[發明專利]煤田火災演化過程相似模擬試驗裝置及方法

有效

• 申請號: 201610046533.2
• 申請日: 2016-01-17
• 公開（公告）號: CN105548519B
• 公開（公告）日: 2017-06-30
• 發明（設計）人: 鄧軍;肖旸;李青蔚;劉長春;文虎
• 申請（專利權）人: 西安科技大學
• 主分類號: G01N33/22
• 分類號: G01N33/22;G01N33/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及煤田火災演化過程相似模擬試驗裝置及方法。

背景技術

煤田火災是指發生在煤田煤層露頭或淺部的、影響煤田開發、儲量損失大、嚴重污染環境、威脅生產安全的大面積火災，具有典型的非控燃燒特性。中國的煤田火災主要分布于新疆、甘肅、寧夏、陜西、山西、內蒙古、四川、重慶、福建等省、市、自治區。美國、澳大利亞、印度、塔吉克斯坦等許多國家都存在煤田火災的嚴重問題。目前國內外研究中，對于煤田火災擴展演化過程及其范圍的研究缺乏相應的理論與技術支撐。其中，對煤田火災供氧通道，即煤巖裂隙的發育規律的研究較少，并缺乏系統性。由于煤田火災裂隙產生和發育規律不明確，難以掌握火災的擴散特征，無法準確定位高溫范圍，使得對火災的防控難以有效進行。同時，加強煤田火災演化過程的研究不僅僅為火災的治理提供理論依據和科學保障，更為進一步研究煤、巖、氣之間的關系及特性提供基礎。

現階段對于煤田火災的研究雖然在理論分析方面有所突破，能夠建立多場耦合的數學模型和相關解算方程，而且還能運用數值模擬方法進一步解釋和探索煤田火災，但是結果往往與實際還有一定差異。目前，國內外還沒有針對研究煤田火災而形成的較系統的試驗臺和試驗方案。

發明內容

本發明提供的煤田火災演化過程相似模擬試驗裝置包括供氣部、物理相似模擬部、引燃部、數據采集及分析部、起吊部。

供氣部包括氧氣源、無油空氣壓縮機、入口質量流量計。氧氣源的出口端與無油空氣壓縮機的入口端相連，無油空氣壓縮機的出口端與入口質量流量計的入口端相連。氧氣源可以提供氧氣濃度為0～100％的氧氣。

物理相似模擬部包括物理相似模型、試驗箱體、底座。

物理相似模型包括煤層、巖層一、巖層二、巖層三、巖層四(巖層一、巖層二、巖層三、巖層四均為巖層)、隔熱巖層。根據不同煤田火災的實際條件，合理選擇材料和物理相似模型的比例，搭建相應的物理相似模型。隔熱巖層設置在煤層下。

試驗箱體包括頂面板、前面板、后面板、左面板、右面板、底面板、可調支架。試驗箱體的外層尺寸為2200mm×2200mm×1800mm(長×寬×高)，試驗箱體的內層尺寸為2000mm×2000mm×1600mm(長×寬×高)。各面板(即頂面板、前面板、后面板、左面板、右面板、底面板)的外層為Q235-B鋼板、內層為316L鋼板，兩層鋼板之間由槽鋼連接及支撐，并充填耐高溫(1000℃)纖維棉保溫。頂面板、前面板、后面板通過法蘭由M16×40螺栓固定，可以保證試驗箱體的密封性。M16×40螺栓拆卸后，頂面板、前面板、后面板也可以拆卸，方便物理相似模型的搭建。左面板的下部設置有入氣口，頂面板上設置有出氣口。前面板設置有三個觀察窗。觀察窗的尺寸為200mm×400mm，且由透明的耐高溫玻璃制成，通過觀察窗可以觀察到試驗箱體內部的情況。通過調節可調支架，可以調節相應的物理相似模型的長度和寬度，以適應不同煤田火災的實際條件和需要。

底座上設置有液壓缸、軸承。液壓缸設置在底座的一端，并由液壓站提供液壓動力。液壓缸可以設置為兩個并且相互遠離，以保證調節傾斜角A時試驗箱體的平衡。軸承設置在底座的設置有液壓缸一端相對的另外一端。軸承的內、外圈分別與底面板、底座連接固定。液壓缸縮入時，底座與底面板接觸的平面為水平面。需要調節傾斜角A時，液壓站提供動力使液壓缸伸出，配合軸承使試驗箱體傾斜，傾斜角度為傾斜角A。通過控制液壓缸伸出的長度，傾斜角A在0～20°的范圍內可以任意調節。

引燃部包括控溫柜、加熱棒以及溫度傳感器。加熱棒以及溫度傳感器與控溫柜連接。通過溫度傳感器顯示溫度、以及控溫柜控制加熱棒加熱，可以使加熱棒加熱到指定的溫度。加熱棒以及溫度傳感器數量設置為一個以上，并設置在煤層中的不同位置，從而實現單/多源引燃。