一种采空区热和风多场耦合大型模拟实验平台

本发明涉及煤炭采空区领域，具体涉及一种采空区热和风多场耦合大型模拟实验平台。

背景技术：

1、漏风是导致采空区遗煤自燃的直接原因，所以掌握工作面采空区的漏风状况至关重要，目前，受到煤矿井下现场工作面条件和测试手段的影响，采煤工作面风量分布始终难以准确测量，因此很难直接获取工作面向采空区漏风分布规律，当前主要是通过数值模拟手段来分析推算工作面向采空区漏风分布。此外，工作面回采过程中，采空区上覆岩层垮落，易损坏布置在采空区内的监测设备，增加现场实测研究的难度，且采空区内煤、岩堆积规律复杂，难以从理论角度直接分析风流在采空区内的运移规律，因此，在实验室开展相似模拟试验是研究采空区风流场分布的重要方法，为研究不同地质和通风条件下工作面采空区漏风流场及遗煤氧化气体浓度分布规律，研制和搭建采空区热-风多场耦合大型模拟实验平台，可以实验得出了不同条件下采煤工作面向采空区漏风分布、采空区内o2浓度的分布、瓦斯运移规律以及工作面地表漏风情况，对现场防灭火工作有重要的指导意义。相似模拟试验作为研究不同倾角、不同风量、条件下风流运移规律的一种手段，具有实验过程直观、观测方便、可人为控制、试验周期短、重复性强等特点，因而具有不可替代的作用。

2、现有煤自燃仪器大多为小尺度小容量的煤自燃参数测定仪器，目前缺少大尺度大容量煤自燃模拟装置，在煤自燃研究过程中，小容量煤自燃测定仪器优点为便捷性，而大尺度煤自燃模拟装置的优点为更贴近实际。而大型煤自燃模拟装置以圆形炉为主，与煤自燃过程的情况不同。因此，提出一种采空区热和风多场耦合大型模拟实验平台。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提出了一种采空区热和风多场耦合大型模拟实验平台。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种采空区热和风多场耦合大型模拟实验平台，，包括：可旋转的平台、倾角仪和通风机，其特征在于：所述平台固定安装有倾角仪，所述平台固定安装有煤层模型，所述平台在所述煤层模型的上端设置有箱体，所述箱体的可拆卸式安装有两个管体，所述管体之间设置有支架，所述支架的上端设置有网，所述箱体的内部安装有传感器阵列，所述传感器阵列内部包括有超声波风速传感器、气体传感器和温度传感器，所述支架也设置有超声波风速传感器，所述通风机与所述箱体连接，所述箱体成矩阵式均布安装有气管一，所述气管一均与气相色谱仪连接，所述气管一安装有气泵，所述箱体的底部固定安装有加热模块。

4、在一些实施例中，所述箱体设置有注气口，所述注气口连接有气管二和气管三，所述气管二连接有ch4气瓶，所述气管二在所述注气口和ch4气瓶之间安装有减压阀一和ch4流量计，所述气管三连接有n2气瓶，所述气管三在所述注气口和n2气瓶之间安装有减压阀二。

5、在一些实施例中，所述通风机通过气管四与所述箱体连接，所述气管四安装有空气流量计和流量积算仪，所述气管四还连接有压力传感器、变送器和控制终端。

6、在一些实施例中，包括减速机和支撑架，所述支撑架固定安装有减速机，所述减速机与所述平台连接。

7、在一些实施例中，所述箱体每20×20cm2区域设置有出气口所述出气口均安装有所述气管四。

8、在一些实施例中，所述箱体采用25-50mm的泡沫塑料和50-150mm的泡沫塑料进行填充。

9、在一些实施例中，所述箱体的尺寸至少为2500mm×1000mm×500mm，所述管道至少为500mm×80mm×80mm。

10、在一些实施例中，所述箱体和管体的内层均设置有气凝胶保温层，所述箱体均布有6个所述加热模块。

11、在一些实施例中，所述气体传感器包括co、co2、ch4、c2h4、c2h6、c3h8、c2h2、sf6浓度传感器中的至少一种。

12、在一些实施例中，所述箱体内还设置有气体报警控制器，所述气体报警控制器连接有气体探测器。

13、本发明的有益效果：

14、本申请的箱体为方形平台，根据采空区尺寸设计相似比，因此，实验模拟的煤自燃过程与实际情况更接近，从而能够更好地反映出自燃高温点的位置及其动态移动规律；引进了多组块智能加热模块，能够使煤体均匀的处于一个温度水平，也可以单独对某一块进行加热，能够更好地反映出自燃高温点的位置及其动态移动规律和煤自燃的全过程模拟；可以模拟地表漏风情况，运用不同粒径的泡沫模拟了裂隙带和冒落带的真实情况，添加了高精度超声波风速传感器，对地表漏风进行有效的观测；在工作面布置掩护式支架模拟真实工作面，可以对不同供风量、不同孔隙结构、不同支护方式下的工作面漏风进行模拟；用气凝胶保温材料代替了不保温的亚克力板，仪器壁真实还原了周围煤岩体的真实情况。

技术特征：

1.一种采空区热和风多场耦合大型模拟实验平台，其特征在于，包括：可旋转的平台、倾角仪和通风机，其特征在于：所述平台固定安装有倾角仪，所述平台固定安装有煤层模型(9)，所述平台在所述煤层模型(9)的上端设置有箱体(6)，所述箱体(6)的可拆卸式安装有两个管体，所述管体之间设置有支架，所述支架的上端设置有网，所述箱体(6)的内部安装有传感器阵列(7)，所述传感器阵列(7)内部包括有超声波风速传感器、气体传感器和温度传感器，所述支架也设置有超声波风速传感器，所述通风机与所述箱体(6)连接，所述箱体(6)成矩阵式均布安装有气管一，所述气管一均与气相色谱仪(17)连接，所述气管一安装有气泵，所述箱体(6)的底部固定安装有加热模块(8)。

2.根据权利要求1所述的采空区热和风多场耦合大型模拟实验平台，其特征在于：所述箱体(6)设置有注气口(11)，所述注气口(11)连接有气管二和气管三，所述气管二连接有ch4气瓶(1)，所述气管二在所述注气口(11)和ch4气瓶(1)之间安装有减压阀一(2)和ch4流量计(3)，所述气管三连接有n2气瓶(4)，所述气管三在所述注气口(11)和n2气瓶(4)之间安装有减压阀二(5)。

3.根据权利要求3所述的采空区热和风多场耦合大型模拟实验平台，其特征在于：所述通风机通过气管四与所述箱体(6)连接，所述气管四安装有空气流量计(12)和流量积算仪(13)，所述气管四还连接有压力传感器、变送器(16)和控制终端。

4.根据权利要求4所述的采空区热和风多场耦合大型模拟实验平台，其特征在于：所述平台内部包括有减速机(10)和支撑架，所述支撑架固定安装有减速机(10)，所述减速机(10)与所述平台连接。

5.根据权利要求1所述的采空区热和风多场耦合大型模拟实验平台，其特征在于：所述箱体(6)每20×20cm2区域设置有出气口，所述出气口均安装有所述气管四。

6.根据权利要求1所述的采空区热和风多场耦合大型模拟实验平台，其特征在于：所述箱体(6)采用25-50mm的泡沫塑料和50-150mm的泡沫塑料进行填充。

7.根据权利要求1所述的采空区热和风多场耦合大型模拟实验平台，其特征在于：所述箱体(6)的尺寸至少为2500mm×1000mm×500mm，所述管道的尺寸至少为500mm×80mm×80mm。

8.根据权利要求1所述的采空区热和风多场耦合大型模拟实验平台，其特征在于：所述箱体(6)和管体的内层均设置有气凝胶保温层，所述箱体(6)均布有6个所述加热模块(8)。

9.根据权利要求1所述的采空区热和风多场耦合大型模拟实验平台，其特征在于：所述气体传感器包括co、co2、ch4、c2h4、c2h6、c3h8、c2h2、sf6浓度传感器中的至少一种。

10.根据权利要求1所述的采空区热和风多场耦合大型模拟实验平台，其特征在于：所述箱体(6)内还设置有气体报警控制器(15)，所述气体报警控制器(15)连接有气体探测器。

技术总结本发明公开了一种采空区热和风多场耦合大型模拟实验平台，属于煤炭采空区领域，包括：可旋转的平台、倾角仪和通风机，平台固定安装有倾角仪，平台固定安装有煤层模型，平台在煤层模型的上端设置有箱体，箱体的可拆式固定安装有两个管体，管体之间设置有支架，支架的上端设置有网，箱体的内部安装有超声波风速传感器、气体传感器和温度传感器，所述支架也设置有超声波风速传感器，通风机与箱体连接，箱体成矩阵式均布安装有气管一，气管一均与气相色谱仪连接，气管一安装有气泵，箱体的底部固定安装有加热模块，与现有技术相比，本申请实验模拟的煤自燃过程与实际情况更接近，从而能够更好地反映出自燃高温点的位置及其动态移动规律。技术研发人员：高世强,唐明云,周亮,骆鑫,王乐乐,黄超,伍成智,甯江琪,吴祖玉,方领,张青,巩丁柱,蔡建国受保护的技术使用者：安徽理工大学技术研发日：技术公布日：2024/10/17