CN105372397A - 一种采空区自然发火的模拟实验装置 - Google Patents

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许育铭
郭文杰
高亮
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Abstract

本发明涉及一种采空区自然发火的模拟实验装置，其包括箱体，箱体内上部设置有工作面，箱体上部外壁面上设置有出风降噪喇叭口，工作面上设置有通风管路、联络管路、进风巷、回风巷和尾巷；箱体下部内空间设置有空气加热器、加湿器、扩散器和空压机；箱体外部设置有中控柜；出风降噪喇叭口依次经回风巷、进风巷、联络管路与空气加热器入口连接，空气加热器上还设置有加湿器；空气加热器的出口经管路与扩散器入口连接，扩散器的出口经管路与空压机连接构成负压结构；回风巷出口端连接至出风降噪喇叭口，回风巷另一端经通风管路与尾巷一端连通，尾巷另一端也连接至降噪喇叭口；箱体侧壁上还设置有穿线孔，控制线及数据线经穿线孔与中控柜连接。

Description

一种采空区自然发火的模拟实验装置
技术领域
本发明涉及一种采空区模拟实验装置，特别是关于一种采空区自然发火的模拟实验装置。
背景技术
目前，国内外对于采空区自然发火大多数停留在利用有限元数值分析发等的数值模拟方面，数值模拟的方法虽然计算过程严密、速度快、不受现场条件约束，但对于非线性、大变形、非连续介质方面，由于在岩体物理属性的决定上参数选择上有困难，特别是给定初始条件的偏颇，因此结果往往有一定的局限性。模型试验方法在六十年代，在我国矿山应用方面得到一些成果，具有研究周期短、成本低、直观性强、观测方便等特点，并且能认为控制影响因素重复进行实验研究。但是由于采空区的结构及其复杂，很难达到很高的相似程度，与采空区相关的模拟实验装置很少。
国内目前进行的采空区的相似模拟模型，均偏重于采空区风流场和瓦斯运移方面，未针对采空区温度场的分布进行监测，并且构造的模型都停留在二维层面上，未进行三维实验。在采空区填充材料方面，选择玻璃、石膏等相似材料进行填充，而不是选择煤样进行填充，不能真实反映采空区情况。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种采空区自然发火的模拟实验装置，可实现对采空区漏风风流的流场分布规律和采空区松散煤体的热量变化规律进行揭示，进而确定采空区内高温火源的位置。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种采空区自然发火的模拟实验装置，其特征在于：该装置包括箱体，所述箱体内上部设置有工作面，所述工作面右侧为采空区域；在所述箱体上部外壁面上设置有出风降噪喇叭口，所述箱体上部内空间工作面上设置有通风管路、联络管路、进风巷、回风巷和尾巷；所述箱体下部内空间设置有空气加热器、加湿器、扩散器和空压机；所述箱体外部设置有中控柜，在所述箱体上还设置有若干温度传感器、压力传感器和气体传感器；所述空压机出口经管路与所述扩散器入口连接，所述扩散器出口经管路与所述空气加热器入口连接，所述空气加热器出口经所述联络管路与所述进风巷一端连接，在所述空气加热器上还设置有所述加湿器；所述进风巷另一端经所述回风巷与所述出风降噪喇叭口连接；所述回风巷出口端连接至所述出风降噪喇叭口，所述回风巷进口端经所述通风管路与所述尾巷一端连通，所述尾巷另一端也连接至所述降噪喇叭口；所述箱体侧壁上还设置有穿线孔，所述空压机、温度传感器、压力传感器和气体传感器的控制线及数据线经所述穿线孔与所述中控柜连接。
进一步，所述箱体上部设置有顶盖，所述顶盖与所述箱体活动连接；在所述箱体正面还设置有两道对开的观测门，所述箱体底部还设置有法兰圆盘；所述箱体内部还设置有若干支撑钢板。
进一步，所述顶盖与所述箱体之间通过开门气缸连接。
进一步，所述箱体底部安装有旋转支撑平台。
进一步，所述箱体的壁面从内到外依次由不锈钢板、岩棉保温层和包装铁皮构成。
进一步，所述工作面上还设置有若干漏风孔。
进一步，所述空气加热器与所述扩散器之间的管路上还设置有质量流量计，所述质量流量计经数据线连接至所述中控柜。
进一步，所述箱体上部内空间还设置有加热源。
进一步，所述装置采用两种加热方式，当开启所述空气加热器，关闭所述加热源时，实现所述箱体的整体加热方式；当所述空气加热器关闭，开启所述加热源时，通过所述加热源对所述箱体进行加热，实现点源式加热方式。
进一步，所述通风管路采用U+L型结构：所述尾巷的延伸段与所述回风巷的延伸段连通，并在两者延伸段之间设置有两个以上的连通管路，每个所述连通管路内都设置有电磁阀；所述电磁阀经控制线与所述中控柜连接。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于采用两种平衡调温结构，可调节理想温度环境。因此，具有稳定、平衡式加热、可进行高精度、高稳定温度控制的优点。2、本发明采用U+L型结构的通风管路，并在通风管路工作面上设置有若干漏风孔，可以有效模拟实际矿井通风情况。3、本发明由于配备了压力传感器与温度传感器，因此，具有可以对实验过程中试样中漏风风压和温度进行监测。4、本发明根据相似准则，在模拟采空区及回采工作面的真实情况方面上可达到多个指标相似，实现高水准的相似程度。同时选用煤样进行填充，通过采空区内压力、温度、气体传感器的铺设，实现对采空区内风压、漏风流场和温度场的观测，从而揭露采空区内漏风风流分布变化规律、采空区内温度场变化规律。本发明可广泛用于矿井生产中采空区自燃的预防工作及揭示采空区漏风规律和松散媒体传热规律的科研中。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是图1的俯视图；
图3是图1的侧视图；
图4是本发明的通风管路工作面漏风孔示意图；
图5是本发明的通风管路及巷道设置示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1～图3所示，本发明提供一种采空区自然发火的模拟实验装置，其包括箱体1，在箱体1内上部设置有工作面2，该工作面2右侧区域为采空区域(如图2所示)，使用时，可以在该采空区域内填充不同粒径的煤样，进而模拟采空区自燃三带不同漏风率，其中，采空区自燃三带分为散热带-氧化带-窒息带。在箱体1上部外壁面上设置开门气缸15出风降噪喇叭口3，箱体1上部内空间工作面上设置有通风管路、联络管路4、进风巷5、回风巷6和尾巷7；箱体1下部内空间设置有空气加热器8、加湿器9、扩散器10和空压机11；箱体1外部设置有中控柜12，在箱体1上还设置有若干温度传感器、压力传感器和气体传感器，气体传感器设置在进风巷5和回风巷6处。空压机11出口经管路与扩散器10入口连接，扩散器10出口经管路与空气加热器8入口连接，空气加热器8出口经联络管路4与进风巷5一端连接；在空气加热器8上还设置有加湿器9。进风巷5另一端经回风巷6与出风降噪喇叭口3连接。回风巷6出口端连接至出风降噪喇叭口3，回风巷6进口端经通风管路与尾巷7一端连通，尾巷7另一端也连接至降噪喇叭口6，由出风降噪喇叭口3降低出风口速压。箱体1侧壁上还设置有穿线孔13，空压机11、温度传感器、压力传感器和气体传感器的控制线及数据线经穿线孔13与中控柜12连接。
上述实施例中，箱体1上部设置有顶盖14，顶盖14与箱体1活动连接，可以采用将顶盖14一次性打开的结构；箱体1与顶盖14之间还可以采用液压支撑杆连接方式，即顶盖14与箱体1之间通过开门气缸15连接。在箱体1正面还设置有两道对开的观测门，方便装煤样。箱体1底部还可以设置有法兰圆盘，用于实验完成后卸煤样；箱体1内部还可以设置有若干支撑钢板，防止箱体1因自重和箱体1尺寸过大而导致的弯曲变形。
上述各实施例中，箱体1底部安装有旋转支撑平台16。由于实际煤层赋存时都存在一定的角度即倾向，本实施例中通过旋转支撑平台16可以实现将箱体1旋转成倾斜状态，即箱体1的工作面2与水平面呈一定角度，进而模拟实际煤层的倾向。例如，将工作面倾斜至角度为0°～25°。
上述各实施例中，箱体1的壁面从内到外依次由不锈钢板、岩棉保温层和包装铁皮构成，以保证箱体1的温度不向外界传递。
上述各实施例中，如图4所示，位于工作面2上还设置有若干漏风孔，各漏风孔大小不同，实现向采空区的漏风，模拟实际采空区内漏风情况。
上述各实施例中，在空气加热器8与扩散器10之间的管路上还设置有质量流量计17，质量流量计17经数据线连接至中控柜12，实现对空压机11的风量进行控制。
上述各实施例中，在箱体1上部内空间还可以设置有加热源18，通过加热源18为位于箱体1上部内空间中的煤样进行加热。
上述各实施例中，如图5所示，通风管路采用U+L型结构，即，尾巷7的延伸段与回风巷6的延伸段连通，并在两者延伸段之间设置有两个以上的连通管路19，每个连通管路19内都设置有电磁阀20。电磁阀20经控制线与中控柜12连接，由中控柜12控制电磁阀工作，进而实现对出风口数量的控制；当电磁阀20均关闭时，通风管路为U型结构，当电磁阀20开启时，则通风管路为U+L型结构。
上述各实施例中，本发明采用两种加热方式，当开启空气加热器8，关闭加热源18时，对供风进行加热，实现箱体1的整体加热方式；当空气加热器8关闭，开启加热源18时，通过加热源18对箱体1进行加热，实现点源式加热方式。
综上所述，本发明在使用时，通过中控柜12控制空气加热器8将进入箱体1内部的空气进行预热，使供风温度达到箱体1内煤样入口要求的温度。或通过中控柜12能够控制加热源18以某个设定的温度值(例如10℃/min)或以某个功率值加热到预先设定的温度值(如100℃)，并控制加热源18加热到设定的温度值(如100℃)恒定一段时间(如5min)，然后继续加热到需要的温度值(200℃)；其温度值能够精确到0.01℃。通过设置在箱体1上的温度传感器、压力传感器和气体传感器分别采集箱体内高温热源温度、各测点的煤样温度、进出口风流温度、压力参数以及进出口的风量及风速值，将检测到的参数传输至中控柜12内，由中控柜12进行处理。
上述各实施例仅用于说明本发明，各部件的结构、尺寸、设置位置及形状都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种采空区自然发火的模拟实验装置，其特征在于：该装置包括箱体，所述箱体内上部设置有工作面，所述工作面右侧为采空区域；在所述箱体上部外壁面上设置有出风降噪喇叭口，所述箱体上部内空间工作面上设置有通风管路、联络管路、进风巷、回风巷和尾巷；所述箱体下部内空间设置有空气加热器、加湿器、扩散器和空压机；所述箱体外部设置有中控柜，在所述箱体上还设置有若干温度传感器、压力传感器和气体传感器；所述空压机出口经管路与所述扩散器入口连接，所述扩散器出口经管路与所述空气加热器入口连接，所述空气加热器出口经所述联络管路与所述进风巷一端连接，在所述空气加热器上还设置有所述加湿器；所述进风巷另一端经所述回风巷与所述出风降噪喇叭口连接；所述回风巷出口端连接至所述出风降噪喇叭口，所述回风巷进口端经所述通风管路与所述尾巷一端连通，所述尾巷另一端也连接至所述降噪喇叭口；所述箱体侧壁上还设置有穿线孔，所述空压机、温度传感器、压力传感器和气体传感器的控制线及数据线经所述穿线孔与所述中控柜连接。
2.如权利要求1所述的一种采空区自然发火的模拟实验装置，其特征在于：所述箱体上部设置有顶盖，所述顶盖与所述箱体活动连接；在所述箱体正面还设置有两道对开的观测门，所述箱体底部还设置有法兰圆盘；所述箱体内部还设置有若干支撑钢板。
3.如权利要求2所述的一种采空区自然发火的模拟实验装置，其特征在于：所述顶盖与所述箱体之间通过开门气缸连接。
4.如权利要求1或2或3所述的一种采空区自然发火的模拟实验装置，其特征在于：所述箱体底部安装有旋转支撑平台。
5.如权利要求1或2或3所述的一种采空区自然发火的模拟实验装置，其特征在于：所述箱体的壁面从内到外依次由不锈钢板、岩棉保温层和包装铁皮构成。
6.如权利要求1或2或3所述的一种采空区自然发火的模拟实验装置，其特征在于：所述工作面上还设置有若干漏风孔。
7.如权利要求1或2或3所述的一种采空区自然发火的模拟实验装置，其特征在于：所述空气加热器与所述扩散器之间的管路上还设置有质量流量计，所述质量流量计经数据线连接至所述中控柜。
8.如权利要求1或2或3所述的一种采空区自然发火的模拟实验装置，其特征在于：所述箱体上部内空间还设置有加热源。
9.如权利要求8所述的一种采空区自然发火的模拟实验装置，其特征在于：所述装置采用两种加热方式，当开启所述空气加热器，关闭所述加热源时，实现所述箱体的整体加热方式；当所述空气加热器关闭，开启所述加热源时，通过所述加热源对所述箱体进行加热，实现点源式加热方式。
10.如权利要求1或2或3所述的一种采空区自然发火的模拟实验装置，其特征在于：所述通风管路采用U+L型结构：所述尾巷的延伸段与所述回风巷的延伸段连通，并在两者延伸段之间设置有两个以上的连通管路，每个所述连通管路内都设置有电磁阀；所述电磁阀经控制线与所述中控柜连接。
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