CN110196315A - 一种瓦斯立体抽采与采空区自燃发火耦合试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种瓦斯立体抽采与采空区自燃发火耦合试验系统，包括通风系统、瓦斯系统、立体瓦斯抽采系统、数据测量采集系统和控制系统，还包括底座、固定安装在底座上的框体、能覆盖于框体上的顶盖、使放置在框体与顶盖围成的试验腔内的试验样件保持在试验温度的加温系统、对所述试验样件加载XYZ方向应力的三轴应力加载系统和对所述试验样件中的煤层进行开采以形成采空区的煤岩开挖系统。采用本发明能更真实的模拟实际矿井的采空区和瓦斯立体抽采，为后续揭示瓦斯立体抽采与采空区自燃发火之间的耦合关系提供更准确、真实的数据。

Description

一种瓦斯立体抽采与采空区自燃发火耦合试验系统

技术领域

本发明涉及一种煤矿开采模拟技术，具体涉及一种瓦斯立体抽采与采空区自燃发火耦合试验系统。

背景技术

瓦斯抽采是矿井瓦斯防治，尤其是煤与瓦斯突出防治的主要技术，同时瓦斯也是一种清洁能源。近年来，全国矿井大力实施煤与瓦斯共采，强化瓦斯抽采。受采动裂隙场过大、抽采工艺欠合理等因素影响，瓦斯抽采改变了工作面的漏风，易造成煤层自燃。煤层瓦斯与自燃共生，使得灾害防控复杂化、艰巨化，类似的事故也发生多起。随着开采深度的增加和开采强度的增大，这一形势日益严峻。目前国内外研究学者分别针对矿井瓦斯和煤层自燃的防治进行了大量的研究工作。对于瓦斯与煤层自燃的综合研究较少，主要通过现场实践和数值软件模拟研究，对瓦斯与煤层自燃的综合实验研究尚未开展。瓦斯与煤层自燃灾害共生是裂隙场、瓦斯场、温度场和氧气场多物理场耦合作用的结果，瓦斯与自燃共存致灾机理及灾害的关联性尚未明确阐述。因此，找到合适的瓦斯立体抽采与采空区自燃发火之间的耦合关系至关重要。目前，对于这个问题多数采用数值模拟的手段进行研究，但由于数值模拟往往要忽略很多因素才能得出最终的结果，与实际情况有一定的偏差，对于实际的指导意义亦有局限性。

CN103775120A公开了一种易自燃高瓦斯煤层采空区瓦斯抽采与煤炭自燃模拟实验装置，其包括U形工作面采煤系统、通风系统、瓦斯系统、抽采系统、数据测试采集系统，虽然能模拟易自燃高瓦斯煤层采空区瓦斯抽采与煤炭自燃之间的关系，但是其只考虑了通风对采空区瓦斯抽采与煤炭自燃的影响，得到的采空区瓦斯抽采与煤炭自燃之间的关系不能够真实的反映实际矿井中采空区瓦斯抽采与煤炭自燃的关系。

发明内容

本发明的目的是提供一种瓦斯立体抽采与采空区自燃发火耦合试验系统，以更真实的模拟实际矿井的采空区和瓦斯立体抽采，为后续揭示瓦斯立体抽采与采空区自燃发火之间的耦合关系提供更准确、真实的数据。

本发明所述的瓦斯立体抽采与采空区自燃发火耦合试验系统，包括通风系统、瓦斯系统、立体瓦斯抽采系统、数据测量采集系统和控制系统，还包括底座、固定安装在底座上的框体、能覆盖于框体上的顶盖、使放置在框体与顶盖围成的试验腔内的试验样件保持在试验温度的加温系统、对所述试验样件加载XYZ方向应力的三轴应力加载系统和对所述试验样件中的煤层进行开采以形成采空区的煤岩开挖系统；所述煤岩开挖系统包括进风巷道、回风巷道和煤岩开挖机构，进风巷道、回风巷道、煤岩开挖机构安装在框体内，且进风巷道的进风端部、回风巷道的出风端部伸出框体外，所述通风系统位于框体外且安装在回风巷道的出风口处，所述瓦斯系统中的多个瓦斯供给管的出气口和所述立体瓦斯抽采系统中的多个瓦斯抽采管的进气口分别伸入到所述采空区内，所述数据测量采集系统包括数据采集模块、能与瓦斯抽采管连通的气体采样管、对气体采样管中的气体进行分析的气相色谱仪、用于检测采空区温度的第一温度传感器、用于检测采空区气体压力的气体压力传感器和用于检测采空区应力的应力传感器，第一温度传感器、气体压力传感器、应力传感器都穿过底座且布设于所述试验样件的煤层底面，并通过数据采集模块与控制系统电连接。

优选的，所述煤岩开挖机构包括螺旋开采轴、螺旋输送轴、丝杆、开采伺服减速电机、输送伺服减速电机、行进伺服减速电机、第一导轨、输送槽、第一滑块和第二滑块，开采伺服减速电机、输送伺服减速电机、行进伺服减速电机都与控制系统电连接，丝杆、开采伺服减速电机位于进风巷道内，进风巷道内的一端固定连接有第一支架、另一端固定连接有第二支架，行进伺服减速电机通过第一支架安装在进风巷道内且其输出轴与丝杆的一端连接，丝杆的另一端支承在第二支架上，螺旋输送轴、第一导轨、输送槽位于回风巷道内，回风巷道内的一端固定连接有第三支架、另一端固定连接有第四支架，输送槽的一端与第三支架连接、另一端与第四支架连接，输送槽的靠近回风巷道的端部设置有卸料管，卸料管垂直穿过回风巷道的出风端部的底面，输送伺服减速电机通过第三支架安装在回风巷道内且其输出轴与螺旋输送轴的一端连接，螺旋输送轴位于输送槽内且其另一端支承在第四支架上，第一导轨位于输送槽外，与螺旋输送轴平行，第一导轨的一端安装在第三支架上、另一端安装在第四支架上，螺旋开采轴的一端跨过螺旋输送轴且支承在第一滑块上，第一滑块能相对于第一导轨滑动，螺旋开采轴的另一端与开采伺服减速电机的输出轴连接，开采伺服减速电机固定在第二滑块上，第二滑块与套在丝杆上的丝母连接。行进伺服减速电机的输出轴转动带动丝杆转动，丝杆通过丝母带动第二滑块、开采伺服减速电机、螺旋开采轴行进，开采伺服减速电机的输出轴转动带动螺旋开采轴转动，螺旋开采轴在行进过程中通过转动对试验样件中的煤层进行开采，开采之后的煤样屑进入输送槽内，输送伺服减速电机的输出轴转动带动螺旋输送轴转动，螺旋输送轴转动将输送槽内的煤样屑输送至卸料管处，煤样屑从卸料管的管口落出框体外。利用上述结构的煤岩开挖机构对试验样件中的煤层进行开采时，能真实的模拟矿井中的煤层的实际开采情况，从而使形成的采空区更真实。

优选的，所述煤岩开挖机构还包括第二导轨，第二导轨与丝杆平行且一端安装在第一支架上、另一端安装在第二支架上；所述第一滑块固定连接有第一导向套，第一导向套套在所述第一导轨上且能相对于第一导轨滑动，所述第二滑块固定连接有第二导向套，第二导向套套在所述第二导轨上且能相对于第二导轨滑动。利用第二导轨的导向作用，能避免开采伺服减速电机、螺旋开采轴在开采行进过程中出现偏移。

优选的，所述三轴应力加载系统包括安装在顶盖上的Z向加载单元、安装在框体的前侧壁和后侧壁上的Y向加载单元以及安装在框体的左侧壁上的X向加载单元，所述X向加载单元、Y向加载单元、Z向加载单元都由多个加载油缸作动器构成，加载油缸作动器的输出轴伸入框体内，通过固定件固定连接有作用于试验样件的加压盘，加载油缸作动器通过加压盘将应力加载到试验样件上；每个加载油缸作动器分别与液压伺服加载系统液动连接，液压伺服加载系统与所述控制系统电连接。

优选的，所述加载油缸作动器的输出轴上套设有密封盘，所述密封盘位于框体与加压盘之间，密封盘能避免采空区的气体泄漏。

优选的，所述框体内设置有第一内衬板和第二内衬板，第一内衬板安装在框体的前侧壁与左侧壁相交形成的夹角部位，第一内衬板的一部分与框体的前侧壁左部贴合、另一部分与框体的左侧壁前部贴合，第二内衬板安装在框体的后侧壁与左侧壁相交形成的夹角部位，第二内衬板的一部分与框体的后侧壁左部贴合、另一部分与框体的左侧壁后部贴合。第一、第二内衬板能避免在X向、Y向加载时出现边角效应。

优选的，所述加温系统包括加热模块和保温模块；所述加热模块包括电加热带和第二温度传感器，电加热带均匀铺设在框体内，第二温度传感器穿过底座并伸入到所述试验样件的底板内检测底板的温度，电加热带与控制系统电连接，第二温度传感器通过所述数据采集模块与控制系统电连接，控制系统根据第二温度传感器反馈的温度控制电加热带工作以对所述试验样件进行加热，模拟地热环境；所述保温模块为喷涂在框体内壁的绝热材料和/或填充在框体内壁与所述试验样件之间的保温材料。

优选的，所述顶盖上开设有多个用于实现地面钻井抽采瓦斯的第一瓦斯抽采孔，框体的侧壁上开设有多个用于实现高抽巷抽采瓦斯的第二瓦斯抽采孔，所述底座上开设有多个用于实现底板穿层钻孔抽采瓦斯的第三瓦斯抽采孔；所述立体瓦斯抽采系统还包括多个抽气泵和多个电控三通阀，多个瓦斯抽采管的进气口分别穿过第一、第二、第三瓦斯抽采孔而伸入到所述采空区内；瓦斯抽采管的出气口与电控三通阀的第一个端口连接，抽气泵与电控三通阀的第二个端口连接，所述气体采样管与电控三通阀的第三个端口连接，所述抽气泵、电控三通阀与控制系统电连接。采用电控三通阀将抽气泵、瓦斯抽采管、气体采样管连接，能更方便的进行气体采样。

优选的，所述瓦斯抽采管的一端为封闭的锥形头、另一端为瓦斯抽采管的出气口，瓦斯抽采管的管壁上开设有多个能与所述采空区连通的抽气孔，多个所述抽气孔构成瓦斯抽采管的进气口。采用这种瓦斯抽采管能够更真实的模拟采场瓦斯抽采。

优选的，所述底座的前侧设置有一套顶盖滑移机构，所述底座的后侧也设置有一套顶盖滑移机构，两套顶盖滑移机构关于框体沿左右方向的中线对称，设置在底座后侧的顶盖滑移机构包括滑轨、第一支脚、第二支脚、第一滑轮、第二滑轮和驱动电机，滑轨通过多根支撑柱安装在底座的后侧上方，第一支脚的上端与顶盖的后侧左部固定连接、下端连接第一滑轮，第一滑轮配合在滑轨上，第二支脚的上端与顶盖的后侧右部固定连接、下端连接第二滑轮，第二滑轮配合在滑轨上且其转轴与驱动电机的输出轴连接，驱动电机与控制系统电连接。驱动电机的输出轴转动带动第二滑轮的转轴转动，第二滑轮、第一滑轮在滑轨上移动，进而带动顶盖以及其上的Z向加载单元滑移，实现所述试验腔的打开/关闭。

所述通风系统包括离心式风机及其附件，离心式风机与控制系统电连接。

本发明与现有技术相比，具有如下效果：

（1）由于温度对采空区所有参数影响都很大，比如，温度对煤的氧化进程、氧化行为特征，对采空区的流场分布，甚至对采空区破碎遗煤的渗透率的影响都是很深远；因此，本发明设置了加温系统，通过加温系统使试验样件保持在试验温度，模拟地热环境，真实还原了采空区的状态，从而尽可能真实的模拟了目前的煤矿在开采过程中的地热影响，试验得到的数据是考虑了温度在内的耦合量，数据更真实。

（2）根据矿压相关理论，采空区破碎遗煤在“横三区”内受覆岩应力逐渐恢复的影响， 所承载的轴向应力随采动逐渐恢复至原岩应力水平；由此可知，采空区应力分布是空间位置的函数，其随工作面推进而动态变化，本发明采用煤岩开挖机构能够真实的模拟煤矿的开采过程，真实的模拟煤层开采时对上覆岩层的扰动，最大程度的还原采空区的形成过程，进而对采空区的状态参数展开实验研究；而现有技术是通过人工铺料形成的采空区，不能够真实的还原采空区的形成过程，与真实采空区差别很大，其通过试验得到的试验数据不够真实。

（3）由于采空区煤自燃脱离不开应力场环境，采空区应力的逐渐恢复影响到破碎煤体的压实程度，直接改变了破碎煤体的碎胀系数、空隙率、渗透率，这些参数的变化对采空区的漏风形态、漏风强度、导热具有重要影响，在一定程度上决定了煤自燃氧化的进程；因此，本发明设置了三轴应力加载系统，通过对试验样件加载XYZ方向的应力来真实的模拟目前煤矿开采过程中地应力逐渐增大的情况，最大程度的还原了目前煤矿开采现状，试验得到的数据是考虑了地应力在内的耦合量，数据更真实。

（4）采用本发明进行试验得到的数据为综合考虑了通风、温度、地应力的耦合量，其为后续揭示瓦斯立体抽采与采空区自燃发火之间的耦合关系提供了更准确、真实的数据。

附图说明

图1为本发明的电路原理框图。

图2为本发明的轴测图。

图3为本发明的俯视图。

图4为本发明的仰视图。

图5为本发明的右视图。

图6为本发明中的试验腔打开时的结构示意图。

图7为本发明中的加载油缸作动器与框体、固定件、加压盘以及密封盘的配合示意图。

图8为本发明中的煤岩开挖机构的结构示意图。

图9为本发明中的煤岩开挖机构的横向剖视示意图。

图10为本发明中的煤岩开挖机构的纵向剖视示意图。

图11为本发明中的瓦斯抽采管的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细说明。

如图1至图11所示的瓦斯立体抽采与采空区自燃发火耦合试验系统，包括通风系统、瓦斯系统、立体瓦斯抽采系统、数据测量采集系统、控制系统、底座1、固定安装在底座1上的框体2、能覆盖于框体2上的顶盖3、使放置在框体2与顶盖3围成的试验腔内的试验样件保持在试验温度的加温系统、对试验样件加载XYZ方向应力的三轴应力加载系统和对试验样件中的煤层进行开采以形成采空区的煤岩开挖系统；试验样件由相似材料制作而成，试验样件为多层结构由上至下分别为：顶板、煤层、底板。

顶盖3上开设有多个用于实现地面钻井抽采瓦斯的第一瓦斯抽采孔47，框体2的右侧壁上开设有多个用于实现高抽巷抽采瓦斯的第二瓦斯抽采孔48，底座1上开设有多个用于实现底板穿层钻孔抽采瓦斯的第三瓦斯抽采孔49和多个传感器过孔50、线速过孔51、瓦斯供给孔52。底座1的前侧设置有一套顶盖滑移机构，底座1的后侧也设置有一套顶盖滑移机构，两套顶盖滑移机构关于框体沿左右方向的中线对称，设置在底座1后侧的顶盖滑移机构包括滑轨40、第一支脚41、第二支脚42、第一滑轮43、第二滑轮44和驱动电机45，滑轨40通过多根支撑柱46安装在底座1的后侧上方，第一支脚41的上端与顶盖3的后侧左部固定连接、下端连接第一滑轮43，第一滑轮43配合在滑轨40上，第二支脚42的上端与顶盖3的后侧右部固定连接、下端连接第二滑轮44，第二滑轮44配合在滑轨40上且第二滑轮44的转轴与驱动电机45的输出轴连接，驱动电机45与控制系统电连接。控制系统控制驱动电机45的输出轴转动带动第二滑轮44的转轴转动，第二滑轮44、第一滑轮43在滑轨40上移动，进而带动顶盖3以及其上的Z向加载单元滑移，实现试验腔的打开/关闭。

数据测量采集系统包括数据采集模块、气体采样管、对气体采样管中的气体进行分析的气相色谱仪、用于检测采空区温度的第一温度传感器7、用于检测采空区气体压力的气体压力传感器8和用于检测采空区应力的应力传感器9。第一温度传感器7的探头、气体压力传感器8的探头、应力传感器9的探头分别穿过传感器过孔50而伸入试验样件的煤层底面且位于煤岩开挖系统下方，煤岩开挖系统开采煤层时不会触碰到第一温度传感器7的探头、气体压力传感器8的探头、应力传感器9的探头，第一温度传感器7、气体压力传感器8、应力传感器9通过数据采集模块与控制系统电连接。

加温系统包括加热模块和保温模块。加热模块包括电加热带34和第二温度传感器35，电加热带34均匀铺设在位于框体2内的底座1的上表面部分，第二温度传感器35穿过传感器过孔50并伸入到试验样件的底板内检测底板的温度。保温模块为喷涂在框体内壁的绝热材料和填充在框体内壁与试验样件之间的保温材料，保温模块能保证试验样件的升温和保温，避免热散失过快。电加热带34的线束通过线束过孔51穿出框体2外，并与控制系统电连接，第二温度传感器35通过数据采集模块与控制系统电连接，控制系统根据第二温度传感器35反馈的温度控制电加热带34工作以对试验样件进行加热，模拟地热环境，同时避免加热模块附近因温度过高造成试验样件中的煤层提前氧化。

如图2至图7所示，三轴应力加载系统包括设置在框体2内的第一内衬板31和第二内衬板32、安装在顶盖3上的Z向加载单元、安装在框体2的前侧壁和后侧壁上的Y向加载单元以及安装在框体2的左侧壁上的X向加载单元。第一内衬板31安装在框体2的前侧壁与左侧壁相交形成的夹角部位，第一内衬板31的一部分与框体2的前侧壁左部贴合、另一部分与框体2的左侧壁前部贴合，第二内衬板32安装在框体2的后侧壁与左侧壁相交形成的夹角部位，第二内衬板32的一部分与框体2的后侧壁左部贴合、另一部分与框体2的左侧壁后部贴合。X向加载单元由20个加载油缸作动器4构成，Y向加载单元由32个加载油缸作动器4构成，其中16个加载油缸作动器4安装在框体2的前侧壁上，另外16个加载油缸作动器4安装在框体2的后侧壁上，Z向加载单元由20个加载油缸作动器4构成，加载油缸作动器4的输出轴伸入框体2内，通过固定件5固定连接有作用于试验样件的加压盘6，加载油缸作动器4的输出轴上套设有密封盘33，密封盘33位于框体2与加压盘6之间。每个加载油缸作动器4分别与液压伺服加载系统液动连接，液压伺服加载系统与控制系统电连接，控制系统控制液压伺服加载系统，进而控制加载油缸作动器4实现对试验样件的X方向应力加载和/或Y方向应力加载和/或Z方向应力加载，加载时也可以选择同步应力加载、分梯度应力加载。

通风系统包括离心式风机及其附件，离心式风机与控制系统电连接，控制系统控制离心式风机工作，离心式风机为250D-30DP型号，能够模拟采场负压通风。

如图8至图10所示，煤岩开挖系统包括进风巷道19、回风巷道20和煤岩开挖机构，进风巷道19、回风巷道20、煤岩开挖机构安装在框体2内，且进风巷道19的进风端部、回风巷道20的出风端部伸出框体2外，离心式风机位于框体2外且安装在回风巷道20的出风口201处，负压通风时，风从进风巷道19的进风口191进入。煤岩开挖机构包括螺旋开采轴10、螺旋输送轴11、丝杆12、开采伺服减速电机13、输送伺服减速电机14、行进伺服减速电机15、第一导轨16、第二导轨17、输送槽18、第一滑块26和第二滑块27。开采伺服减速电机13、输送伺服减速电机14、行进伺服减速电机15都与控制系统电连接，丝杆12、开采伺服减速电机13位于进风巷道19内，进风巷道19内的一端固定连接有第一支架21、另一端固定连接有第二支架22，行进伺服减速电机15通过第一支架21安装在进风巷道19内且其输出轴与丝杆12的一端连接，丝杆12的另一端通过轴承部件支承在第二支架22上，第二导轨17与丝杆12平行且一端安装在第一支架21上、另一端安装在第二支架22上。螺旋输送轴11、第一导轨16、输送槽18位于回风巷道20内，回风巷道20内的一端固定连接有第三支架23、另一端固定连接有第四支架24，输送槽18的一端与第三支架23连接、另一端与第四支架24连接，输送槽18的靠近回风巷道的端部设置有卸料管25，卸料管25垂直穿过回风巷道20的出风端部的底面，输送伺服减速电机14通过第三支架23安装在回风巷道20内且其输出轴与螺旋输送轴11的一端连接，螺旋输送轴11位于输送槽18内且其另一端通过轴承部件支承在第四支架24上，第一导轨16位于输送槽18外，与螺旋输送轴11平行，第一导轨16的一端安装在第三支架23上、另一端安装在第四支架24上。螺旋开采轴10的一端跨过螺旋输送轴11且通过轴承部件支承在第一滑块26上，第一滑块26固定连接有第一导向套29，第一导向套29套在第一导轨16上且能相对于第一导轨16滑动，螺旋开采轴10的另一端与开采伺服减速电机13的输出轴连接，开采伺服减速电机13固定在第二滑块27上，第二滑块27与套在丝杆12上的丝母28连接，第二滑块27固定连接有第二导向套30，第二导向套30套在第二导轨17上且能相对于第二导轨17滑动。控制系统控制行进伺服减速电机15的输出轴转动带动丝杆12转动，丝杆12通过丝母28带动第二滑块27、第二导向套30、开采伺服减速电机13、螺旋开采轴10行进，控制系统控制开采伺服减速电机13的输出轴转动带动螺旋开采轴10转动，螺旋开采轴10在行进过程中通过转动对试验样件中的煤层进行开采，开采之后的煤样进入输送槽18内，控制系统控制输送伺服减速电机14的输出轴转动带动螺旋输送轴11转动，螺旋输送轴11转动将输送槽18内的煤样输送至卸料管25处，煤样从卸料管25的管口落出框体2外，避免了破坏框体2的密封条件。

瓦斯系统包括瓦斯瓶、阀门、压力表和多个瓦斯供给管，瓦斯瓶与瓦斯供给管的进气口连接，阀门和压力表安装在瓦斯瓶与瓦斯供给管之间的管路上。瓦斯系统用于给采空区提供瓦斯，模拟真实矿井中采空区的瓦斯情况。多个瓦斯供给管的出气口分别穿过多个瓦斯供给孔52而伸入到采空区内。

立体瓦斯抽采系统包括多个瓦斯抽采管38、多个抽气泵36和多个电控三通阀37。如图11所示，瓦斯抽采管38的一端为封闭的锥形头、另一端为瓦斯抽采管38的出气口，瓦斯抽采管38的管壁上开设有多个能与采空区连通的抽气孔39，多个抽气孔39构成瓦斯抽采管38的进气口，多个瓦斯抽采管38的进气口分别穿过第一瓦斯抽采孔47、第二瓦斯抽采孔48、第三瓦斯抽采孔49而伸入到采空区内，用于实现地面钻井抽采瓦斯、高抽巷抽采瓦斯的瓦斯抽采管38的出气口直接与抽气泵36连接，用于实现底板穿层钻孔抽采瓦斯的瓦斯抽采管38的出气口与电控三通阀37的第一个端口连接，抽气泵36与电控三通阀37的第二个端口连接，气体采样管与电控三通阀37的第三个端口连接，抽气泵36、电控三通阀37与控制系统电连接，控制系统控制抽气泵36、电控三通阀37工作，实现瓦斯立体抽采（包括地面钻井抽采、高抽巷抽采和底板穿层钻孔抽采）。抽气泵36的负压和流量可以通过控制系统进行多级调节，抽气泵36的最大流量为120m³/h，精度±0.5%，负压可实时测量。

试验时，第一温度传感器7、气体压力传感器8、应力传感器9将检测的采空区的温度、气体压力、应力数据发送给控制系统；气体采样管采集瓦斯抽采管38中的气体，气相色谱仪对气体采样管中的气体进行分析，获得采空区中的瓦斯浓度和采空区中的其他气体的具体成分和浓度。

采用上述试验系统可对立体瓦斯抽采采空区流场进行实验研究，较为准确的观测和分析采空区流场规律，为立体抽采瓦斯治理和采空区防火提供科学的技术依据。

Claims (10)

1.一种瓦斯立体抽采与采空区自燃发火耦合试验系统，包括通风系统、瓦斯系统、立体瓦斯抽采系统、数据测量采集系统和控制系统，其特征在于：还包括底座（1）、固定安装在底座（1）上的框体（2）、能覆盖于框体（2）上的顶盖（3）、使放置在框体（2）与顶盖（3）围成的试验腔内的试验样件保持在试验温度的加温系统、对所述试验样件加载XYZ方向应力的三轴应力加载系统和对所述试验样件中的煤层进行开采以形成采空区的煤岩开挖系统；所述煤岩开挖系统包括进风巷道（19）、回风巷道（20）和煤岩开挖机构，进风巷道、回风巷道、煤岩开挖机构安装在框体（2）内，且进风巷道的进风端部、回风巷道的出风端部伸出框体外，所述通风系统位于框体外且安装在回风巷道的出风口（201）处，所述瓦斯系统中的多个瓦斯供给管的出气口和所述立体瓦斯抽采系统中的多个瓦斯抽采管（38）的进气口分别伸入到所述采空区内，所述数据测量采集系统包括数据采集模块、能与瓦斯抽采管连通的气体采样管、对气体采样管中的气体进行分析的气相色谱仪、用于检测采空区温度的第一温度传感器（7）、用于检测采空区气体压力的气体压力传感器（8）和用于检测采空区应力的应力传感器（9），第一温度传感器（7）、气体压力传感器（8）、应力传感器（9）都穿过底座且布设于所述试验样件的煤层底面，并通过数据采集模块与控制系统电连接。

2.根据权利要求1所述的瓦斯立体抽采与采空区自燃发火耦合试验系统，其特征在于：所述煤岩开挖机构包括螺旋开采轴（10）、螺旋输送轴（11）、丝杆（12）、开采伺服减速电机（13）、输送伺服减速电机（14）、行进伺服减速电机（15）、第一导轨（16）、输送槽（18）、第一滑块（26）和第二滑块（27），开采伺服减速电机（13）、输送伺服减速电机（14）、行进伺服减速电机（15）都与控制系统电连接，丝杆（12）、开采伺服减速电机（13）位于进风巷道（19）内，进风巷道（19）内的一端固定连接有第一支架（21）、另一端固定连接有第二支架（22），行进伺服减速电机（15）通过第一支架（21）安装在进风巷道（19）内且其输出轴与丝杆（12）的一端连接，丝杆（12）的另一端支承在第二支架（22）上，螺旋输送轴（11）、第一导轨（16）、输送槽（18）位于回风巷道（20）内，回风巷道（20）内的一端固定连接有第三支架（23）、另一端固定连接有第四支架（24），输送槽（18）的一端与第三支架（23）连接、另一端与第四支架（24）连接，输送槽（18）的靠近回风巷道的端部设置有卸料管（25），卸料管（25）垂直穿过回风巷道的出风端部的底面，输送伺服减速电机（14）通过第三支架（23）安装在回风巷道（20）内且其输出轴与螺旋输送轴（11）的一端连接，螺旋输送轴（11）位于输送槽（18）内且其另一端支承在第四支架（24）上，第一导轨（16）位于输送槽（18）外，与螺旋输送轴（11）平行，且其一端安装在第三支架（23）上、另一端安装在第四支架（24）上，螺旋开采轴（10）的一端跨过螺旋输送轴（11）且支承在第一滑块（26）上，第一滑块（26）能相对于第一导轨（16）滑动，螺旋开采轴（10）的另一端与开采伺服减速电机（13）的输出轴连接，开采伺服减速电机（13）固定在第二滑块（27）上，第二滑块（27）与套在丝杆（12）上的丝母（28）连接，行进伺服减速电机（15）带动丝杆转动，通过丝母能带动第二滑块（27）、开采伺服减速电机（13）、螺旋开采轴（10）行进。

3.根据权利要求2所述的瓦斯立体抽采与采空区自燃发火耦合试验系统，其特征在于：所述煤岩开挖机构还包括第二导轨（17），第二导轨（17）与丝杆（12）平行且一端安装在第一支架（21）上、另一端安装在第二支架（22）上；所述第一滑块（26）固定连接有第一导向套（29），第一导向套套在所述第一导轨（16）上且能相对于第一导轨滑动，所述第二滑块（27）固定连接有第二导向套（30），第二导向套套在所述第二导轨（17）上且能相对于第二导轨滑动。

4.根据权利要求1或2或3所述的瓦斯立体抽采与采空区自燃发火耦合试验系统，其特征在于：所述三轴应力加载系统包括安装在顶盖（3）上的Z向加载单元、安装在框体（2）的前侧壁和后侧壁上的Y向加载单元以及安装在框体（2）的左侧壁上的X向加载单元，所述X向加载单元、Y向加载单元、Z向加载单元都由多个加载油缸作动器（4）构成，加载油缸作动器（4）的输出轴伸入框体（2）内，通过固定件（5）固定连接有作用于试验样件的加压盘（6）；每个加载油缸作动器分别与液压伺服加载系统液动连接，液压伺服加载系统与所述控制系统电连接。

5.根据权利要求4所述的瓦斯立体抽采与采空区自燃发火耦合试验系统，其特征在于：所述加载油缸作动器（4）的输出轴上套设有密封盘（33），所述密封盘位于框体（2）与加压盘（6）之间。

6.根据权利要求4或5所述的瓦斯立体抽采与采空区自燃发火耦合试验系统，其特征在于：所述框体（2）内设置有第一内衬板（31）和第二内衬板（32），第一内衬板（31）安装在框体（2）的前侧壁与左侧壁相交形成的夹角部位，第一内衬板（31）的一部分与框体（2）的前侧壁左部贴合、另一部分与框体（2）的左侧壁前部贴合，第二内衬板（32）安装在框体（2）的后侧壁与左侧壁相交形成的夹角部位，第二内衬板（32）的一部分与框体（2）的后侧壁左部贴合、另一部分与框体（2）的左侧壁后部贴合。

7.根据权利要求1至6任一所述的瓦斯立体抽采与采空区自燃发火耦合试验系统，其特征在于：所述加温系统包括加热模块和保温模块；所述加热模块包括电加热带（34）和第二温度传感器（35），电加热带（34）均匀铺设在框体（2）内，第二温度传感器（35）穿过底座并伸入到所述试验样件的底板内检测底板的温度，电加热带（34）与控制系统电连接，第二温度传感器（35）通过所述数据采集模块与控制系统电连接；所述保温模块为喷涂在框体内壁的绝热材料和/或填充在框体内壁与所述试验样件之间的保温材料。

8.根据权利要求1至7任一所述的瓦斯立体抽采与采空区自燃发火耦合试验系统，其特征在于：所述顶盖（3）上开设有多个用于实现地面钻井抽采瓦斯的第一瓦斯抽采孔（47），框体（2）的侧壁上开设有多个用于实现高抽巷抽采瓦斯的第二瓦斯抽采孔（48），所述底座（1）上开设有多个用于实现底板穿层钻孔抽采瓦斯的第三瓦斯抽采孔（49）；所述立体瓦斯抽采系统还包括多个抽气泵（36）和多个电控三通阀（37），多个瓦斯抽采管（38）的进气口分别穿过第一、第二、第三瓦斯抽采孔（47、48、49）而伸入到所述采空区内；瓦斯抽采管（38）的出气口与电控三通阀（37）的第一个端口连接，抽气泵（36）与电控三通阀（37）的第二个端口连接，所述气体采样管与电控三通阀（37）的第三个端口连接，所述抽气泵（36）、电控三通阀（37）与控制系统电连接。

9.根据权利要求8所述的瓦斯立体抽采与采空区自燃发火耦合试验系统，其特征在于：所述瓦斯抽采管（38）的一端为封闭的锥形头、另一端为瓦斯抽采管（38）的出气口，瓦斯抽采管（38）的管壁上开设有多个能与所述采空区连通的抽气孔（39），多个所述抽气孔（39）构成瓦斯抽采管（38）的进气口。

10.根据权利要求1-9任一所述的瓦斯立体抽采与采空区自燃发火耦合试验系统，其特征在于：所述底座（1）的前侧设置有一套顶盖滑移机构，所述底座（1）的后侧也设置有一套顶盖滑移机构，两套顶盖滑移机构关于框体沿左右方向的中线对称，设置在底座（1）后侧的顶盖滑移机构包括滑轨（40）、第一支脚（41）、第二支脚（42）、第一滑轮（43）、第二滑轮（44）和驱动电机（45），滑轨（40）通过多根支撑柱（46）安装在底座（1）的后侧上方，第一支脚（41）的上端与顶盖（3）的后侧左部固定连接、下端连接第一滑轮（43），第一滑轮（43）配合在滑轨上，第二支脚（42）的上端与顶盖（3）的后侧右部固定连接、下端连接第二滑轮（44），第二滑轮（44）配合在滑轨上且其转轴与驱动电机（45）的输出轴连接，驱动电机（45）与控制系统电连接。