CN114088871A - 一种煤田火灾演化模拟试验系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤田火灾演化模拟试验系统及方法，试验系统包括物理相似模拟单元、供气单元、引燃单元和数据采集分析单元；物理相似模拟单元包括试验箱体，试验箱体内设置有高温炉和隔热材料，高温炉上连接有角度调节机构；供气单元包括供气源、空气压缩机和第一质量流量计；引燃单元包括控温器、加热棒和温度传感器；数据采集分析单元包括计算机、声学测温组件、高温红外热成像仪、第二质量流量计、烟气分析仪、无线测温传感器、第一质量计和第二质量计。本发明系统结构简单，设计合理，实现方便，结合试验方法，能够有效应用在煤田火灾演化的模拟试验中，功能丰富，操作简便，模拟效果接近实际条件的煤田自燃情况，效果显著，便于推广。

Description

一种煤田火灾演化模拟试验系统及方法

技术领域

本发明属于煤田火区治理技术领域，具体涉及一种煤田火灾演化模拟试验系统及方法。

背景技术

煤田火区治理是一个世界性难题，在全球范围内除了南极洲，其他大洲都存在地下煤火现象。煤田火灾除了探测难、扑灭难之外，在治理过程中还会出现火区以外的问题，影响人们的生活，也涉及环境保护。煤田自燃的危害主要表现在以下几个方面：(1)造成大量的煤炭资源的浪费；(2)造成大气环境的污染；(3)造成生态环境的破坏；(4)造成地表、地下水资源的污染与破坏；(5)造成岩土环境的稳定性破坏；(6)危害生态健康。在煤田火的扑灭过程中，不能有效对火区进行治理，往往是因为对露头火区高温区域不能有效地探测到，导致在灭火过程中，不能对火区关键点实施有效灭火措施，从而造成灭火达不到目的，浪费大量人力物力。因此，需要对煤田火灾进行充分研究，需要建立一个功能丰富、操作容易、接近实际条件的煤田火灾演化试验系统来研究煤田自燃情况，进而掌握煤田火区高温区域的探测技术。

现有技术的试验系统模拟复杂地质条件能力不足，且模型铺设简单粗放、占用场地大、浪费材料和人力、产生废料多、天冷时节不利于铺设、蓄热难，漏风严重，对高温点监测不够灵敏。如申请号为201610046533.2，发明名称为《煤田火灾演化过程相似模拟试验装置及方法》的发明专利，虽能够起到模拟的作用，但从各个细节角度来看，该发明的缺陷很多，缺陷主要有：(1)该发明的试验装置极其笨重，操作困难，需要铺设多种煤岩材料，试验前期工作量巨大，且后期试验结束所产生的废料不能重复利用，难以处理，从而造成资源浪费，环境污染；(2)该发明的试验装置中未采用有效的隔热材料，蓄热能力极差，同时没有保温隔热的相关措施，因此导致试验过程中燃烧难以进行；(3)该发明的试验装置模拟地质条件能力差，倾角调节范围小，不能满足不同煤层以及不同断层的模拟条件；(4)该发明的试验装置整体结构复杂，不易操作，达不到理想的模拟环境，试验结果和数据不可靠。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种煤田火灾演化模拟试验系统，其系统结构简单，设计合理，实现方便，结合试验方法，能够有效应用在煤田火灾演化的模拟试验中，功能丰富，操作简便，模拟效果接近实际条件的煤田自燃情况，效果显著，便于推广。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种煤田火灾演化模拟试验系统，包括物理相似模拟单元、供气单元、引燃单元和数据采集分析单元；所述物理相似模拟单元包括试验箱体，所述试验箱体内设置有高温炉和隔热材料，所述隔热材料填充在高温炉周围，所述高温炉的一端转动连接在试验箱体底部，所述高温炉的另一端连接有角度调节机构，通过所述角度调节机构调节高温炉的倾角；所述供气单元包括供气源、空气压缩机和第一质量流量计，所述第一质量流量计设置在高温炉的入口处，且与空气压缩机连接，所述空气压缩机与供气源连接；所述引燃单元包括控温器、加热棒和温度传感器，所述控温器设置在试验箱体外，所述加热棒和温度传感器设置在高温炉内，且均与控温器连接；所述数据采集分析单元包括计算机、声学测温组件、高温红外热成像仪、第二质量流量计、烟气分析仪、无线测温传感器、第一质量计和第二质量计，所述高温红外热成像仪和无线测温传感器均设置在高温炉外侧，所述第二质量流量计与高温炉的排气口连接，所述烟气分析仪与第二质量流量计的出口端连接，所述第一质量计设置在角度调节机构上，所述第二质量计设置在试验箱体的底部，所述声学测温组件、高温红外热成像仪、第二质量流量计、烟气分析仪、无线测温传感器、第一质量计和第二质量计的采集数据均输入到计算机中，所述计算机的输出端连接有用于升温预警和高温报警的报警器。

上述的一种煤田火灾演化模拟试验系统，所述试验箱体包括钢板外层和钢板内层，所述钢板外层与钢板内层之间填充有耐高温纤维棉。

上述的一种煤田火灾演化模拟试验系统，所述钢板外层的尺寸为2200mm×1200mm×2200mm。

上述的一种煤田火灾演化模拟试验系统，所述隔热材料采用柔性微孔碳酸钙绝热材料。

上述的一种煤田火灾演化模拟试验系统，所述角度调节机构包括吊环、牵引绳和绕线筒，所述吊环固定连接在高温炉上，所述绕线筒设置在试验箱体上，所述牵引绳缠绕在绕线筒上，且与吊环连接。

上述的一种煤田火灾演化模拟试验系统，所述加热棒和温度传感器的数量均为多个，多个所述加热棒间隔设置在高温炉内，每个所述加热棒附近设置一个温度传感器。

上述的一种煤田火灾演化模拟试验系统，所述声学测温组件包括声波发射器、主声波接收器、辅声波接收器和声波控制器，以及与声波控制器相接的无线模块；所述声波发射器设置在高温炉的入口端面上，所述主声波接收器设置在高温炉的另一端面上，所述辅声波接收器的数量为多个，多个所述辅声波接收器间隔设置在高温炉的侧面，所述声波发射器、主声波接收器和辅声波接收器均与声波控制器连接，所述声波控制器通过无线模块无线连接有能够远程启动、关闭或显示测量数据的手持端。

上述的一种煤田火灾演化模拟试验系统，所述高温炉内设置有断层隔板。

本发明还公开了一种煤田火灾演化模拟试验方法，采用上述的试验系统，该方法包括以下步骤：

步骤一、调整物理相似模拟单元；

根据煤田的实际条件，选择符合试验条件的煤样放入所述高温炉中，通过所述角度调节机构将高温炉调整至所需倾角；当需要模拟煤田的断层时，将断层隔板放置在高温炉内；

步骤二、供气单元供气；

根据煤田的实际条件，选择试验所需要的气体种类作为供气源，通过空气压缩机调整压强后将气体通入高温炉内，并通过第一质量流量计采集进气质量流量；

步骤三、填充隔热材料；

将所述隔热材料填充到试验箱体中，对高温炉进行隔热保温；

步骤四、引燃单元引燃煤样；

通过所述控温器控制加热棒加热到指定温度，引燃煤样,引燃煤样过程包括单源引燃和多源引燃；

步骤五、数据采集分析单元进行数据采集及分析；

所述声学测温组件通过声波作用实时采集高温炉内煤样的燃烧温度；所述高温红外热成像仪实时观测高温炉内煤样的燃烧情况；所述无线测温传感器采集高温炉内煤样的燃烧温度；所述第二质量流量计采集高温炉的排气质量流量；所述第一质量计和第二质量计采集高温炉内煤样的质量变化数据；所述烟气分析仪分析高温炉内的烟气成分，所述计算机对声学测温组件、无线测温传感器、第一质量计、第二质量计、第一质量流量计、第二质量流量计和烟气分析仪的采集数据进行分析。

上述的一种煤田火灾演化模拟试验方法，步骤五中所述计算机对声学测温组件、无线测温传感器、第一质量计、第二质量计、第一质量流量计、第二质量流量计和烟气分析仪的采集数据进行分析的具体过程包括：

步骤501、所述计算机将声学测温组件采集的温度T₁和无线测温传感器同一时间采集的温度T₂进行对比验证，当|T₁-T₂|≤ΔT_r时，根据公式

计算采集温度T₁和采集温度T₂的平均值T_a，T_a作为煤样燃烧的分析值；当|T₁-T₂|＞ΔT_r时，此次T₁和T₂采集值不作为分析值，重新采集温度；

步骤502、所述计算机将第一质量计或第二质量计采集的煤样质量根据公式ΔM＝|M_s-M₀|进行跟踪计算，式中，M_s为煤样燃烧过程中的当前剩余质量，M₀为煤样初始质量，ΔM为跟踪变化量；

步骤503、所述计算机将第一质量流量计采集的进气质量流量m_ge和第二质量流量计采集的排气质量流量m_gv，根据公式

计算高温炉内的气体体积变化值ΔV，式中，ρ_e为供气源气体的密度，ρ_v为经过煤样燃烧后生成气体的密度，煤样燃烧后生成气体的种类通过烟气分析仪采集获取；

步骤504、所述计算机根据公式

计算煤样燃烧的热释放速率Q_t，式中，E为煤样燃烧反应活化能，R为通用气体常数，t为煤样燃烧时间，A,B,C为待拟定的权重系数；

步骤505、所述计算机通过拟合算法拟定权重系数A,B,C；

步骤506、所述计算机分析并建立煤田燃烧的热释放速率模型，为地表温度反推提供理论依据和数据支撑。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明的系统结构简单，设计合理，实现方便。

2、本发明的物理相似模拟单元设计试验箱体，体积小，解决了现有试验系统模拟复杂地质条件能力不足，且模型铺设简单粗放、占用场地大、浪费材料和人力、产生废料多、天冷时节不利于铺设的问题。

3、本发明采用柔性微孔碳酸钙绝热材料模拟多层岩层，同时，具有隔热保温作用，在减少试验工作量的同时，提高了高温炉的蓄热能力，让煤样更容易燃烧，使试验更加接近实际情况，且隔热材料能够重复利用，减少浪费。

4、本发明设计角度调节机构，加大了高温炉可调节的倾角范围，使高温炉在0～90°的范围内任意调节，解决了现有试验系统可调节倾角范围小，模拟环境少的问题。

5、本发明采用声学测温组件监测高温炉内煤样燃烧的温度，能够更加准确、迅速的探测到高温区域，便于实验数据的采集以及对高温区域运移规律的分析。

6、本发明采用高温红外热成像仪，能够更加直观准确快速地观察到高温炉内煤样的燃烧情况。

7、本发明采用第一质量计和第二质量计，能够监测高温炉内煤样质量的变化情况。

8、本发明采用断层隔板，能够模拟不同断层条件的煤层情况。

9、本发明能够有效应用在煤田火灾演化的模拟试验中，功能丰富、操作简便、模拟效果接近实际条件的煤田自燃情况，效果显著，便于推广。

综上所述，本发明的系统结构简单，设计合理，实现方便，结合试验方法，能够有效应用在煤田火灾演化的模拟试验中，功能丰富，操作简便，模拟效果接近实际条件的煤田自燃情况，效果显著，便于推广。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明试验系统的结构示意图；

图2为本发明试验箱体的结构示意图；

图3为本发明声学测温组件的组成及安装示意图；

图4为本发明断层隔板的安装示意图；

图5为本发明试验方法的流程图。

附图标记说明:

1—试验箱体； 1-1—钢板外层； 1-2—钢板内层；

1-3—耐高温纤维棉； 2—高温炉； 3—隔热材料；

4—吊环； 5—牵引绳； 6—绕线筒；

11—控温器； 12—加热棒； 13—温度传感器；

20—第一质量流量计； 21—计算机； 22—声学测温组件；

22-1—声波发射器； 22-2—主声波接收器； 22-3—辅声波接收器；

22-4—声波控制器； 22-5—无线模块； 22-6—手持端；

23—高温红外热成像仪； 24—第二质量流量计； 25—烟气分析仪；

26—无线测温传感器； 27—第一质量计； 28—第二质量计；

29—报警器； 31—断层隔板； 32—供气源；

33—空气压缩机。

具体实施方式

如图1所示，本发明的煤田火灾演化模拟试验系统，包括物理相似模拟单元、供气单元、引燃单元和数据采集分析单元；所述物理相似模拟单元包括试验箱体1，所述试验箱体1内设置有高温炉2和隔热材料3，所述隔热材料3填充在高温炉2周围，所述高温炉2的一端转动连接在试验箱体1底部，所述高温炉2的另一端连接有角度调节机构，通过所述角度调节机构调节高温炉2的倾角；所述供气单元包括供气源32、空气压缩机33和第一质量流量计20，所述第一质量流量计20设置在高温炉2的入口处，且与空气压缩机33连接，所述空气压缩机33与供气源32连接；所述引燃单元包括控温器11、加热棒12和温度传感器13，所述控温器11设置在试验箱体1外，所述加热棒12和温度传感器13设置在高温炉2内，且均与控温器11连接；所述数据采集分析单元包括计算机21、声学测温组件22、高温红外热成像仪23、第二质量流量计24、烟气分析仪25、无线测温传感器26、第一质量计27和第二质量计28，所述高温红外热成像仪23和无线测温传感器26均设置在高温炉2外侧，所述第二质量流量计24与高温炉2的排气口连接，所述烟气分析仪25与第二质量流量计24的出口端连接，所述第一质量计27设置在角度调节机构上，所述第二质量计28设置在试验箱体1的底部，所述声学测温组件22、高温红外热成像仪23、第二质量流量计24、烟气分析仪25、无线测温传感器26、第一质量计27和第二质量计28的采集数据均输入到计算机21中，所述计算机21的输出端连接有用于升温预警和高温报警的报警器29。

本实施例中，如图2所示，所述试验箱体1包括钢板外层1-1和钢板内层1-2，所述钢板外层1-1与钢板内层1-2之间填充有耐高温纤维棉1-3。

具体实施时，钢板外层1-1采用Q235-B钢板，钢板内层1-2采用316L钢板，两层钢板之间由槽钢连接且支撑，并充填耐1000℃温度的耐高温纤维棉1-3。

本实施例中，所述钢板外层1-1的尺寸为2200mm×1200mm×2200mm。

本实施例中，所述隔热材料3采用柔性微孔碳酸钙绝热材料。

具体实施时，柔性微孔碳酸钙绝热材料的最高使用温度可达1100℃。

本实施例中，所述角度调节机构包括吊环4、牵引绳5和绕线筒6，所述吊环4固定连接在高温炉2上，所述绕线筒6设置在试验箱体1上，所述牵引绳5缠绕在绕线筒6上，且与吊环4连接。

具体实施时，通过转动绕线筒6，调节牵引绳5长度，进而调节高温炉2的倾角范围，使高温炉2在0～90°的范围内任意调节。

本实施例中，所述加热棒12和温度传感器13的数量均为多个，多个所述加热棒12间隔设置在高温炉2内，每个所述加热棒12附近设置一个温度传感器13。

具体实施时，通过控温器11控制加热棒12升温，并通过温度传感器13检测加热棒12的温度，使加热棒12升温至指定的温度。

本实施例中，如图3所示，所述声学测温组件22包括声波发射器22-1、主声波接收器22-2、辅声波接收器22-3和声波控制器22-4，以及与声波控制器22-4相接的无线模块22-5；所述声波发射器22-1设置在高温炉2的入口端面上，所述主声波接收器22-2设置在高温炉2的另一端面上，所述辅声波接收器22-3的数量为多个，多个所述辅声波接收器22-3间隔设置在高温炉2的侧面，所述声波发射器22-1、主声波接收器22-2和辅声波接收器22-3均与声波控制器22-4连接，所述声波控制器22-4通过无线模块22-5无线连接有能够远程启动、关闭或显示测量数据的手持端22-6。

本实施例中，如图4所示，所述高温炉2内设置有断层隔板31。

具体实施时，根据煤田实际情况选择对应的位置放置断层隔板31，用于模拟煤层断层。

如图5所示，本发明的煤田火灾演化模拟试验方法，包括以下步骤：

步骤一、调整物理相似模拟单元；

根据煤田的实际条件，选择符合试验条件的煤样放入所述高温炉2中，通过所述角度调节机构将高温炉2调整至所需倾角；当需要模拟煤田的断层时，将断层隔板31放置在高温炉2内；

步骤二、供气单元供气；

根据煤田的实际条件，选择试验所需要的气体种类作为供气源32，通过空气压缩机33调整压强后将气体通入高温炉2内，并通过第一质量流量计20采集进气质量流量；

步骤三、填充隔热材料；

将所述隔热材料3填充到试验箱体1中，对高温炉2进行隔热保温；

步骤四、引燃单元引燃煤样；

通过所述控温器11控制加热棒12加热到指定温度，引燃煤样,引燃煤样过程包括单源引燃和多源引燃；

具体实施时，通过控温器11控制一个加热棒12升温，引燃煤样，实现单源引燃；通过控温器11控制多个加热棒12升温，同时引燃煤样，实现多源引燃。

步骤五、数据采集分析单元进行数据采集及分析；

所述声学测温组件22通过声波作用实时采集高温炉2内煤样的燃烧温度；所述高温红外热成像仪23实时观测高温炉2内煤样的燃烧情况；所述无线测温传感器26采集高温炉2内煤样的燃烧温度；所述第二质量流量计24采集高温炉2的排气质量流量；所述第一质量计27和第二质量计28采集高温炉2内煤样的质量变化数据；所述烟气分析仪25分析高温炉2内的烟气成分，所述计算机21对声学测温组件22、无线测温传感器26、第一质量计27、第二质量计28、第一质量流量计20、第二质量流量计24和烟气分析仪25的采集数据进行分析。

本实施例中，步骤五中所述计算机21对声学测温组件22、无线测温传感器26、第一质量计27、第二质量计28、第一质量流量计20、第二质量流量计24和烟气分析仪25的采集数据进行分析的具体过程包括：

步骤501、所述计算机21将声学测温组件22采集的温度T₁和无线测温传感器26同一时间采集的温度T₂进行对比验证，当|T₁-T₂|≤ΔT_r时，根据公式

计算采集温度T₁和采集温度T₂的平均值T_a，T_a作为煤样燃烧的分析值；当|T₁-T₂|＞ΔT_r时，此次T₁和T₂采集值不作为分析值，重新采集温度；

步骤502、所述计算机21将第一质量计27或第二质量计28采集的煤样质量根据公式ΔM＝|M_s-M₀|进行跟踪计算，式中，M_s为煤样燃烧过程中的当前剩余质量，M₀为煤样初始质量，ΔM为跟踪变化量；

具体实施时，当高温炉2倾角为0°时，通过第二质量计28采集煤样质量，传输至计算机21进行分析；当高温炉2倾角大于0°时，通过第一质量计27采集煤样质量，传输至计算机21进行分析。

步骤503、所述计算机21将第一质量流量计20采集的进气质量流量m_ge和第二质量流量计24采集的排气质量流量m_gv，根据公式

计算高温炉2内的气体体积变化值ΔV，式中，ρ_e为供气源32气体的密度，ρ_v为经过煤样燃烧后生成气体的密度，煤样燃烧后生成气体的种类通过烟气分析仪25采集获取；

步骤504、所述计算机21根据公式

计算煤样燃烧的热释放速率Q_t，式中，E为煤样燃烧反应活化能，R为通用气体常数，t为煤样燃烧时间，A,B,C为待拟定的权重系数；

具体实施时，耗氧速率是和煤燃烧相关的一个重要指标，式中，通过

参入耗氧速率参数。

步骤505、所述计算机21通过拟合算法拟定权重系数A,B,C；

步骤506、所述计算机21分析并建立煤田燃烧的热释放速率模型，为地表温度反推提供理论依据和数据支撑。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种煤田火灾演化模拟试验系统，其特征在于：包括物理相似模拟单元、供气单元、引燃单元和数据采集分析单元；

所述物理相似模拟单元包括试验箱体(1)，所述试验箱体(1)内设置有高温炉(2)和隔热材料(3)，所述隔热材料(3)填充在高温炉(2)周围，所述高温炉(2)的一端转动连接在试验箱体(1)底部，所述高温炉(2)的另一端连接有角度调节机构，通过所述角度调节机构调节高温炉(2)的倾角；

所述供气单元包括供气源(32)、空气压缩机(33)和第一质量流量计(20)，所述第一质量流量计(20)设置在高温炉(2)的入口处，且与空气压缩机(33)连接，所述空气压缩机(33)与供气源(32)连接；

所述引燃单元包括控温器(11)、加热棒(12)和温度传感器(13)，所述控温器(11)设置在试验箱体(1)外，所述加热棒(12)和温度传感器(13)设置在高温炉(2)内，且均与控温器(11)连接；

所述数据采集分析单元包括计算机(21)、声学测温组件(22)、高温红外热成像仪(23)、第二质量流量计(24)、烟气分析仪(25)、无线测温传感器(26)、第一质量计(27)和第二质量计(28)，所述高温红外热成像仪(23)和无线测温传感器(26)均设置在高温炉(2)外侧，所述第二质量流量计(24)与高温炉(2)的排气口连接，所述烟气分析仪(25)与第二质量流量计(24)的出口端连接，所述第一质量计(27)设置在角度调节机构上，所述第二质量计(28)设置在试验箱体(1)的底部，所述声学测温组件(22)、高温红外热成像仪(23)、第二质量流量计(24)、烟气分析仪(25)、无线测温传感器(26)、第一质量计(27)和第二质量计(28)的采集数据均输入到计算机(21)中，所述计算机(21)的输出端连接有用于升温预警和高温报警的报警器(29)。

2.按照权利要求1所述的一种煤田火灾演化模拟试验系统，其特征在于：所述试验箱体(1)包括钢板外层(1-1)和钢板内层(1-2)，所述钢板外层(1-1)与钢板内层(1-2)之间填充有耐高温纤维棉(1-3)。

3.按照权利要求2所述的一种煤田火灾演化模拟试验系统，其特征在于：所述钢板外层(1-1)的尺寸为2200mm×1200mm×2200mm。

4.按照权利要求1所述的一种煤田火灾演化模拟试验系统，其特征在于：所述隔热材料(3)采用柔性微孔碳酸钙绝热材料。

5.按照权利要求1所述的一种煤田火灾演化模拟试验系统，其特征在于：所述角度调节机构包括吊环(4)、牵引绳(5)和绕线筒(6)，所述吊环(4)固定连接在高温炉(2)上，所述绕线筒(6)设置在试验箱体(1)上，所述牵引绳(5)缠绕在绕线筒(6)上，且与吊环(4)连接。

6.按照权利要求1所述的一种煤田火灾演化模拟试验系统，其特征在于：所述加热棒(12)和温度传感器(13)的数量均为多个，多个所述加热棒(12)间隔设置在高温炉(2)内，每个所述加热棒(12)附近设置一个温度传感器(13)。

7.按照权利要求1所述的一种煤田火灾演化模拟试验系统，其特征在于：所述声学测温组件(22)包括声波发射器(22-1)、主声波接收器(22-2)、辅声波接收器(22-3)和声波控制器(22-4)，以及与声波控制器(22-4)相接的无线模块(22-5)；所述声波发射器(22-1)设置在高温炉(2)的入口端面上，所述主声波接收器(22-2)设置在高温炉(2)的另一端面上，所述辅声波接收器(22-3)的数量为多个，多个所述辅声波接收器(22-3)间隔设置在高温炉(2)的侧面，所述声波发射器(22-1)、主声波接收器(22-2)和辅声波接收器(22-3)均与声波控制器(22-4)连接，所述声波控制器(22-4)通过无线模块(22-5)无线连接有能够远程启动、关闭或显示测量数据的手持端(22-6)。

8.按照权利要求1所述的一种煤田火灾演化模拟试验系统，其特征在于：所述高温炉(2)内设置有断层隔板(31)。

9.一种煤田火灾演化模拟试验方法，其特征在于，采用如权利要求1-8所述的试验系统，该方法包括以下步骤：

步骤一、调整物理相似模拟单元；

根据煤田的实际条件，选择符合试验条件的煤样放入所述高温炉(2)中，通过所述角度调节机构将高温炉(2)调整至所需倾角；当需要模拟煤田的断层时，将断层隔板(31)放置在高温炉(2)内；

步骤二、供气单元供气；

根据煤田的实际条件，选择试验所需要的气体种类作为供气源(32)，通过空气压缩机(33)调整压强后将气体通入高温炉(2)内，并通过第一质量流量计(20)采集进气质量流量；

步骤三、填充隔热材料；

将所述隔热材料(3)填充到试验箱体(1)中，对高温炉(2)进行隔热保温；

步骤四、引燃单元引燃煤样；

通过所述控温器(11)控制加热棒(12)加热到指定温度，引燃煤样,引燃煤样过程包括单源引燃和多源引燃；

步骤五、数据采集分析单元进行数据采集及分析；

所述声学测温组件(22)通过声波作用实时采集高温炉(2)内煤样的燃烧温度；所述高温红外热成像仪(23)实时观测高温炉(2)内煤样的燃烧情况；所述无线测温传感器(26)采集高温炉(2)内煤样的燃烧温度；所述第二质量流量计(24)采集高温炉(2)的排气质量流量；所述第一质量计(27)和第二质量计(28)采集高温炉(2)内煤样的质量变化数据；所述烟气分析仪(25)分析高温炉(2)内的烟气成分，所述计算机(21)对声学测温组件(22)、无线测温传感器(26)、第一质量计(27)、第二质量计(28)、第一质量流量计(20)、第二质量流量计(24)和烟气分析仪(25)的采集数据进行分析。

10.按照权利要求9所述的一种煤田火灾演化模拟试验方法，其特征在于，步骤五中所述计算机(21)对声学测温组件(22)、无线测温传感器(26)、第一质量计(27)、第二质量计(28)、第一质量流量计(20)、第二质量流量计(24)和烟气分析仪(25)的采集数据进行分析的具体过程包括：

步骤501、所述计算机(21)将声学测温组件(22)采集的温度T₁和无线测温传感器(26)同一时间采集的温度T₂进行对比验证，当|T₁-T₂|≤ΔT_r时，根据公式

计算采集温度T₁和采集温度T₂的平均值T_a，T_a作为煤样燃烧的分析值；当|T₁-T₂|＞ΔT_r时，此次T₁和T₂采集值不作为分析值，重新采集温度；

步骤502、所述计算机(21)将第一质量计(27)或第二质量计(28)采集的煤样质量根据公式ΔM＝|M_s-M₀|进行跟踪计算，式中，M_s为煤样燃烧过程中的当前剩余质量，M₀为煤样初始质量，ΔM为跟踪变化量；

步骤503、所述计算机(21)将第一质量流量计(20)采集的进气质量流量m_ge和第二质量流量计(24)采集的排气质量流量m_gv，根据公式

计算高温炉(2)内的气体体积变化值ΔV，式中，ρ_e为供气源(32)气体的密度，ρ_v为经过煤样燃烧后生成气体的密度，煤样燃烧后生成气体的种类通过烟气分析仪(25)采集获取；

步骤504、所述计算机(21)根据公式

计算煤样燃烧的热释放速率Q_t，式中，E为煤样燃烧反应活化能，R为通用气体常数，t为煤样燃烧时间，A,B,C为待拟定的权重系数；

步骤505、所述计算机(21)通过拟合算法拟定权重系数A,B,C；

步骤506、所述计算机(21)分析并建立煤田燃烧的热释放速率模型，为地表温度反推提供理论依据和数据支撑。

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