，突出口无突出发生，即突出强度为0，则判断当前卸压范围为较优范围，同时进一步对比不同应力卸载范围大小，范围最小条件为最优卸载范围； 5c)若通过应力卸载操作后，突出口仍发生突出，则对比不同应力卸载范围条件下突出强度大小，突出强度最小对应卸载范围件为最优卸载范围。 2.根据权利要求1所述的突出煤层应力卸载防突措施及卸载范围优化方法，其特征在于改变地应力卸载条件为：首先对煤样施加的模拟瓦斯压力为0.74/MPa，序号为X1-X6的透明加载板的应力均为10.0/MPa，序号为Y1-Y6的透明加载板的应力均为12.0/MPa，序号为Z1的透明加载板的应力为8.0/MPa；第1组方案为对照组，即直接打开突出口以诱发突出；第2-10组为不同应力卸载范围条件下突出试验组，即在加载地应力、充瓦斯基础上，进一步卸载指定范围内地应力，然后再利用瞬间突出门进行突出测试：其中，第2-4组卸载条件为单一加载板应力卸载，位置分别是序号为X6、X5、X4透明加载板，面积均为0.125/m2；第5-7组卸载条件为两块相邻透明加载板应力卸载，位置分别是序号为X6+X5、X5+X4、X4+X3透明加载板，面积均为0.25/m2；第8-10组卸载条件为三块相邻加载板应力卸载，位置分别是序号为X6+X5+X4、X5+X4+X3、X4+X3+X2透明加载板，面积均为0.375/m2。
所属类别：	发明专利