[發(fā)明專利]綜放工作面非均質采空區(qū)流場模擬實驗方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710741061.7
• 申請日: 2017-08-25
• 公開（公告）號: CN107560820B
• 公開（公告）日: 2019-03-08
• 發(fā)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

本發(fā)明涉及綜放工作面非均質采空區(qū)流場模擬實驗方法，技術方案是，A、安裝模擬實驗裝置；B、模擬開采；通過千斤頂移動滑車，形成模擬的采空區(qū)，頂部相似巖層開始冒落后，開啟冒落區(qū)域下方的加熱管，升溫至200?300℃，同時通過熱電偶監(jiān)控采空區(qū)實時溫度，并間隔一定時間通過抽氣管對冒落區(qū)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，完成采空區(qū)溫度及氣體實驗數(shù)據(jù)的獲取，本發(fā)明根據(jù)現(xiàn)場煤巖層情況，在箱體和滑車上鋪設相似煤巖層，通過推拉滑車模擬采煤過程，上覆煤巖層在失去滑車支撐后，依靠自重產生變形破壞直至冒落，整個過程為自然冒落，形成的非均質采空區(qū)與現(xiàn)場的相似度大大提高。

技術領域

本發(fā)明涉及采空區(qū)流場模擬實驗方法，特別是一種綜放工作面非均質采空區(qū)流場模擬實驗方法。

背景技術

我國是煤自燃較為嚴重的國家，每年煤自燃造成的資源和環(huán)境損失難以估量，由于回采率低、推進速度慢等原因，綜放采煤工作面更易出現(xiàn)煤自燃問題。據(jù)統(tǒng)計，95％以上的煤自燃發(fā)生在人員不能直視或到達的采空區(qū)內部，從而難以準確獲取煤自燃火源理化參數(shù)，造成滅火效果不佳，因此，有必要建立一定的技術方法研究綜放工作面采空區(qū)煤自燃的分布和蔓延規(guī)律，指導現(xiàn)場采空區(qū)煤自燃滅火。

近年來，學者在實驗室里主要從數(shù)值模擬和物理模擬兩個方面對綜放工作面采空區(qū)煤自燃問題進行了研究。數(shù)值模擬參數(shù)的選取存在較多的估計值，從而使得模擬結果偏離實際，必須借助物理模型或現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行修正。由于現(xiàn)場數(shù)據(jù)受多種因素制約，獲取不易且存在誤差，因此，搭建采空區(qū)物理模型進行物理模擬成為較可靠解決采空區(qū)煤自燃的方法。目前，已有的采空區(qū)物理模型多是用碎石、碎煤及其他人工材料填充形成采空區(qū)，這些填充物上部未加載上覆巖層形成壓力，且這些人工充填形成的采空區(qū)物理模型加載了上覆壓力后，研究結果也不能很好的與現(xiàn)場實際吻合。

為了形成與現(xiàn)場相似度高的采空區(qū)物理模型，發(fā)明人于2014年申請并授權的專利號為ZL201410453668.1的“綜放/采長壁工作面采空區(qū)流場模擬試驗裝置及方法”，經過后期的研究發(fā)現(xiàn)，該裝置存在以下問題：①與現(xiàn)場相似度不高。例如，液壓升降桿下降過程中上覆煤巖層會和滑塊一起下降，難以形成相似度高的非均質采空區(qū)；滑塊寬度均勻設置，使得每次采煤的進度相等；現(xiàn)場綜放采煤工作面的通風高度為支架高度，裝置中的通風高度為支架和放煤高度；裝置中工作面采空區(qū)方向沒有擋板，上覆煤巖層冒落后存在堵塞工作面的情況。②液壓升降桿多，管理復雜，容易毀壞，難以更換。例如，此裝置長為3800mm，除掉兩端保護煤壁長度400mm，按照每次模擬采煤50mm，那么需要68排液壓升降桿，按每個滑塊下面有兩個液壓升降桿，則需要136個液壓升降桿；每個液壓升降桿需要油管或氣管，管理復雜；液壓桿存在殘次率問題，其中一個毀壞，會影響實驗正常進行；考慮下部安全及尺寸，液壓升降桿、熱電偶等電子元件毀壞后難以更換。③裝置控制復雜，成本高，現(xiàn)有技術條件下不易實現(xiàn)。例如，68排滑塊下降時需要兩個液壓升降桿同步穩(wěn)定下降，使得裝置成本大幅度增高；當滑塊之間存在傾斜和雜物時會增加滑塊間的摩擦力，從而阻止滑塊下降到指定位置；滑塊為金屬材質，裝置未考慮滑塊下部散熱問題；滑塊下降過程中，會擾動采場流場，影響測量數(shù)據(jù)的準確性；由于現(xiàn)場每天采煤進度不同，需要把滑塊變窄，這使液壓升降桿變得更多，且市場上不易買到合適的液壓升降桿。因此，其改進和創(chuàng)新勢在必行。

發(fā)明內容

針對上述情況，為克服現(xiàn)有技術之缺陷，本發(fā)明之目的就是提供一種綜放工作面非均質采空區(qū)流場模擬實驗方法，可有效解決利用滑車抽拉模擬工作面采煤，依靠上覆煤巖層自重自然冒落形成非均質采空區(qū)，與現(xiàn)場相似度更高，且實驗過程可靠易操作，獲取的實驗數(shù)據(jù)可信度更高的問題。

本發(fā)明解決的技術方案是：

一種綜放工作面非均質采空區(qū)流場模擬實驗方法，包括以下步驟：

A、安裝模擬實驗裝置