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原文传递一种突出煤层注水消突技术及消突效果检验方法

专利名称：	一种突出煤层注水消突技术及消突效果检验方法
摘要：	一种突出煤层注水消突技术及消突效果检验方法，适用于模拟煤矿井下突出煤层注水消突技术并检验消突效果使用。包括步骤：前期准备阶段、突出孕育阶段、煤层注水前突出阶段、煤层注水阶段、煤层注水后突出验证阶段、煤层注水消突效果检验。其可以模拟应力场、渗流场、温度场三场耦合条件下的大尺度突出煤层，更加接近现场突出煤层真实赋存状态；可以开展不同条件下突出煤层注水消突试验；可以对注水后的突出煤层进一步开展瓦斯突出试验，并根据试验结果检验、评价注水消突效果。
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;沈荣喜;王恩元;冯小军;李忠辉
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：	CN201910590245.7
公开号：	CN110308246A
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：	G01N33/00(2006.01);G;G01;G01N;G01N33
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：	1.一种突出煤层注水消突技术及消突效果检验方法，其特征在于包括：前期准备阶段、突出孕育阶段、煤层注水前突出阶段、煤层注水阶段、煤层注水后突出验证阶段、煤层注水消突效果检验；其具体步骤为： 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，确定试验方案中瓦斯压力、地应力、注水钻孔、注水速率、注水时间等试验参数； 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，可视化箱体包括箱体腔体和箱体盖板，箱体腔体和箱体盖板之间设有密封圈并利用密封螺栓固定，可视化箱体的右侧开有突出口，可视化箱体底部与外界设有箱体充气口，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；可视化箱体背面设有均匀步骤有多个安装孔，其中在可视化箱体的安装孔上设有外接接头，外接接头与可视化箱体的箱体壁之间设有密封垫，安装孔中根据需要设置有气压传感器、温度传感器或多功能钻孔，多功能钻孔包括封孔段、透气段，多功能钻孔全长0.5m，封孔段长0.15m，透气段长0.35m，透气段管壁周向和径向方向分布有透气孔，给多功能钻孔设置序号为A1-A6，在可视化箱体利用可视化箱体背部开设的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，一级爆破片和二级爆破片之间的爆破片夹持器上设有，通过气源系统向一级爆破片和二级爆破片空间充气直到打开二级爆破片，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)密封箱体盖板，将高压气瓶、真空泵、流量计Ⅰ顺序连接，流量计Ⅰ的输出端通过管路与箱体充气口相连接，可视化箱体后部的序号为A3的多功能钻孔中设置外接接头与流量计Ⅱ相连接，流量计Ⅱ的出口管路与水泵相连接，并检测箱体及各管路密封效果； 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)对煤样进行三轴应力加载操作向煤样施加应力：其中煤样顶部个序号为X1-X6的透明加载板均施加应力6MPa，前侧6个序号为Y1-Y6的透明加载板均施加应力8MPa；左侧1个序号为Z1的透明加载板施加应力10MPa； 2b)启动真空泵通过箱体充气口对煤样进行抽真空操作，直到煤样内部气压小于100Pa后关闭真空泵，用时约12h； 2c)使用高压气瓶通过可视化箱体底部的箱体充气口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0.3MPa，然后关闭气瓶，稳定6h；第二阶段充气12h、充气压力至0.6MPa，然后关闭气瓶，稳定6h；第三阶段充气12h、充气压力至0.74MPa，然后关闭气瓶，稳定6h；第四阶段充气6h、充气并稳定至0.74MPa，然后关闭气瓶，用时共计约60h，充气过程中通过流量计Ⅰ记录充入瓦斯量；同时通过高压气瓶向瞬间突出门的一级爆破片和二级爆破片之间的充气口充气至0.3MPa； 3a)使用高压气瓶向瞬间突出门的一级爆破片和二级爆破片之间的充气口充气大于0.4MPa，使一级爆破片和二级爆破片先后破裂，从而模拟井下瓦斯突出； 3b)利用高速摄像机采集模拟瓦斯突出中煤粉喷出的图像，当模拟的瓦斯突出结束后，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)重复步骤1c-到2c，之后利用水泵通过多功能钻孔向煤样中进行注水操作； 5a)注水结束后，利用高压气瓶向瞬间突出门的一级爆破片和二级爆破片之间的充气口充气大于0.4MPa，使一级爆破片和二级爆破片先后破裂，以测试突出是否发生； 5b)利用高速摄像机采集模拟瓦斯突出中煤粉喷出的图像，当发生突出后等待突出结束，之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； 6a)依次改变注水钻孔、注水速率、注水时间的试验条件重复上述试验步骤重新进行试验并记录相关的信息，包括：利用序号为A3的多功能钻孔注水时，首先控制注水速率为1.0mL/s，先后注水2小时和5个小时进行检测，再以注水速率为5.0mL/s先后注水2小时和5个小时进行检测；或者同时利用序号为A3的多功能钻孔和序号为A4的多功能钻孔同时向煤样中注水，两个多功能钻孔首先控制注水速率为1.0mL/s，先后注水2小时和5个小时进行检测，再以注水速率为5.0mL/s先后注水2小时和5个小时进行检测；经过上述实验并根据是否突出或者消突效果判断出最好的消突方式。 7a)根据抛出煤粉质量计算注水操作前后突出强度：抛出煤粉质量比装煤总质量，若不发生突出，则突出强度记为0； 7b)通过不同注水条件下突出强度与注水前突出强度进行对比，以评价、检验煤层注水消突效果，若通过煤层注水后突出强度降低，则表明煤层注水消突效果较好；反之，则没有效果；同时对可进一步对注水条件进行优化。 2.根据权利要求1所述的突出煤层注水消突技术及消突效果检验方法，其特征在于改变注水钻孔、注水速率、注水时间的试验条件包括：利用序号为A3的多功能钻孔注水时，首先控制注水速率为1.0mL/s，先后注水2小时和5个小时进行检测，再以注水速率为5.0mL/s先后注水2小时和5个小时进行检测；或者同时利用序号为A3的多功能钻孔和序号为A4的多功能钻孔同时向煤样中注水，两个多功能钻孔首先控制注水速率为1.0mL/s，先后注水2小时和5个小时进行检测，再以注水速率为5.0mL/s先后注水2小时和5个小时进行检测；经过上述实验并根据是否突出或者消突效果判断出最好的消突方式。
所属类别：	发明专利