CN116608003B - 一种矿井煤与瓦斯共采复合灾害模拟试验系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矿井煤与瓦斯共采复合灾害模拟试验系统及方法，通过改变模拟采空区箱体各个填充区域、抽采巷道和钻孔的布设方式，从而使得模拟采空区箱体内部的地质分布更贴近实际矿井采空区；采用设有多个子气室的瓦斯释放气室模拟不同区域的瓦斯涌出量，从而使得后续通风情况、瓦斯释放状态和瓦斯抽采情况更贴近实际矿井采空区；试验时通过气体浓度及温度自动采集系统实时获取各个综合测点的监测数据，计算机根据监测数据进行分析处理最终能获取不同煤与瓦斯共采工作面在不同煤质、不同抽采工况、不同通风工况及是否发生煤自燃情况下的温度分布变化及气体浓度分布变化规律，为后续研究灾害发展演化规律和提高防治手段效率提供数据支撑。

Description

一种矿井煤与瓦斯共采复合灾害模拟试验系统及方法

技术领域

本发明涉及煤矿安全领域，特别是一种矿井煤与瓦斯共采复合灾害模拟试验系统及方法。

背景技术

煤炭作为我国一次能源消费的主体，在我国能源结构中的战略地位十分重要，而煤层气也是重要的清洁能源。因此实现煤炭资源与煤层气的协同高效开采，对于提高矿区的资源开发利用水平、减少温室气体排放和防治煤自燃与瓦斯复合灾害具有重要意义。

但在采用煤与瓦斯共采的资源开发模式过程中，随着开采强度和深度的不断增加，煤层中的瓦斯含量和瓦斯压力呈持续上升趋势，同时地温梯度也急剧增大。因此，大量原本瓦斯含量较低的浅部矿井不可避免地转化为高瓦斯矿井，甚至演变为煤与瓦斯突出矿井；这同时也导致了煤层自燃的可能性增大，甚至有些不易自燃煤层变得容易自燃，同时瓦斯与煤自燃的灾害也会相互交织共生，形成了一种煤自燃与瓦斯灾害伴生的复合灾害，对矿井的安全生产构成了严重威胁。

为此，急需开展煤与瓦斯共采在不同工况条件下的煤自燃与瓦斯复合灾害的发生、发展规律及防治方法的研究。但目前相关的研究方法主要为理论模型建立、数值模拟和现场数据采集等，这些现有方法分别存在模型缺乏现场依据、模拟结果失真以及现场条件复杂、数据采集困难等问题，仍然无法较好的开展相关研究工作。因此，如何确定煤自燃与瓦斯复合灾害状态及其变化规律是本行业所需研究的方向。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种矿井煤与瓦斯共采复合灾害模拟试验系统及方法，通过不同煤与瓦斯共采工作面在不同煤质、不同抽采工况、不同通风工况及是否发生煤自燃情况下的煤自燃与瓦斯复合灾害状态进行模拟试验研究，进而获取不同情况下采空区内的温度分布变化及气体浓度分布变化规律，为后续研究灾害发展演化规律和提高防治手段效率提供数据支撑。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种矿井煤与瓦斯共采复合灾害模拟试验系统，包括模拟采煤工作面系统、模拟采空区箱体、模拟瓦斯抽采系统、模拟瓦斯释放系统、气体浓度及温度自动采集系统和计算机；

所述模拟采空区箱体一侧开设进风口和回风口，模拟采空区箱体内部从上至下依次设有裂隙带块状填充区域、冒落带沙石填充区域和遗煤填充区域，且遗煤填充区域处于模拟采空区箱体底部，用于模拟采空区各个区域的地质情况；在冒落带沙石填充区域内设有模拟火区，用于模拟采空区煤自燃的情况；

所述模拟采煤工作面系统包括模拟进风巷道、模拟回风巷道和模拟采煤工作面，其中模拟采煤工作面固定在模拟采空区箱体一侧，模拟进风巷道一端和模拟回风巷道一端分别与进风口和回风口连通，微型轴流风机通过管路与模拟进风巷道另一端连通，用于通过模拟进风巷道控制模拟采空区箱体内部的风场情况；

所述模拟瓦斯抽采系统包括内错抽采巷道、高位抽采巷道、高位定向长钻孔、高位钻孔以及瓦斯抽采负压源；内错抽采巷道、高位抽采巷道、高位定向长钻孔和高位钻孔均布设在模拟采空区箱体内，且内错抽采巷道一端和高位抽采巷道一端均伸出模拟采空区箱体与处于外部的瓦斯抽采负压源连接，使瓦斯抽采负压源通过内错抽采巷道和高位抽采巷道对模拟采空区箱体内部进行瓦斯抽采；

所述模拟瓦斯释放系统包括瓦斯气瓶和瓦斯释放气室，瓦斯气瓶通过气体释放管路与瓦斯释放气室连通，瓦斯释放气室装在模拟采空区箱体下部，且瓦斯释放气室与模拟采空区箱体之间设有多个气体释放通孔，瓦斯释放气室通过多个气体释放通孔与模拟采空区箱体内部连通，用于向模拟采空区箱体内释放瓦斯气体；

所述气体浓度及温度自动采集系统包括气样分析及温度采集装置和多个气体浓度及温度综合测点，多个气体浓度及温度综合测点呈多排分布在模拟采空区箱体内，每个气体浓度及温度综合测点均设有气样采集头和温度传感器，其中各个气样采集头通过气样传送管路将各自的气样传递给气样分析及温度采集装置，各个温度传感器通过数据线将各自的温度数据传递给气样分析及温度采集装置，气样分析及温度采集装置对各个气体浓度及温度综合测点采集的气样及温度进行分析处理后获得各个气体浓度及温度综合测点的实时气体成分、气体浓度及温度数据；

所述计算机与气样分析及温度采集装置连接，用于接收气样分析及温度采集装置反馈的各个气体浓度及温度综合测点的实时气体成分、气体浓度及温度数据。

进一步，所述模拟采空区箱体包括刚性支撑框架和透明可视化外壳，透明可视化外壳覆盖在刚性支撑框架外部，所述刚性支撑框架由多个钢质横梁和钢质纵梁纵横交错固定组成。

进一步，所述模拟火区布设在为带有孔洞的不锈钢炉体，不锈钢炉体内部用于盛放燃烧的煤颗粒或煤块，以实现对采空区火区燃烧状态和遗煤燃烧产气状态的模拟。也可以采用煤体加热装置根据需要自行选择即可。

进一步，所述瓦斯释放气室内部共划分成五个相互独立的子气室，用于对模拟采空区箱体内部不同区域的瓦斯释放速率进行调节。

进一步，所述裂隙带块状填充区域和冒落带沙石填充区域之间设有过度区域，过度区域采用粒径为3～7cm的石子填充；所述裂隙带块状填充区域采用耐火砖块填充，用于模拟裂隙带的实际状态。

进一步，所述模拟采空区主箱体内部布设挡板和实心砖块，用于模拟采空区岩层移动角的状态。

进一步，所述模拟采空区主箱体的顶板为可开启顶盖。采用这种结构设计，在对不同工作面进行模拟时，便于对模拟采空区箱体内充填区域进行调整，通过改变内部填充区域可以实现对不同形态、不同模式采空区的模拟。

进一步，所述瓦斯抽采负压源为微型真空泵，通过电压调节装置控制其工作状态，并连接微压测试仪实时监测其工作参数，以实现对不同瓦斯抽采工况(即瓦斯抽采速率)的模拟。

进一步，所述气样分析及温度采集装置由气样成分及浓度分析仪和温度监测仪组成。这样能对同一个气体浓度及温度综合测点实时获取气体成分、气体浓度及温度变化情况，便于后续分析处理。

上述矿井煤与瓦斯共采复合灾害模拟试验系统的工作方法，具体步骤为：

步骤一、先确定所需模拟当前煤矿的煤质、裂隙带分布情况、冒落带分布情况、遗煤分布情况、岩层移动角情况以及内错抽采巷道、高位抽采巷道、高位定向长钻孔和高位钻孔的位置情况，并测定当前煤矿采空区内部的瓦斯释放速率，从该煤矿采空区内采集遗煤作为实验煤样，备用；

步骤二、根据步骤一获得的裂隙带分布情况、冒落带分布情况、遗煤分布情况和岩层移动角情况，对模拟采空区箱体内的裂隙带块状填充区域、冒落带沙石填充区域和遗煤填充区域进行布设，并通过布设挡板和实心砖块，用于模拟采空区岩层移动角的状态，其中遗煤填充区域采用步骤一获取的实验煤样填充；接着步骤一获取内错抽采巷道、高位抽采巷道、高位定向长钻孔和高位钻孔的位置情况，在模拟采空区箱体内相应布设内错抽采巷道、高位抽采巷道、高位定向长钻孔和高位钻孔，最后完成系统其他部件的连接；

步骤三、根据步骤一获取的当前煤矿采空区内部的瓦斯释放速率，依据相似原则，设定瓦斯的初始释放速率，并设定模拟工作面的风速值；启动微型轴流风机，测量模拟采空区箱体内的风速情况，调节风机工况直至使模拟采空区箱体的风速值与设定的风速值一致时，停止风机调节工作并保持该工况；接着打开瓦斯气瓶，使瓦斯气体经过气体释放管路以一定的流量进入瓦斯释放气室所需的子气室内，瓦斯气体在各个子气室进行缓冲后，通过各个气体释放通孔进入模拟采空区箱体内，同时启动气样分析及温度采集装置，对各个气体浓度及温度综合测点采集的气样及温度进行分析处理后获得各个气体浓度及温度综合测点的实时气体成分、气体浓度及温度数据；气样分析及温度采集装置从瓦斯气瓶打开时持续将各个气体浓度及温度综合测点测量的实时数据反馈给计算机，计算机对采集的数据进行分析，能获取在当前风速情况下煤与瓦斯共采工作面的温度及瓦斯浓度的分布情况；

步骤四、设定瓦斯抽采速率，然后启动瓦斯抽采负压源，以设定瓦斯抽采速率通过内错抽采巷道和高位抽采巷道对模拟采空区箱体内部进行瓦斯抽采，并改变设定的风速值，气样分析及温度采集装置持续将各个气体浓度及温度综合测点测量的实时数据反馈给计算机，计算机对采集的数据进行分析，能获取不同风速工况下煤与瓦斯共采工作面的气体浓度分布情况和瓦斯抽采量的变化情况；

步骤五、保持瓦斯抽采速率不变，从步骤一的实验煤样中选取煤体，并将其点燃后放入模拟火区内，气样分析及温度采集装置持续进行工作，将各个气体浓度及温度综合测点测量的实时数据反馈给计算机，获取模拟煤与瓦斯共采工作面的风速分布、气体浓度分布和温度分布状态，计算机对采集的数据进行分析，能获取煤与瓦斯共采工作面发生煤自燃情况后，不同风速情况下煤与瓦斯共采工作面的温度及瓦斯浓度的分布规律；接着改变瓦斯抽采速率，继续通过气样分析及温度采集装置获取各个气体浓度及温度综合测点的实时数据，计算机对采集的数据进行分析后，能获取煤与瓦斯共采工作面发生煤自燃情况后，不同瓦斯抽采率及不同风速情况下的温度及瓦斯浓度分布情况；

步骤六、通过改变瓦斯抽采率、风速值、瓦斯释放速率及是否启用模拟火区，并持续重复步骤三至步骤六，从而能得出当前模拟的煤与瓦斯共采工作面在不同抽采工况、不同通风工况及是否发生煤自燃情况下的温度分布变化及气体浓度分布变化规律；

步骤七、再选择一个不同煤质的煤矿，并重复步骤一至六，如此持续重复多次，从而能获取不同煤与瓦斯共采工作面在不同煤质、不同抽采工况、不同通风工况及是否发生煤自燃情况下的温度分布变化及气体浓度分布变化规律。

与现有技术相比，本发明采用模拟采煤工作面系统、模拟采空区箱体、模拟瓦斯抽采系统、模拟瓦斯释放系统、气体浓度及温度自动采集系统和计算机相结合方式，具有如下优点：

1、本发明通过改变裂隙带块状填充区域、冒落带沙石填充区域和遗煤填充区域的布设方式，能模拟实际矿井采空区的地质情况，并且通过挡板和实心砖块来实现对于采空区岩层移动角的状态模拟，从而使得模拟采空区箱体内部的地质分布更贴近实际矿井采空区。另外本发明根据实际矿井采空区情况，布设进风巷道、回风巷道、内错抽采巷道、高位抽采巷道、高位定向长钻孔和高位钻孔，并采用设有多个子气室的瓦斯释放气室模拟不同区域的瓦斯涌出量，从而使得巷道布设及后续通风情况、瓦斯释放状态和瓦斯抽采情况更贴近实际矿井采空区。

2、本发明通过模拟瓦斯抽采系统、模拟瓦斯释放系统以及不同种类遗煤工作面进行煤与瓦斯共采复合灾害模拟试验(包括煤自燃情况和未自燃情况)，并通过气体浓度及温度自动采集系统实时获取各个综合测点的监测数据，计算机根据监测数据进行分析处理，最终能获取不同煤与瓦斯共采工作面在不同煤质、不同抽采工况、不同通风工况及是否发生煤自燃情况下的温度分布变化及气体浓度分布变化规律，为后续研究灾害发展演化规律和提高防治手段效率提供数据支撑。

附图说明

图1是本发明模拟试验系统的立体结构示意图；

图2是图1中模拟采空区箱体的内部结构示意图；

图3是本发明中瓦斯释放气室的结构示意图；

图4是本发明中模拟采空区箱体内部的填充示意图；

图5是本发明的整体流程示意图。

图中：1、模拟采空区箱体，2、模拟回风巷道，3、模拟进风巷道，4、模拟采煤工作面，5、微型轴流风机，6、内错抽采巷道，7、高位抽采巷道，8-1、高位定向长钻孔，8-2、高位钻孔，9、裂隙带块状充填区域，10、冒落带沙石充填区域，11、遗煤充填区域，12、瓦斯释放气室，12-1、第一子气室，12-2、第二子气室，12-3、第三子气室，12-4、第四子气室，12-5、第五子气室，13、顶盖，14、气体浓度及温度综合测点，15、气样分析及温度采集装置，16、计算机。

具体实施方式

下面将对本发明作进一步说明。

如图1和2所示，一种矿井煤与瓦斯共采复合灾害模拟试验系统，包括模拟采煤工作面系统、模拟采空区箱体1、模拟瓦斯抽采系统、模拟瓦斯释放系统、气体浓度及温度自动采集系统和计算机；所述模拟采空区箱体1包括刚性支撑框架和透明可视化外壳，透明可视化外壳覆盖在刚性支撑框架外部，为了实现较好的承压性和稳固性，所述刚性支撑框架由多个钢质横梁和钢质纵梁纵横交错固定组成；

所述模拟采空区箱体1一侧开设进风口和回风口，模拟采空区主箱体1内部布设挡板和实心砖块，用于模拟采空区岩层移动角的状态；模拟采空区箱体1内部从上至下依次设有裂隙带块状填充区域9、冒落带沙石填充区域10和遗煤填充区域11，且遗煤填充区域11处于模拟采空区箱体1底部，用于模拟采空区各个区域的地质情况；如图4所示，所述裂隙带块状填充区域9和冒落带沙石填充区域10之间设有过度区域，过度区域采用粒径为3～7cm的石子填充；冒落带沙石填充区域10采用粒径为1～5cm的石子填充；所述裂隙带块状填充区域9采用耐火砖块填充，用于模拟裂隙带的实际状态。在冒落带沙石填充区域10内设有模拟火区，用于模拟采空区煤自燃的情况；所述模拟火区布设在为带有孔洞的不锈钢炉体，不锈钢炉体内部用于盛放燃烧的煤颗粒或煤块，以实现对采空区火区燃烧状态和遗煤燃烧产气状态的模拟。也可以采用煤体加热装置根据需要自行选择即可。

所述模拟采煤工作面系统包括模拟进风巷道3、模拟回风巷道2和模拟采煤工作面4，其中模拟采煤工作面4固定在模拟采空区箱体1一侧，模拟进风巷道3一端和模拟回风巷2道一端分别与进风口和回风口连通，微型轴流风机5通过管路与模拟进风巷道3另一端连通，用于通过模拟进风巷道3控制模拟采空区箱体1内部的风场情况；其中所述模拟进风巷道3和模拟回风巷道2由现场实际煤矿工作面的进风巷道和回风巷道的尺寸来确定，采用100:1的相似比例设置。

所述模拟瓦斯抽采系统包括内错抽采巷道6、高位抽采巷道7、高位定向长钻孔8-1、高位钻孔8-2以及瓦斯抽采负压源；内错抽采巷道6、高位抽采巷道7、高位定向长钻孔8-1和高位钻孔8-2均布设在模拟采空区箱体1内，且内错抽采巷道6一端和高位抽采巷道7一端均伸出模拟采空区箱体1与处于外部的瓦斯抽采负压源连接，使瓦斯抽采负压源通过内错抽采巷道6和高位抽采巷道7对模拟采空区箱体1内部进行瓦斯抽采，其中内错抽采巷道6和高位抽采巷道7的几何尺寸和在模拟采空区箱体1的位置由模拟的当前煤矿工作面实际布置情况来确定；高位定向长钻孔8-1和高位钻孔8-2则依据现场的情况和相关的设计布置原则来确定多组典型条件的布置状态；所述瓦斯抽采负压源为微型真空泵，通过电压调节装置控制其工作状态，并连接微压测试仪实时监测其工作参数，以实现对不同瓦斯抽采工况(即瓦斯抽采速率)的模拟。

所述模拟瓦斯释放系统包括瓦斯气瓶和瓦斯释放气室12，瓦斯气瓶通过气体释放管路与瓦斯释放气室12连通，瓦斯释放气室12装在模拟采空区箱体1下部，且瓦斯释放气室12与模拟采空区箱体1之间设有多个气体释放通孔，瓦斯释放气室12通过多个气体释放通孔与模拟采空区箱体1内部连通，用于向模拟采空区箱体1内释放瓦斯气体；如图3所示，所述瓦斯释放气室12内部共划分成五个相互独立的子气室，分别为第一子气室12-1、第二子气室12-2、第三子气室12-3、第四子气室12-4和第五子气室12-5，用于对模拟采空区箱体1内部不同区域的瓦斯释放速率进行调节。

所述气体浓度及温度自动采集系统包括气样分析及温度采集装置15和多个气体浓度及温度综合测点14，所述气样分析及温度采集装置15由气样成分及浓度分析仪和温度监测仪组成。这样能对同一个气体浓度及温度综合测点14实时获取气体成分、气体浓度及温度变化情况，便于后续分析处理；多个气体浓度及温度综合测点14呈多排分布在模拟采空区箱体内，每个气体浓度及温度综合测点14均设有气样采集头和温度传感器，其中各个气样采集头通过气样传送管路将各自的气样传递给气样分析及温度采集装置，各个温度传感器通过数据线将各自的温度数据传递给气样分析及温度采集装置，气样分析及温度采集装置15对各个气体浓度及温度综合测点14采集的气样及温度进行分析处理后获得各个气体浓度及温度综合测点14的实时气体成分、气体浓度及温度数据；

所述计算机16与气样分析及温度采集装置15连接，用于接收气样分析及温度采集装置15反馈的各个气体浓度及温度综合测点14的实时气体成分、气体浓度及温度数据。

作为本发明的一种改进，所述模拟采空区主箱体1的顶板为可开启顶盖。采用这种结构设计，在对不同工作面进行模拟时，便于对模拟采空区箱体1内充填区域进行调整，通过改变内部填充区域可以实现对不同形态、不同模式采空区的模拟。

如图5所示，上述矿井煤与瓦斯共采复合灾害模拟试验系统的工作方法，具体步骤为：

步骤一、先确定所需模拟当前煤矿的煤质、裂隙带分布情况、冒落带分布情况、遗煤分布情况、岩层移动角情况以及内错抽采巷道、高位抽采巷道、高位定向长钻孔和高位钻孔的位置情况，并测定当前煤矿采空区内部的瓦斯释放速率，从该煤矿采空区内采集遗煤作为实验煤样，备用；

步骤二、根据步骤一获得的裂隙带分布情况、冒落带分布情况、遗煤分布情况和岩层移动角情况，对模拟采空区箱体1内的裂隙带块状填充区域9、冒落带沙石填充区域10和遗煤填充区域11进行布设，并通过布设挡板和实心砖块，用于模拟采空区岩层移动角的状态，其中遗煤填充区域11采用步骤一获取的实验煤样填充；接着步骤一获取内错抽采巷道、高位抽采巷道、高位定向长钻孔和高位钻孔的位置情况，在模拟采空区箱体1内相应布设内错抽采巷道6、高位抽采巷道7、高位定向长钻孔8-1和高位钻孔8-2，最后完成系统其他部件的连接；

步骤三、根据步骤一获取的当前煤矿采空区内部的瓦斯释放速率，依据相似原则，设定瓦斯的初始释放速率，并设定模拟工作面的风速值；启动微型轴流风机5，测量模拟采空区箱体1内的风速情况，调节风机工况直至使模拟采空区箱体1的风速值与设定的风速值一致时，停止风机调节工作并保持该工况；接着打开瓦斯气瓶，使瓦斯气体经过气体释放管路以一定的流量进入瓦斯释放气室12所需的子气室内，瓦斯气体在各个子气室进行缓冲后，通过各个气体释放通孔进入模拟采空区箱体1内，同时启动气样分析及温度采集装置15，对各个气体浓度及温度综合测点14采集的气样及温度进行分析处理后获得各个气体浓度及温度综合测点14的实时气体成分、气体浓度及温度数据；气样分析及温度采集装置15从瓦斯气瓶打开时持续将各个气体浓度及温度综合测点14测量的实时数据反馈给计算机16，计算机16对采集的数据进行分析，能获取在当前风速情况下煤与瓦斯共采工作面的温度及瓦斯浓度的分布情况；

步骤四、设定瓦斯抽采速率，然后启动瓦斯抽采负压源，以设定瓦斯抽采速率通过内错抽采巷道6和高位抽采巷道7对模拟采空区箱体1内部进行瓦斯抽采，并改变设定的风速值，气样分析及温度采集装置15持续将各个气体浓度及温度综合测点14测量的实时数据反馈给计算机，计算机对采集的数据进行分析，能获取不同风速工况下煤与瓦斯共采工作面的气体浓度分布情况和瓦斯抽采量的变化情况；

步骤五、保持瓦斯抽采速率不变，从步骤一的实验煤样中选取煤体，并将其点燃后放入模拟火区内，气样分析及温度采集装置15持续进行工作，将各个气体浓度及温度综合测点14测量的实时数据反馈给计算机16，获取模拟煤与瓦斯共采工作面的风速分布、气体浓度分布和温度分布状态，计算机16对采集的数据进行分析，能获取煤与瓦斯共采工作面发生煤自燃情况后，不同风速情况下煤与瓦斯共采工作面的温度及瓦斯浓度的分布规律；接着改变瓦斯抽采速率，继续通过气样分析及温度采集装置15获取各个气体浓度及温度综合测点14的实时数据，计算机16对采集的数据进行分析后，能获取煤与瓦斯共采工作面发生煤自燃情况后，不同瓦斯抽采率及不同风速情况下的温度及瓦斯浓度分布情况；

步骤六、通过改变瓦斯抽采率、风速值、瓦斯释放速率及是否启用模拟火区，并持续重复步骤三至步骤六，从而能得出当前模拟的煤与瓦斯共采工作面在不同抽采工况、不同通风工况及是否发生煤自燃情况下的温度分布变化及气体浓度分布变化规律；

步骤七、再选择一个不同煤质的煤矿，并重复步骤一至六，如此持续重复多次，从而能获取不同煤与瓦斯共采工作面在不同煤质、不同抽采工况、不同通风工况及是否发生煤自燃情况下的温度分布变化及气体浓度分布变化规律。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种矿井煤与瓦斯共采复合灾害模拟试验系统，其特征在于，包括模拟采煤工作面系统、模拟采空区箱体、模拟瓦斯抽采系统、模拟瓦斯释放系统、气体浓度及温度自动采集系统和计算机；

所述模拟采空区箱体一侧开设进风口和回风口，模拟采空区箱体内部从上至下依次设有裂隙带块状填充区域、冒落带沙石填充区域和遗煤填充区域，且遗煤填充区域处于模拟采空区箱体底部，用于模拟采空区各个区域的地质情况；在冒落带沙石填充区域内设有模拟火区，用于模拟采空区煤自燃的情况；所述裂隙带块状填充区域和冒落带沙石填充区域之间设有过度区域，过度区域采用粒径为3～7 cm的石子填充；所述裂隙带块状填充区域采用耐火砖块填充，用于模拟裂隙带的实际状态；所述模拟采空区箱体内部布设挡板和实心砖块，用于模拟采空区岩层移动角的状态；

所述模拟采煤工作面系统包括模拟进风巷道、模拟回风巷道和模拟采煤工作面，其中模拟采煤工作面固定在模拟采空区箱体一侧，模拟进风巷道一端和模拟回风巷道一端分别与进风口和回风口连通，微型轴流风机通过管路与模拟进风巷道另一端连通，用于通过模拟进风巷道控制模拟采空区箱体内部的风场情况；

所述模拟瓦斯抽采系统包括内错抽采巷道、高位抽采巷道、高位定向长钻孔、高位钻孔以及瓦斯抽采负压源；内错抽采巷道、高位抽采巷道、高位定向长钻孔和高位钻孔均布设在模拟采空区箱体内，且内错抽采巷道一端和高位抽采巷道一端均伸出模拟采空区箱体与处于外部的瓦斯抽采负压源连接，使瓦斯抽采负压源通过内错抽采巷道和高位抽采巷道对模拟采空区箱体内部进行瓦斯抽采；

所述模拟瓦斯释放系统包括瓦斯气瓶和瓦斯释放气室，瓦斯气瓶通过气体释放管路与瓦斯释放气室连通，瓦斯释放气室装在模拟采空区箱体下部，且瓦斯释放气室与模拟采空区箱体之间设有多个气体释放通孔，瓦斯释放气室通过多个气体释放通孔与模拟采空区箱体内部连通，用于向模拟采空区箱体内释放瓦斯气体；所述瓦斯释放气室内部共划分成五个相互独立的子气室，用于对模拟采空区箱体内部不同区域的瓦斯释放速率进行调节；

所述气体浓度及温度自动采集系统包括气样分析及温度采集装置和多个气体浓度及温度综合测点，多个气体浓度及温度综合测点呈多排分布在模拟采空区箱体内，每个气体浓度及温度综合测点均设有气样采集头和温度传感器，其中各个气样采集头通过气样传送管路将各自的气样传递给气样分析及温度采集装置，各个温度传感器通过数据线将各自的温度数据传递给气样分析及温度采集装置，气样分析及温度采集装置对各个气体浓度及温度综合测点采集的气样及温度进行分析处理后获得各个气体浓度及温度综合测点的实时气体成分、气体浓度及温度数据；

所述计算机与气样分析及温度采集装置连接，用于接收气样分析及温度采集装置反馈的各个气体浓度及温度综合测点的实时气体成分、气体浓度及温度数据。

2. 根据权利要求1 所述矿井煤与瓦斯共采复合灾害模拟试验系统，其特征在于，所述模拟采空区箱体包括刚性支撑框架和透明可视化外壳，透明可视化外壳覆盖在刚性支撑框架外部，所述刚性支撑框架由多个钢质横梁和钢质纵梁纵横交错固定组成。

3. 根据权利要求1 所述矿井煤与瓦斯共采复合灾害模拟试验系统，其特征在于，所述模拟火区布设在带有孔洞的不锈钢炉体，不锈钢炉体内部用于盛放燃烧的煤颗粒或煤块，以实现对采空区火区燃烧状态和遗煤燃烧产气状态的模拟。

4.根据权利要求1所述矿井煤与瓦斯共采复合灾害模拟试验系统，其特征在于，所述模拟采空区主箱体的顶板为可开启顶盖。

5.根据权利要求1所述矿井煤与瓦斯共采复合灾害模拟试验系统，其特征在于，所述瓦斯抽采负压源为微型真空泵。

6.根据权利要求1所述矿井煤与瓦斯共采复合灾害模拟试验系统，其特征在于，所述气样分析及温度采集装置由气样成分及浓度分析仪和温度监测仪组成。

7.一种根据权利要求1至6任一项所述矿井煤与瓦斯共采复合灾害模拟试验系统的工作方法，其特征在于，具体步骤为：

步骤一、先确定所需模拟当前煤矿的煤质、裂隙带分布情况、冒落带分布情况、遗煤分布情况、岩层移动角情况以及内错抽采巷道、高位抽采巷道、高位定向长钻孔和高位钻孔的位置情况，并测定当前煤矿采空区内部的瓦斯释放速率，从该煤矿采空区内采集遗煤作为实验煤样，备用；

步骤二、根据步骤一获得的裂隙带分布情况、冒落带分布情况、遗煤分布情况和岩层移动角情况，对模拟采空区箱体内的裂隙带块状填充区域、冒落带沙石填充区域和遗煤填充区域进行布设，并通过布设挡板和实心砖块，用于模拟采空区岩层移动角的状态，其中遗煤填充区域采用步骤一获取的实验煤样填充；接着步骤一获取内错抽采巷道、高位抽采巷道、高位定向长钻孔和高位钻孔的位置情况，在模拟采空区箱体内相应布设内错抽采巷道、高位抽采巷道、高位定向长钻孔和高位钻孔，最后完成系统其他部件的连接；

步骤三、根据步骤一获取的当前煤矿采空区内部的瓦斯释放速率，依据相似原则，设定瓦斯的初始释放速率，并设定模拟工作面的风速值；启动微型轴流风机，测量模拟采空区箱体内的风速情况，调节风机工况直至使模拟采空区箱体的风速值与设定的风速值一致时，停止风机调节工作并保持该工况；接着打开瓦斯气瓶，使瓦斯气体经过气体释放管路以一定的流量进入瓦斯释放气室所需的子气室内，瓦斯气体在各个子气室进行缓冲后，通过各个气体释放通孔进入模拟采空区箱体内，同时启动气样分析及温度采集装置，对各个气体浓度及温度综合测点采集的气样及温度进行分析处理后获得各个气体浓度及温度综合测点的实时气体成分、气体浓度及温度数据；气样分析及温度采集装置从瓦斯气瓶打开时持续将各个气体浓度及温度综合测点测量的实时数据反馈给计算机，计算机对采集的数据进行分析，能获取在当前风速情况下煤与瓦斯共采工作面的温度及瓦斯浓度的分布情况；

步骤四、设定瓦斯抽采速率，然后启动瓦斯抽采负压源，以设定瓦斯抽采速率通过内错抽采巷道和高位抽采巷道对模拟采空区箱体内部进行瓦斯抽采，并改变设定的风速值，气样分析及温度采集装置持续将各个气体浓度及温度综合测点测量的实时数据反馈给计算机，计算机对采集的数据进行分析，能获取不同风速工况下煤与瓦斯共采工作面的气体浓度分布情况和瓦斯抽采量的变化情况；

步骤五、保持瓦斯抽采速率不变，从步骤一的实验煤样中选取煤体，并将其点燃后放入模拟火区内，气样分析及温度采集装置持续进行工作，将各个气体浓度及温度综合测点测量的实时数据反馈给计算机，获取模拟煤与瓦斯共采工作面的风速分布、气体浓度分布和温度分布状态，计算机对采集的数据进行分析，能获取煤与瓦斯共采工作面发生煤自燃情况后，不同风速情况下煤与瓦斯共采工作面的温度及瓦斯浓度的分布规律；接着改变瓦斯抽采速率，继续通过气样分析及温度采集装置获取各个气体浓度及温度综合测点的实时数据，计算机对采集的数据进行分析后，能获取煤与瓦斯共采工作面发生煤自燃情况后，不同瓦斯抽采率及不同风速情况下的温度及瓦斯浓度分布情况；

步骤六、通过改变瓦斯抽采率、风速值、瓦斯释放速率及是否启用模拟火区，并持续重复步骤三至步骤六，从而能得出当前模拟的煤与瓦斯共采工作面在不同抽采工况、不同通风工况及是否发生煤自燃情况下的温度分布变化及气体浓度分布变化规律；

步骤七、再选择一个不同煤质的煤矿，并重复步骤一至六，如此持续重复多次，从而能获取不同煤与瓦斯共采工作面在不同煤质、不同抽采工况、不同通风工况及是否发生煤自燃情况下的温度分布变化及气体浓度分布变化规律。