[實用新型]一種松散介質液氮滲流運移特征測試實驗裝置

有效

• 申請號: 201822114111.1
• 申請日: 2018-12-17
• 公開（公告）號: CN209215186U
• 公開（公告）日: 2019-08-06
• 發明（設計）人: 雷柏偉;吳兵;張洋;李鶴松
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學（北京）
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 杜陽陽

本實用新型公開了一種松散介質液氮滲流運移特征測試實驗裝置，彌補了現有技術的空白；在實驗箱內填充不同粒徑的松散介質；實驗箱的側面設置有液氮注入口和壓差溫度測量口；在壓差溫度測量口處設置有壓差計和溫度測量計；液氮注入系統通過液氮輸送管伸入到液氮注入口中以實現液氮注入到實驗箱內；在實驗箱底部的設定區域上布置有多個溫度傳感器；在實驗箱的頂部開設有氣體釋放口，在氣體釋放口處設置有氣體質量流量計；氣體質量流量計、壓差計、溫度測量計以及所有溫度傳感器均與數據采集儀連接，數據采集儀與信息處理終端連接。本實用新型通過該裝置來測定煤礦采空區松散介質內液氮運移路徑、完全汽化半徑及汽化速率。

技術領域

本實用新型涉及液氮滲流運移特征測試技術領域，特別是涉及一種松散介質液氮滲流運移特征測試實驗裝置。

背景技術

我國煤礦自然發火事故十分嚴重，全國煤礦中有56％的礦井存在煤層自然發火危險，其中厚煤層開采自然發火更為嚴重。煤礦采空區自燃發生時，受制于煤礦工作面作業空間和監測手段的影響，當前還無法實現煤礦采空區深部高溫自燃點的準確探測。當前國內外主要使用的煤礦采空區自燃治理方法有：注水灌漿、惰性氣體、均壓防滅火、凝膠滅火、泡沫滅火等，以上技術對于治理煤自燃發揮了重要作用，但是由于煤礦采空區自燃點位置判定困難，除惰性氣體外的其它火區治理方法很難直接作用于發火區域。然而，惰性氣體由于良好的流動性和擴散性既容易作用于高溫發火區域也容易擴散流失，因此注惰所產生的窒息作用及流動帶走的熱量對于遺煤自燃的治理作用有限。隨著液態惰氣制備和冷藏運輸技術的發展，液惰直注技術在礦井火災治理中被逐漸應用，該技術充分利用液氮相變吸熱快速降低高溫松散介質溫度。但是由于缺乏液氮在松散介質內液、氣運移及換熱過程研究，導致現場應用液氮時其注入參數設計缺乏理論支撐，難以發揮液氮的最佳滅火性能，致使液氮注入后火區內仍然存在高溫區域，延誤火區治理時間。

當液氮注入松散介質后，液氮首先沸騰汽化，然后液氮和低溫氣體在重力和慣性力的作用下深入松散介質底部沿著孔隙進行最優流動路徑滲流，低溫氮氣在液氮汽化膨脹作用下進行強迫對流擴散。隨著液氮水平移動距離的增加，液、氣兩態中液氮比例逐漸降低直至完全汽化，其中完全汽化位置距液氮注入口的間距稱完全汽化半徑。在完全汽化半徑內，松散介質內高溫主要通過液氮汽化吸熱和低溫氮氣驅替置換作用進行消除，該范圍內的降溫效果最為直接和有效。在完全汽化半徑外，低溫氮氣僅是通過熱量驅替置換作用進行高溫抑制，其對高溫松散介質的熱量置換并不充分，當液氮注入不連續時，該區域積存氣體又會被高溫破碎煤巖加熱。

當前關于液氮直注煤礦采空區后的液氮滲流運移特征研究較少，致使對液氮直注煤礦采空區時的熱置換過程及效率缺乏認識，液氮在煤礦采空區內的運移特性與煤礦采空區內的滲透率、平臺傾角、液氮注入參數有關，因此通過在實驗室搭建物理相似模型開展不同參數變化下，研究液氮在松散介質內的運移路徑及完全汽化半徑，為煤礦采空區火災救災時液氮注入參數的設計提供依據。

實用新型內容

本實用新型的目的是提供一種松散介質液氮滲流運移特征測試實驗裝置，彌補現有技術存在的空白，能夠測定煤礦采空區松散介質內液氮運移路徑、完全汽化半徑及汽化速率。

為實現上述目的，本實用新型提供了如下方案：

一種松散介質液氮滲流運移特征測試實驗裝置，包括實驗箱、液氮注入系統、數據采集儀以及與所述數據采集儀連接的信息處理終端；

所述實驗箱用于盛放松散介質；

在所述實驗箱的側面設置有液氮注入口和壓差溫度測量口；在所述壓差溫度測量口處設置有壓差計和溫度測量計；所述液氮注入系統中的液氮輸送管通過伸入到所述液氮注入口內以實現液氮注入所述實驗箱；

在所述實驗箱底部的設定區域上布置有多個溫度傳感器；

在所述實驗箱的頂部開設有氣體釋放口，且在所述氣體釋放口處設置有氣體質量流量計；