煤与瓦斯突出模拟实验系统研究与教学实践
发布时间：2021-01-18 18:28
搭建了真实地层受力下的煤与瓦斯突出物理模拟实验系统,为矿井瓦斯防治课程的实验教学提供设备支持,按照"煤样制备—数据采集—结果分析"流程对学生进行引导,使学生能够变被动学习为主动钻研思考,有效地加强了学生对煤与瓦斯突出灾害的直观认知。将科研成果用于实验教学,实现了学生以科研方式对理论知识的深层次理解。
【文章来源】：实验技术与管理. 2020,37(02)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
煤与瓦斯突出模拟实验系统结构
王亮，等：煤与瓦斯突出模拟实验系统研究与教学实践83全过程。1煤与瓦斯突出模拟实验系统研制1.1设计原理实验装置基于综合作用假说，即煤与瓦斯突出受地应力、瓦斯压力和煤体性质的控制[5]，以及满足相似准则，即几何相似、运动相似和动力相似准则[8-9]，采用水平液压千斤顶以及竖直压力机施压模拟实现真三轴地层压力，采用高压瓦斯钢瓶、高压管路、加压泵和真空泵模拟煤体内部瓦斯压力，采用电阻加热带包裹三轴突出实验装置保持煤体性质（温度）恒定。该系统可模拟地层深度1000m、瓦斯压力10MPa下的煤与瓦斯突出。1.2装置组成煤与瓦斯突出模拟实验系统[10]结构如图1所示。以突出口主轴方向为x方向，侧向为y方向，竖直方向为z方向，该系统可以在这3个方向分别独立加载应力σx、σy、σz，3个方向的应力均通过刚性承压板将集中应力转变为面均布应力。垂向应力加载系统及三轴突出模拟实验腔实物如图2所示。系统主要性能参数为σz≤80MPa，σx、σy≤27MPa；瓦斯压力≤10MPa；温度：室温约60℃。注：A1—突出口；A2—监测孔；A3—进/排气口；A4—活塞；B1—轴向压力泵站；B2—水平加载泵站；B3—轴向压力实验机；C1—数据采集仪；E1—真空泵；E2—三通阀门；E3—气瓶。图1煤与瓦斯突出模拟实验系统结构图2垂向应力加载系统及三轴突出模拟实验腔实物
?俣?mm·min–10~80保持时间/min120总功率/kW6实验采用ZJP-30罗茨真空泵从实验腔前侧进或排气口进行煤样注气或抽真空。JP-30罗茨真空泵相关工作参数见表2。实验进行注气时，需将气瓶与实验煤样用三通阀连接起来，同时利用压力表将气体压力值调至实验预定压力，达到保障一定准确精度的效果。表2ZJP-30罗茨真空泵主要工作参数抽气速率/L·s–1极限压力/Pa电机功率/kW电机转速/r·min–1305×10–20.82950采集系统包含应力、瓦斯压力和温度传感器，一共布置2组（分别编号1#、2#），如图3所示，1#和2#传感器的高度一致，且离实验腔上盖距离都保持100mm。为了保证实验装置的气密性，2组传感器通过实验装置壁上的密封接线柱进行连接。图3传感器布置位置示意图2煤与瓦斯突出模拟实验教学方案2.1煤样制备实验煤样的制备直接决定瓦斯突出全过程模拟的有效性。根据突出模拟的经验，一般当成型压强＞30MPa时能够制得近似于现场的IV、V类突出煤[11]。实验压制煤样应取自井下现场，尽可能还原井下煤层的性质，然后粉碎并筛选出粒径≤0.25mm的煤粉作为制备型煤的煤样，装入YAW-5000型电液伺服实验机内加压成型。为了提高煤粉的含水率和黏结力，加压前将5%含聚乙烯醇的水溶液配入干燥煤粉中。2.2实验方案制定实验可设计不同瓦斯压力、不同应力水平下的煤与瓦斯突出模拟实验，实验方案设计见表3。表3煤与瓦斯突出模拟实验方案设计方案编号瓦斯压力p/MPa竖直应力a/MPa构造应力b/MPa侧边应力c/MPa10.455.53.05.520.555.55.53.0除了煤与瓦斯突出，还有CO2参与的突出[12]。因此，为最大限度保证实验的安全性，实验采用非爆炸性吸附气
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于本科生科研创新能力的探究型实验设计与实践[J]. 靳明,王献玲,韦丽红,闰明涛,刘磊,白国义,杨瑜涛. 实验技术与管理. 2019(01)
[2]“双一流”背景下的一流学科平台建设思考[J]. 周宏敏,熊文,陈伟,鲁非. 实验技术与管理. 2018(03)
[3]煤与瓦斯突出物理模拟实验研究进展及展望[J]. 张超林,许江,彭守建,耿加波. 煤田地质与勘探. 2018(04)
[4]煤与瓦斯突出模拟试验的研究现状与展望[J]. 王登科,付启超,彭明. 河南理工大学学报(自然科学版). 2015(02)
[5]煤与瓦斯突出机理研究现状及分析[J]. 李希建,林柏泉. 煤田地质与勘探. 2010(01)
[6]顾北煤矿8#煤层动力现象及防治研究[J]. 于小明,解庆雪. 山东煤炭科技. 2008(03)
博士论文
[1]煤与瓦斯突出层裂发展机制研究[D]. 郭品坤.中国矿业大学 2014
本文编号：2985431
【文章来源】：实验技术与管理. 2020,37(02)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
煤与瓦斯突出模拟实验系统结构
王亮，等：煤与瓦斯突出模拟实验系统研究与教学实践83全过程。1煤与瓦斯突出模拟实验系统研制1.1设计原理实验装置基于综合作用假说，即煤与瓦斯突出受地应力、瓦斯压力和煤体性质的控制[5]，以及满足相似准则，即几何相似、运动相似和动力相似准则[8-9]，采用水平液压千斤顶以及竖直压力机施压模拟实现真三轴地层压力，采用高压瓦斯钢瓶、高压管路、加压泵和真空泵模拟煤体内部瓦斯压力，采用电阻加热带包裹三轴突出实验装置保持煤体性质（温度）恒定。该系统可模拟地层深度1000m、瓦斯压力10MPa下的煤与瓦斯突出。1.2装置组成煤与瓦斯突出模拟实验系统[10]结构如图1所示。以突出口主轴方向为x方向，侧向为y方向，竖直方向为z方向，该系统可以在这3个方向分别独立加载应力σx、σy、σz，3个方向的应力均通过刚性承压板将集中应力转变为面均布应力。垂向应力加载系统及三轴突出模拟实验腔实物如图2所示。系统主要性能参数为σz≤80MPa，σx、σy≤27MPa；瓦斯压力≤10MPa；温度：室温约60℃。注：A1—突出口；A2—监测孔；A3—进/排气口；A4—活塞；B1—轴向压力泵站；B2—水平加载泵站；B3—轴向压力实验机；C1—数据采集仪；E1—真空泵；E2—三通阀门；E3—气瓶。图1煤与瓦斯突出模拟实验系统结构图2垂向应力加载系统及三轴突出模拟实验腔实物
?俣?mm·min–10~80保持时间/min120总功率/kW6实验采用ZJP-30罗茨真空泵从实验腔前侧进或排气口进行煤样注气或抽真空。JP-30罗茨真空泵相关工作参数见表2。实验进行注气时，需将气瓶与实验煤样用三通阀连接起来，同时利用压力表将气体压力值调至实验预定压力，达到保障一定准确精度的效果。表2ZJP-30罗茨真空泵主要工作参数抽气速率/L·s–1极限压力/Pa电机功率/kW电机转速/r·min–1305×10–20.82950采集系统包含应力、瓦斯压力和温度传感器，一共布置2组（分别编号1#、2#），如图3所示，1#和2#传感器的高度一致，且离实验腔上盖距离都保持100mm。为了保证实验装置的气密性，2组传感器通过实验装置壁上的密封接线柱进行连接。图3传感器布置位置示意图2煤与瓦斯突出模拟实验教学方案2.1煤样制备实验煤样的制备直接决定瓦斯突出全过程模拟的有效性。根据突出模拟的经验，一般当成型压强＞30MPa时能够制得近似于现场的IV、V类突出煤[11]。实验压制煤样应取自井下现场，尽可能还原井下煤层的性质，然后粉碎并筛选出粒径≤0.25mm的煤粉作为制备型煤的煤样，装入YAW-5000型电液伺服实验机内加压成型。为了提高煤粉的含水率和黏结力，加压前将5%含聚乙烯醇的水溶液配入干燥煤粉中。2.2实验方案制定实验可设计不同瓦斯压力、不同应力水平下的煤与瓦斯突出模拟实验，实验方案设计见表3。表3煤与瓦斯突出模拟实验方案设计方案编号瓦斯压力p/MPa竖直应力a/MPa构造应力b/MPa侧边应力c/MPa10.455.53.05.520.555.55.53.0除了煤与瓦斯突出，还有CO2参与的突出[12]。因此，为最大限度保证实验的安全性，实验采用非爆炸性吸附气
【参考文献】：
期刊论文
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[5]煤与瓦斯突出机理研究现状及分析[J]. 李希建,林柏泉. 煤田地质与勘探. 2010(01)
[6]顾北煤矿8#煤层动力现象及防治研究[J]. 于小明,解庆雪. 山东煤炭科技. 2008(03)
博士论文
[1]煤与瓦斯突出层裂发展机制研究[D]. 郭品坤.中国矿业大学 2014
本文编号：2985431
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