[發明專利]煤礦采空區煤自燃環境流場模擬實驗臺

在審

• 申請號: 201710049271.X
• 申請日: 2017-01-23
• 公開（公告）號: CN106703867A
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: 秦波濤;李林;馬東;卓輝;梁洪軍;高昂;宋爽;王俊;高遠;侯晉
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E21F1/02
• 分類號: E21F1/02
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所32237
• 代理人: 程化銘

技術領域

本發明涉及一種煤礦采空區煤自燃研究實驗裝置，具體涉及一種煤礦采空區煤自燃環境流場模擬實驗臺。

技術背景

煤炭是我國主要消費的能源，占一次能源構成的70%左右。由于我國絕大多數煤礦開采是地下作業，煤層賦存條件復雜多變，多種災害互為誘因，很容易造成重、特大災害事故，其中，煤礦井下最突出的災害之一就是瓦斯與煤層自燃火災相互耦合。隨著煤礦開采深度的增加、開采強度的加大，煤自燃隱患與瓦斯災害共存現象愈發突出。火區封閉是控制采空區遺煤自燃災害的有效方法之一，但在封閉和啟封過程中發生瓦斯爆炸造成重大傷亡的事故屢見不鮮。由于煤礦中煤自燃與瓦斯爆炸災害互為誘因、復雜多變及其突發性，增加了井下煤自燃火災環境瓦斯爆炸危險性判定及防治的難度，至今十分缺乏系統的研究、有效的手段方法和研究結論。因此，弄清采空區煤自燃環境下的溫度場發展、風流流動和氣體運移規律十分關鍵，掌握井下煤自燃火災誘發瓦斯爆炸事故的規律并有效的避免該災害是煤礦安全高效開采過程中迫切需要解決的重大自然災害問題。

由于采空區內充滿垮落巖石，人員無法進入觀測環境及施工，給現場工程研究造成了極大困難。物理相似模擬具有耗時短、所需資源少、環境條件可控、研究拓展性好等優點，可針對不同條件采空區進行模擬，因此被認為是一種研究采空區復雜環境的行之有效的方法。

發明內容

本發明所要解決的問題在于，彌補現有技術存在的空白，提出了一種煤礦采空區煤自燃環境流場模擬實驗臺，能夠模擬內部為煤自燃環境的采空區中溫度場發展、風流流動和氣體運移規律。通過對采空區中瓦斯、氧氣和氮氣等氣體濃度以及空間壓力、風速和煤巖溫度等數據的提取，掌握揭示采空區流場變化的時間和空間規律，為避免井下煤自燃火災誘發瓦斯爆炸事故的發生提供參考和依據。

本發明的煤礦采空區煤自燃環境流場模擬實驗臺，包括模擬采空區箱體、模擬通風系統、氣體釋放系統，溫度監控系統和數據采集系統；其特征是：

模擬采空區箱體由模擬采空區和模擬采煤工作面構成。

模擬采煤工作面由模擬采煤面和模擬支護頂板構成，模擬采煤面位于模擬采空區箱體的一個端面的底部，模擬支護頂板位于模擬采煤面上方。

模擬采空區箱體，沿模擬采煤工作面縱向設置沙石隔離帶，模擬采空區箱體的其余空間用細沙和不同粒徑的矸石按照“O”型圈冒落壓實特征填充，構成模擬采空區。

模擬采煤工作面兩端分別連接模擬進風巷和模擬回風巷，模擬進風巷通過送風管道連接風機，構成所述模擬通風系統，U型通風工作面采場。風機采用無級變速。

在模擬采空區箱體的底面設氣體釋放室，氣體釋放室頂面均布氣孔（篩網結構），氣體釋放室通過若干分支氣路連接氣瓶，構成所述氣體釋放系統。

所述溫度監控系統包括加熱模塊、若干溫度傳感器、和數據采集卡。加熱模塊置于模擬采空區中，各溫度傳感器均布于模擬采空區，各溫度傳感器均連接至數據采集卡。

所述數據采集系統，包括若干模擬采煤工作面風速測量裝置、風速采集子系統，氣體濃度壓力采集子系統。各模擬采煤工作面風速測量裝置分別置于模擬采煤工作面、模擬進風巷和模擬回風巷的頂部。模擬采空區風速采集子系統包括若干測風管和風速儀密封塞。各個測風管均布于模擬采空區，測風管一端內置于模擬采空區，另一端伸出模擬采空區箱體并用密封塞封閉。氣體濃度壓力采集子系統包括氣體采樣氣路、氧氣濃度檢測儀、瓦斯濃度檢測儀和微壓差儀。氣體采樣氣路埋置在模擬采空區上部，延伸至模擬采空區箱體外，外部端口用密封夾密閉。

本發明公開的煤礦采空區煤自燃環境流場模擬實驗臺，可以實現采空區煤自燃產生的區域式高溫環境和采空區中遺煤解吸瓦斯后的平面釋放效果。通過測取采空區內不同位置的瓦斯、氧氣和氮氣等氣體濃度以及空間壓力、風速和煤巖溫度數據，達到對采空區煤自燃環境下溫度場發展、風流流動和氣體運移規律的模擬和掌握，為實際煤礦采空區防災減災以及災后救援措施提供依據，減少損失。

附圖說明

圖1為本發明煤礦采空區煤自燃環境流場模擬實驗臺示意圖；

圖2為本發明煤礦采空區煤自燃環境流場模擬實驗臺的氣體釋放系統示意圖；

圖3為本發明煤礦采空區煤自燃環境流場模擬實驗臺的溫度監控系統示意圖。