[發明專利]綜放工作面非均質采空區流場模擬實驗方法

有效

• 申請號: 201710741061.7
• 申請日: 2017-08-25
• 公開（公告）號: CN107560820B
• 公開（公告）日: 2019-03-08
• 發明（設計）人: 常緒華;王德明;時國慶;賈海林;杜學勝;劉平;魯來祥
• 申請（專利權）人: 河南工程學院
• 主分類號: G01M9/00
• 分類號: G01M9/00
• 代理公司: 鄭州華隆知識產權代理事務所(普通合伙) 41144
• 代理人: 經智勇

1.一種綜放工作面非均質采空區流場模擬實驗方法，其特征在于，包括以下步驟：

A、安裝模擬實驗裝置

所述的模擬實驗裝置包括箱體(1)，箱體(1)為中空結構，箱體的前面板(11a)上設置有內外貫通的滑車出入口(29)，箱體內水平設置有沿滑車出入口(29)伸出箱體的軌道(7)，軌道(7)上設置有滑車(2)，滑車(2)上設置有用于驅動其沿軌道滑動的千斤頂(14)，滑車(2)頂部設置有水平的頂板(10)，頂板(10)前端設置有向下伸出的工作面擋板(19)，頂板(10)兩側設置有向下豎直伸出的側擋板(30)，側擋板(30)下端面下方的箱體內填充有底部相似巖層(3a)，工作面擋板、側擋板與箱體內壁之間填充有頂面高于頂板上表面的煤層(4)，高出部分的煤層延伸到頂板上表面并覆蓋頂板上表面，煤層(4)上方的箱體內填充有頂部相似巖層(3b)，頂板、工作面擋板、側擋板和底部相似巖層共同圍成模擬煤層空間(31)；

兩側的側擋板(30)內側面上分別設置有沿縱向布置的進風巷道(9a)和回風巷道(9b)，工作面擋板(19)內側設置有沿橫向布置的工作面巷道(18)，進風巷道(9a)和回風巷道(9b)分別與工作面巷道(18)的兩端相連通，構成U型通風結構，工作面擋板(19)下部均布有多個與工作面巷道相連通的漏風孔(21)，進風巷道、回風巷道、工作面巷道及漏風孔構成采空區的模擬漏風系統，回風巷道(9b)的出風口與鼓風機相連；

箱體(1)的底板(6)上沿滑車滑動方向設置有多組均布的加熱孔(20a)，加熱孔(20a)上方的底部相似巖層內設置有與模擬煤層空間(31)相連通的加熱通道(32a)，加熱通道(32a)內裝有加熱管(25)，加熱孔(20a)四周在底板上設置有均布的多個抽氣測溫孔(20b)，抽氣測溫孔(20b)上方的底部相似巖層內設置有與模擬煤層空間(31)相連通的抽氣測溫通道(32b)，抽氣測溫通道(32b)內分別設置有熱電偶(22)和抽氣管(23)；

所述的熱電偶(22)和抽氣管(23)的下端均伸出抽氣測溫孔(20b)，熱電偶的輸出端與溫度采集器相連，抽氣管(23)的下端與真空泵連接，熱電偶(22)、抽氣管與抽氣測溫孔之間設置有密封(24)；

安裝時，首先把滑車從箱體中拉出，在箱體底板上布置加熱管、熱電偶、抽氣管，把滑車推到箱體內，使得加熱管、熱電偶、抽氣管的上端低于工作面擋板以及側擋板的下端面，把滑車拉出箱體，在底板上鋪設底部相似巖層(3a)，并在相似巖層上鋪5mm厚的煤層，把滑車在箱體內來回移動，使得相似巖層上部5mm厚的煤層與工作面擋板以及側擋板的下端面緊密接觸，把滑車推至箱體最里端，然后在工作面擋板、側擋板與箱體內壁之間填充頂面高于頂板上表面的煤層，高出部分的煤層延伸到頂板上表面并覆蓋頂板上表面，再在煤層上填充頂部相似巖層3b；

B、模擬開采

根據設計步距和設計間隔時間，通過千斤頂移動滑車，形成模擬的采空區(28)，同時開啟鼓風機，風流從進風巷道(9a)進入，經過工作面巷道(18)從回風巷道(9b)排出，在經過工作面巷道時，風流通過漏風孔(21)向采空區漏風，形成采空區漏風流場；隨著滑車的移動，頂部相似巖層失去頂板的支撐，礦壓作用逐步增大，當達到頂部相似巖層的破壞極限時，即產生變形破壞，直至垮落，從而模擬采空區冒落的場景，頂部相似巖層開始冒落后，開啟冒落區域下方的加熱管，升溫至200-300℃，同時通過熱電偶監控采空區實時溫度，并間隔一定時間通過抽氣管對冒落區域進行抽氣取樣，并編號及備注信息，把收集的氣樣運到實驗室用氣相色譜儀化驗氣體成分，分析O₂、N₂、CO、CO₂、CH₄、C₂H₆、C₂H₄、C₃H₈、C₂H₂氣體的體積分數，即可完成采空區溫度及氣體實驗數據的獲取。

2.根據權利要求1所述的綜放工作面非均質采空區流場模擬實驗方法，其特征在于，步驟A所述的滑車(2)包括固定筋(33)、焊接在固定筋上的支撐板(34)、橫向設置在支撐板上的轉軸(35)和通過軸承設置在轉軸上的滑輪(8)，頂板(10)水平設置在固定筋和支撐板頂部。