中等尺度煤与瓦斯突出物理模拟装置研制与验证

煤与瓦斯突出模拟实验可以揭示突出灾害的发生规律。研发一种中等尺度煤与瓦斯突出模拟装置,旨在一定程度上满足与采场工作面的开采环境的近似,同时便于地质模型的灵活设计与铺设,实现在不同地质及不同瓦斯参数条件下的突出模拟。该实验系统由高压实验腔体、非均布加载系统、突出诱导装置、抽真空及充气系统、数据采集系统组成,具有如下特点:可基于相似原理按照采掘工作面顶、底板岩层分布、地质条件,灵活铺设尺寸为1 500 mm×600 mm×1 000 mm的模型;按照工作面超前应力分布形式进行表面应力加载;预埋直径5 mm侧向均匀开孔管路分级注气,实现煤体瓦斯快速吸附平衡;采用直径200 mm规格爆破片安装突出口作为突出诱导装置,压力超限自动破裂,诱导突出;多元化信息采集系统,记录压力、温度、应力等物理参数变化,高速摄影记录突出瞬间煤瓦斯混合流态。开展了一次吸附平衡压力为0.30 MPa、诱导压力0.53 MPa的突出实验,在实验中煤体瓦斯压力、温度由于气体的吸附–解吸特性发生了规律性波动变化,突出发生持续1.92 s,抛出煤岩样369.9kg,最远抛射距离41.4 m,并呈扇形分布。该装置为深入研究突出动力灾害机制与预防技术提供了可行的手段。