本發(fā)明屬于礦井熱動力災(zāi)害模擬技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可視化礦井熱動力災(zāi)害煙氣蔓延模擬實驗臺及實驗方法。

背景技術(shù)：

近年來，我國煤礦事故數(shù)量呈下降趨勢，小型事故得到了有效控制。但重特大事故仍然較多，尤其是礦井熱動力災(zāi)害(火災(zāi)或瓦斯爆炸)事故較為嚴(yán)重，其發(fā)生數(shù)量及致死人數(shù)占到特重大事故的50％以上。而且，單次事故的致死人數(shù)大，事故后果嚴(yán)重。熱動力災(zāi)害往往會產(chǎn)生大量高溫有害氣體，造成井下巷道通風(fēng)系統(tǒng)紊亂，致使高濃度煙氣在井下災(zāi)區(qū)及相連巷道蔓延傳播，極大地降低井下某些區(qū)域巷道可見度，嚴(yán)重影響遇險礦工的逃生以及救援人員的搜救工作。然而，由于熱動力災(zāi)害的特殊性，目前我國對煤礦熱動力災(zāi)害有害煙氣蔓延擴散的研究，主要通過數(shù)值模擬來實現(xiàn)，尚未建立專門的全尺寸實驗臺，無法采用實驗手段來研究井下某一位置發(fā)生熱動力災(zāi)害后，有害煙氣蔓延擴散的規(guī)律和特點。因此，現(xiàn)如今缺少一種可視化礦井熱動力災(zāi)害煙氣蔓延模擬實驗臺及利用該實驗臺進(jìn)行的實驗方法，利用物理相似原理根據(jù)任意礦井的實際巷道情況進(jìn)行搭建，模擬礦井巷道通風(fēng)量、冒頂程度和煙氣產(chǎn)生速率的變化對熱動力災(zāi)害煙氣蔓延規(guī)律的影響，為具體礦井熱動力災(zāi)害應(yīng)急預(yù)案的制定、熱動力災(zāi)害的應(yīng)急演練，以及礦井熱動力災(zāi)害救援的指揮決策，提供可靠的理論和技術(shù)支持。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種可視化礦井熱動力災(zāi)害煙氣蔓延模擬實驗臺，其設(shè)計新穎合理，根據(jù)具體礦井的巷道實際布置情況和通風(fēng)情況，可測試熱動力災(zāi)害產(chǎn)生時，巷道內(nèi)煙氣蔓延變化過程，具有參考和指導(dǎo)功能，便于推廣使用。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種可視化礦井熱動力災(zāi)害煙氣蔓延模擬實驗臺，其特征在于：包括用于模擬礦井熱動力災(zāi)害煙氣蔓延的實驗臺裝置和用于控制所述實驗臺裝置產(chǎn)生煙氣的控制終端，所述實驗臺裝置包括實驗臺骨架和設(shè)置在實驗臺骨架外的多個高速攝像機，以及設(shè)置在實驗臺骨架內(nèi)的樁承臺和安裝在所述樁承臺上的巷道模擬模塊，所述巷道模擬模塊上設(shè)置有用于模擬礦井坍塌程度同時模擬礦井巷道風(fēng)門的開關(guān)閥、用于模擬礦井通風(fēng)設(shè)施的風(fēng)機和用于模擬礦井熱動力災(zāi)害發(fā)生的執(zhí)行機構(gòu)，所述巷道模擬模塊內(nèi)設(shè)置有用于采集礦井熱動力災(zāi)害參數(shù)的傳感器組件，傳感器組件包括感知所述巷道模擬模塊內(nèi)氣壓的壓力傳感器、檢測所述巷道模擬模塊內(nèi)能見度的能見度傳感器、檢測所述巷道模擬模塊內(nèi)風(fēng)速的風(fēng)速傳感器和感知所述巷道模擬模塊內(nèi)溫度參數(shù)的溫度傳感器，傳感器組件和開關(guān)閥的數(shù)量均為多個；

所述巷道模擬模塊包括模擬主井巷道、與模擬主井巷道相平行的模擬副井巷道、用于模擬采礦區(qū)域的模擬采區(qū)巷道、與所述模擬采區(qū)巷道連接的主回風(fēng)巷道和與所述模擬采區(qū)巷道共面且相交的運輸大巷道，模擬主井巷道、模擬副井巷道、主回風(fēng)巷道、所述模擬采區(qū)巷道和運輸大巷道通過聯(lián)絡(luò)巷道相互連通；所述模擬采區(qū)巷道包括工作面巷道、工作面回風(fēng)巷道和工作面回風(fēng)巷道，運輸大巷道與工作面巷道相平行設(shè)置且與工作面回風(fēng)巷道和所述工作面回風(fēng)巷道均相交，運輸大巷道的數(shù)量為多個，風(fēng)機安裝在主回風(fēng)巷道上，所述模擬主井巷道、模擬副井巷道、主回風(fēng)巷道、所述模擬采區(qū)巷道、運輸大巷道和聯(lián)絡(luò)巷道均由多個透明節(jié)管拼接而成，多個透明節(jié)管之間均通過快速接頭連接；

執(zhí)行機構(gòu)包括輸送管以及依次安裝在輸送管上的煙氣發(fā)生器、第一流量計、煙氣開關(guān)、加熱器和第二流量計；

所述樁承臺包括多個支樁，支樁包括伸縮支架、安裝在伸縮支架上的云臺和安裝在云臺上用于鎖緊巷道模擬模塊的卡扣環(huán)；

所述控制終端包括操作主機和與操作主機相接用于處理所述傳感器組件采集數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集器，操作主機的輸出端接有用于調(diào)節(jié)云臺轉(zhuǎn)動方位的云臺驅(qū)動模塊，云臺驅(qū)動模塊的數(shù)量為多個且與多個云臺一一對應(yīng)，風(fēng)機、開關(guān)閥和煙氣發(fā)生器均與操作主機的輸出端相接且由操作主機控制。

上述的可視化礦井熱動力災(zāi)害煙氣蔓延模擬實驗臺，其特征在于：所述透明節(jié)管為耐高溫透明鋼化玻璃節(jié)管，所述實驗臺骨架為立方體鋼架。

上述的可視化礦井熱動力災(zāi)害煙氣蔓延模擬實驗臺，其特征在于：所述操作主機通過通信模塊與數(shù)據(jù)采集器相接，所述通信模塊包括與數(shù)據(jù)采集器相接的第一通信模塊和與操作主機相接的第二通信模塊，第一通信模塊和第二通信模塊均為有線通信模塊或無線通信模塊。

上述的可視化礦井熱動力災(zāi)害煙氣蔓延模擬實驗臺，其特征在于：所述樁承臺還包括多個供伸縮支架安裝的樁基，所述樁基的數(shù)量大于伸縮支架的數(shù)量，所述伸縮支架的側(cè)壁上沿伸縮支架的長度方向上依次設(shè)置有多個用于固定云臺的安裝孔。

同時，本發(fā)明還公開了一種方法步驟簡單、設(shè)計合理、可模擬礦井巷道通風(fēng)量、冒頂現(xiàn)象和煙氣產(chǎn)生速率的變化對熱動力災(zāi)害煙氣蔓延的影響的實驗方法，其特征在于該實驗方法包括以下步驟：

步驟一、確定礦井模擬對象并搭建實驗臺裝置：首先，確定實際模擬的礦井并確定該礦井與實驗臺裝置的比例；然后，確定巷道的位置以及參數(shù)，安裝并調(diào)節(jié)多個支樁的高度以及對應(yīng)云臺的角度；最后，確定礦井通風(fēng)系統(tǒng)路徑，在多個支樁上安裝所述巷道模擬模塊，完成實驗臺裝置的搭建；

所述巷道參數(shù)主要包括各巷道的長度、斷面大小和傾角；

步驟二、檢驗實驗臺裝置的氣密性，確認(rèn)實驗臺裝置的氣密性良好；

步驟三、初始化控制終端：通過上電復(fù)位操作主機，操作主機判斷與安裝在所述巷道模擬模塊內(nèi)的傳感器組件通信信號是否正常，操作主機判斷與高速攝像機傳輸信號是否正常，確認(rèn)風(fēng)機、開關(guān)閥和煙氣發(fā)生器完好，操作主機判斷與風(fēng)機、開關(guān)閥和煙氣發(fā)生器的控制信號是否正常，各信號均正常時，控制終端初始化成功；

步驟四、控制巷道模擬模塊內(nèi)通風(fēng)量變化、冒頂位置與冒頂程度以及煙氣涌出位置與煙氣涌出速度并觀測礦井熱動力災(zāi)害煙氣蔓延過程：通過操作主機控制風(fēng)機的風(fēng)量變化模擬巷道模擬模塊內(nèi)通風(fēng)量變化，通過操作主機分別控制多個開關(guān)閥的開度模擬巷道模擬模塊內(nèi)冒頂位置與冒頂程度，通過改變煙氣發(fā)生器的安裝位置并采用操作主機控制煙氣發(fā)生器的煙氣產(chǎn)生速率模擬巷道模擬模塊內(nèi)煙氣涌出位置與煙氣涌出速度，當(dāng)固定巷道模擬模塊內(nèi)冒頂位置與冒頂程度以及煙氣涌出位置與煙氣涌出速度，調(diào)節(jié)巷道模擬模塊內(nèi)通風(fēng)量時，執(zhí)行步驟401；當(dāng)固定巷道模擬模塊內(nèi)通風(fēng)量以及煙氣涌出位置與煙氣涌出速度，調(diào)節(jié)巷道模擬模塊內(nèi)冒頂位置與冒頂程度時，執(zhí)行步驟402；當(dāng)固定巷道模擬模塊內(nèi)通風(fēng)量以及冒頂位置與冒頂程度，調(diào)節(jié)巷道模擬模塊內(nèi)煙氣涌出位置與煙氣涌出速度時，執(zhí)行步驟403；

步驟401、確定煙氣發(fā)生器安裝位置并通過煙氣發(fā)生器為所述巷道模擬模塊內(nèi)提供熱動力災(zāi)害煙氣，確定多個開關(guān)閥的安裝位置和開度，調(diào)節(jié)風(fēng)機的轉(zhuǎn)速或葉片傾角來調(diào)節(jié)風(fēng)機的風(fēng)量，通過傳感器組件獲取不同風(fēng)量情況下所述巷道模擬模塊內(nèi)熱動力災(zāi)害參數(shù)并通過多個高速攝像機獲取礦井熱動力災(zāi)害煙氣蔓延視頻數(shù)據(jù)；

步驟402、確定風(fēng)機的風(fēng)量，確定煙氣發(fā)生器安裝位置并通過煙氣發(fā)生器為所述巷道模擬模塊內(nèi)提供熱動力災(zāi)害煙氣，通過分別調(diào)節(jié)多個開關(guān)閥的安裝位置和開度改變巷道斷面面積，模擬巷道模擬模塊內(nèi)冒頂程度，通過傳感器組件獲取不同冒頂位置與冒頂程度情況下所述巷道模擬模塊內(nèi)熱動力災(zāi)害參數(shù)并通過多個高速攝像機獲取礦井熱動力災(zāi)害煙氣蔓延視頻數(shù)據(jù)；

步驟403、確定風(fēng)機的風(fēng)量，確定多個開關(guān)閥的安裝位置和開度，調(diào)節(jié)煙氣發(fā)生器安裝位置并改變煙氣發(fā)生器的煙氣產(chǎn)生速率，通過傳感器組件獲取不同煙氣發(fā)生器的安裝位置情況下所述巷道模擬模塊內(nèi)熱動力災(zāi)害參數(shù)并通過多個高速攝像機獲取礦井熱動力災(zāi)害煙氣蔓延視頻數(shù)據(jù)；

步驟五、煙氣蔓延數(shù)據(jù)的顯示及確定煙氣蔓延的影響因素：通過操作主機顯示步驟四中各條件下的傳感器組件和高速攝像機獲取的煙氣蔓延數(shù)據(jù)，獲取影響煙氣蔓延的因素。

上述的實驗方法，其特征在于：步驟401至步驟403中高速攝像機的數(shù)量為五個，五個高速攝像機分別布設(shè)在所述立方體鋼架除底面的另外五個面外側(cè)且用于全方位采集礦井熱動力災(zāi)害煙氣蔓延視頻數(shù)據(jù)。

上述的實驗方法，其特征在于：步驟401中取風(fēng)機的五個風(fēng)量離散值，所述五個風(fēng)量離散值包括Q、0.75Q、0.5Q、0.25Q和0，其中，Q為風(fēng)機的全風(fēng)量。

上述的實驗方法，其特征在于：步驟402中取開關(guān)閥的五個開度離散值，所述五個開度離散值包括S、0.75S、0.5S、0.25S和0，其中，S為開關(guān)閥的全開度；步驟402中安裝在所述巷道模擬模塊上的不同位置的多個開關(guān)閥的開度值為所述五個開度離散值的任意組合。

上述的實驗方法，其特征在于：步驟401至步驟403中煙氣發(fā)生器均通過加熱器模擬有源火災(zāi)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點：

1、本發(fā)明采用的可視化礦井熱動力災(zāi)害煙氣蔓延模擬實驗臺設(shè)計新穎合理，根據(jù)某一礦井的實際巷道布置和通風(fēng)情況，采用物理相似原理按照一定比例搭建，更加貼近真實巷道和災(zāi)變情況，針對礦井內(nèi)災(zāi)害的傳播過程做實時監(jiān)控，獲取可靠數(shù)據(jù)，并可借助高速攝像機與操作主機結(jié)合的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，更加科學(xué)準(zhǔn)確地掌握多種情況下全礦井范圍內(nèi)熱動力災(zāi)害煙氣蔓延的演化規(guī)律，分析結(jié)果對礦井熱動力災(zāi)害的預(yù)防、應(yīng)急預(yù)案的編制和救援工作的開展具有很好的參考和指導(dǎo)意義，便于推廣使用。

2、本發(fā)明采用的可視化礦井熱動力災(zāi)害煙氣蔓延模擬實驗臺中通過多個支樁組成樁承臺，其中，樁承臺中的每個支樁均采用伸縮支架安裝云臺的形式，可自由旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)巷道模擬模塊的傾角和位置，模擬真實的礦井煤層巷道環(huán)境，每個支樁均采用卡扣環(huán)將巷道模擬模塊固定好，便于推廣使用。

3、本發(fā)明采用的可視化礦井熱動力災(zāi)害煙氣蔓延模擬實驗臺按照一定比例加工制作每類巷道的長度和直徑，采用透明節(jié)管拼接巷道，每類巷道均以快速接頭的方式連接，氣密性良好；在巷道模擬模塊上安裝開關(guān)閥，通過控制開關(guān)閥開度模擬巷道不同的坍塌程度，控制簡單，可靠穩(wěn)定，使用效果好。

4、本發(fā)明采用的可視化礦井熱動力災(zāi)害煙氣蔓延模擬實驗方法設(shè)計合理，通過風(fēng)機風(fēng)量、開關(guān)閥開度以及煙氣發(fā)生器安裝位置和煙氣輸出量的任意組合，確定煙氣蔓延路徑，同時采用高速攝像機記錄煙氣蔓延的全過程，采用傳感器組件記錄巷道模擬模塊的關(guān)鍵參數(shù)，為了保證采集的信息傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性，所有傳感器采集到的信息將通過無線或有線的方式實時傳輸?shù)讲僮髦鳈C，實現(xiàn)模擬熱動力災(zāi)害發(fā)生后多種可能情況下的可視化全礦井熱動力災(zāi)害煙氣蔓延變化過程。

5、本發(fā)明采用的可視化礦井熱動力災(zāi)害煙氣蔓延模擬實驗方法步驟簡單，設(shè)計實現(xiàn)方便，投入成本低。

綜上所述，本發(fā)明設(shè)計新穎合理，其設(shè)計新穎合理，根據(jù)具體礦井的巷道實際布置情況和通風(fēng)情況，可測試熱動力災(zāi)害產(chǎn)生時，巷道內(nèi)煙氣蔓延變化過程，具有參考和指導(dǎo)功能，便于推廣使用。

下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

附圖說明

圖1為本發(fā)明可視化礦井熱動力災(zāi)害煙氣蔓延模擬實驗臺中實驗臺裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明可視化礦井熱動力災(zāi)害煙氣蔓延模擬實驗臺中支樁的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明可視化礦井熱動力災(zāi)害煙氣蔓延模擬實驗臺中執(zhí)行機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明可視化礦井熱動力災(zāi)害煙氣蔓延模擬實驗臺中控制終端、傳感器組件、風(fēng)機、開關(guān)閥、煙氣發(fā)生器和高速攝像機的電路連接關(guān)系示意圖。

圖5為本發(fā)明可視化礦井熱動力災(zāi)害煙氣蔓延模擬實驗方法的流程框圖。

附圖標(biāo)記說明:

1—實驗臺骨架； 2—支樁； 2-1—伸縮支架；

2-2—安裝孔； 2-3—云臺； 2-4—卡扣環(huán)；

2-5—云臺驅(qū)動模塊； 3-1—工作面巷道； 3-2—工作面回風(fēng)巷道；

3-3—模擬副井巷道； 3-4—模擬主井巷道； 3-5—運輸大巷道；

3-6—快速接頭； 3-7—聯(lián)絡(luò)巷道； 3-8—主回風(fēng)巷道；

4—傳感器組件； 4-1—壓力傳感器； 4-2—能見度傳感器；

4-3—風(fēng)速傳感器； 4-4—溫度傳感器； 5—風(fēng)機；

6—開關(guān)閥； 7—執(zhí)行機構(gòu)； 7-1—輸送管；

7-2—煙氣發(fā)生器； 7-3—第一流量計； 7-4—煙氣開關(guān)；

7-5—加熱器； 7-6—第二流量計； 8—數(shù)據(jù)采集器；

9—第一通信模塊； 10—第二通信模塊； 11—操作主機；

12—高速攝像機。

具體實施方式

如圖1至圖4所示，本發(fā)明所述的一種可視化礦井熱動力災(zāi)害煙氣蔓延模擬實驗臺，包括用于模擬礦井熱動力災(zāi)害煙氣蔓延的實驗臺裝置和用于控制所述實驗臺裝置產(chǎn)生煙氣的控制終端，所述實驗臺裝置包括實驗臺骨架1和設(shè)置在實驗臺骨架1外的多個高速攝像機12，以及設(shè)置在實驗臺骨架1內(nèi)的樁承臺和安裝在所述樁承臺上的巷道模擬模塊，所述巷道模擬模塊上設(shè)置有用于模擬礦井坍塌程度同時模擬礦井巷道風(fēng)門的開關(guān)閥6、用于模擬礦井通風(fēng)設(shè)施的風(fēng)機5和用于模擬礦井熱動力災(zāi)害發(fā)生的執(zhí)行機構(gòu)7，所述巷道模擬模塊內(nèi)設(shè)置有用于采集礦井熱動力災(zāi)害參數(shù)的傳感器組件4，傳感器組件4包括感知所述巷道模擬模塊內(nèi)氣壓的壓力傳感器4-1、檢測所述巷道模擬模塊內(nèi)能見度的能見度傳感器4-2、檢測所述巷道模擬模塊內(nèi)風(fēng)速的風(fēng)速傳感器4-3和感知所述巷道模擬模塊內(nèi)溫度參數(shù)的溫度傳感器4-4，傳感器組件4和開關(guān)閥6的數(shù)量均為多個；

所述巷道模擬模塊包括模擬主井巷道3-4、與模擬主井巷道3-4相平行的模擬副井巷道3-3、用于模擬采礦區(qū)域的模擬采區(qū)巷道、與所述模擬采區(qū)巷道連接的主回風(fēng)巷道3-8和與所述模擬采區(qū)巷道共面且相交的運輸大巷道3-5，模擬主井巷道3-4、模擬副井巷道3-3、主回風(fēng)巷道3-8、所述模擬采區(qū)巷道和運輸大巷道3-5通過聯(lián)絡(luò)巷道3-7相互連通；所述模擬采區(qū)巷道包括工作面巷道3-1、工作面回風(fēng)巷道3-2和工作面回風(fēng)巷道，運輸大巷道3-5與工作面巷道3-1相平行設(shè)置且與工作面回風(fēng)巷道3-2和所述工作面回風(fēng)巷道均相交，運輸大巷道3-5的數(shù)量為多個，風(fēng)機5安裝在主回風(fēng)巷道3-8上，所述模擬主井巷道3-4、模擬副井巷道3-3、主回風(fēng)巷道3-8、所述模擬采區(qū)巷道、運輸大巷道3-5和聯(lián)絡(luò)巷道3-7均由多個透明節(jié)管拼接而成，多個透明節(jié)管之間均通過快速接頭3-6連接；

本實施例中，根據(jù)實際礦井確定采區(qū)長度，選擇合適的工作面巷道3-1長度、工作面回風(fēng)巷道3-2長度和工作面進(jìn)風(fēng)巷道長度，若采區(qū)長度過長可在采區(qū)上設(shè)置多個運輸大巷道3-5，模擬主井巷道3-4、模擬副井巷道3-3、主回風(fēng)巷道3-8、所述模擬采區(qū)巷道、運輸大巷道3-5和聯(lián)絡(luò)巷道3-7均通過多個支樁2支撐固定；在主回風(fēng)巷道3-8上安裝風(fēng)機5，風(fēng)機5采用軸流式通風(fēng)機，用于模擬真實礦井的主要通風(fēng)機，該風(fēng)機安裝有變速器，可調(diào)整風(fēng)扇轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)風(fēng)量；該風(fēng)機的扇葉的角度可調(diào)，也可實現(xiàn)風(fēng)機的負(fù)壓供風(fēng)量；通過變速器和扇葉的雙重調(diào)節(jié)，可以有效地增大風(fēng)機運行的穩(wěn)定性和負(fù)壓風(fēng)量調(diào)節(jié)的范圍，實際使用中，通過改變風(fēng)機風(fēng)量可以模擬風(fēng)機不同程度損壞情況下的通風(fēng)情況對礦井熱動力災(zāi)害發(fā)生后帶來的影響。

本實施例中，通過在主回風(fēng)巷道3-8、所述模擬采區(qū)巷道、運輸大巷道3-5和聯(lián)絡(luò)巷道3-7上均安裝開關(guān)閥6，同時開關(guān)閥6的位置可改變，可以模擬不同位置處巷道因不同程度的坍塌而造成的通風(fēng)量變化的情況以及對礦井熱動力災(zāi)害發(fā)生后帶來的影響。

執(zhí)行機構(gòu)7包括輸送管7-1以及依次安裝在輸送管7-1上的煙氣發(fā)生器7-2、第一流量計7-3、煙氣開關(guān)7-4、加熱器7-5和第二流量計7-6；

本實施例中，執(zhí)行機構(gòu)7的位置可選，通過確定執(zhí)行機構(gòu)7的位置向所述巷道模擬模塊涌入煙氣，當(dāng)涌入煙氣時，打開煙氣開關(guān)7-4，通過第一流量計7-3記錄煙氣發(fā)生器7-2輸出的煙氣量，可通過操作主機11控制煙氣發(fā)生器7-2不同速度涌出煙氣的情況，通過是否使用加熱器7-5對煙氣加熱，可以模擬有源火災(zāi)和無源火災(zāi)情況下的熱動力災(zāi)害煙氣蔓延的變化過程，有源火災(zāi)為災(zāi)變后有持續(xù)火源存在，持續(xù)產(chǎn)生熱效應(yīng)和煙氣的情況，使用加熱器7-5持續(xù)對煙氣加熱時模擬有源火災(zāi)發(fā)生的情況，無源火災(zāi)為災(zāi)變后不存在持續(xù)火源，沒有熱效應(yīng)和持續(xù)煙氣的情況。

所述樁承臺包括多個支樁2，支樁2包括伸縮支架2-1、安裝在伸縮支架2-1上的云臺2-3和安裝在云臺2-3上用于鎖緊巷道模擬模塊的卡扣環(huán)2-4；

所述控制終端包括操作主機11和與操作主機11相接用于處理所述傳感器組件采集數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集器8，操作主機11的輸出端接有用于調(diào)節(jié)云臺2-3轉(zhuǎn)動方位的云臺驅(qū)動模塊2-5，云臺驅(qū)動模塊2-5的數(shù)量為多個且與多個云臺2-3一一對應(yīng)，風(fēng)機5、開關(guān)閥6和煙氣發(fā)生器7-2均與操作主機11的輸出端相接且由操作主機11控制。

本實施例中，所述透明節(jié)管為耐高溫透明鋼化玻璃節(jié)管，所述實驗臺骨架1為立方體鋼架。

如圖4所示，本實施例中，所述操作主機11通過通信模塊與數(shù)據(jù)采集器8相接，所述通信模塊包括與數(shù)據(jù)采集器8相接的第一通信模塊9和與操作主機11相接的第二通信模塊10，第一通信模塊9和第二通信模塊10均為有線通信模塊或無線通信模塊。

實際使用時，當(dāng)?shù)谝煌ㄐ拍K9和第二通信模塊10均采用有線通信模塊時，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定；當(dāng)?shù)谝煌ㄐ拍K9和第二通信模塊10均采用無線通信模塊時，布線簡單，數(shù)據(jù)傳輸方便，數(shù)據(jù)結(jié)果對礦井熱動力災(zāi)害的預(yù)防、應(yīng)急預(yù)案的編制和救援工作的開展具有很好的參考和指導(dǎo)意義。

如圖1和圖2所示，本實施例中，所述樁承臺還包括多個供伸縮支架2-1安裝的樁基，所述樁基的數(shù)量大于伸縮支架2-1的數(shù)量，所述伸縮支架2-1的側(cè)壁上沿伸縮支架2-1的長度方向上依次設(shè)置有多個用于固定云臺2-3的安裝孔2-2。

本實施例中，在立方體鋼架內(nèi)底部設(shè)置陣列式樁基，用于固定伸縮支架2-1，實際使用根據(jù)某一礦井的實際環(huán)境，考察其煤層、方位、傾斜角和規(guī)模，選擇合適的樁基位置安裝伸縮支架2-1，安裝方便，拆卸便捷，可重復(fù)使用，根據(jù)實際礦井的情況調(diào)節(jié)每個伸縮支架2-1的高度并通過實驗控制終端調(diào)整安裝在伸縮支架2-1上的云臺旋轉(zhuǎn)角度，實現(xiàn)模擬煤層巷道的傾斜的調(diào)整，其中，安裝孔2-2便于云臺2-3固定，卡扣環(huán)2-4鎖緊巷道模擬模塊。

如圖5所示的一種可視化礦井熱動力災(zāi)害煙氣蔓延模擬的實驗方法，包括以下步驟：

步驟一、確定礦井模擬對象并搭建實驗臺裝置：首先，確定實際模擬的礦井并確定該礦井與實驗臺裝置的比例；然后，確定巷道的位置以及參數(shù)，安裝并調(diào)節(jié)多個支樁2的高度以及對應(yīng)云臺2-3的角度；最后，確定礦井通風(fēng)系統(tǒng)路徑，在多個支樁2上安裝所述巷道模擬模塊，完成實驗臺裝置的搭建；

所述巷道參數(shù)主要包括各巷道的長度、斷面大小和傾角；

步驟二、檢驗實驗臺裝置的氣密性，確認(rèn)實驗臺裝置的氣密性良好；

本實施例中，多個透明節(jié)管之間均通過快速接頭3-6連接，保證所述巷道模擬模塊的氣密性良好。

步驟三、初始化控制終端：通過上電復(fù)位操作主機11，操作主機11判斷與安裝在所述巷道模擬模塊內(nèi)的傳感器組件4通信信號是否正常，操作主機11判斷與高速攝像機12傳輸信號是否正常，確認(rèn)風(fēng)機5、開關(guān)閥6和煙氣發(fā)生器7-2完好，操作主機11判斷與風(fēng)機5、開關(guān)閥6和煙氣發(fā)生器7-2的控制信號是否正常，各信號均正常時，控制終端初始化成功；

步驟四、控制巷道模擬模塊內(nèi)通風(fēng)量變化、冒頂位置與冒頂程度以及煙氣涌出位置與煙氣涌出速度并觀測礦井熱動力災(zāi)害煙氣蔓延過程：通過操作主機11控制風(fēng)機5的風(fēng)量變化模擬巷道模擬模塊內(nèi)通風(fēng)量變化，通過操作主機11分別控制多個開關(guān)閥6的開度模擬巷道模擬模塊內(nèi)冒頂位置與冒頂程度，通過改變煙氣發(fā)生器7-2的安裝位置并采用操作主機11控制煙氣發(fā)生器7-2的煙氣產(chǎn)生速率模擬巷道模擬模塊內(nèi)煙氣涌出位置與煙氣涌出速度，當(dāng)固定巷道模擬模塊內(nèi)冒頂位置與冒頂程度以及煙氣涌出位置與煙氣涌出速度，調(diào)節(jié)巷道模擬模塊內(nèi)通風(fēng)量時，執(zhí)行步驟401；當(dāng)固定巷道模擬模塊內(nèi)通風(fēng)量以及煙氣涌出位置與煙氣涌出速度，調(diào)節(jié)巷道模擬模塊內(nèi)冒頂位置與冒頂程度時，執(zhí)行步驟402；當(dāng)固定巷道模擬模塊內(nèi)通風(fēng)量以及冒頂位置與冒頂程度，調(diào)節(jié)巷道模擬模塊內(nèi)煙氣涌出位置與煙氣涌出速度時，執(zhí)行步驟403；

步驟401、確定煙氣發(fā)生器7-2安裝位置并通過煙氣發(fā)生器7-2為所述巷道模擬模塊內(nèi)提供熱動力災(zāi)害煙氣，確定多個開關(guān)閥6的安裝位置和開度，調(diào)節(jié)風(fēng)機5的轉(zhuǎn)速或葉片傾角來調(diào)節(jié)風(fēng)機5的風(fēng)量，通過傳感器組件4獲取不同風(fēng)量情況下所述巷道模擬模塊內(nèi)熱動力災(zāi)害參數(shù)并通過多個高速攝像機12獲取礦井熱動力災(zāi)害煙氣蔓延視頻數(shù)據(jù)；

本實施例中，步驟401中取風(fēng)機5的五個風(fēng)量離散值，所述五個風(fēng)量離散值包括Q、0.75Q、0.5Q、0.25Q和0，其中，Q為風(fēng)機5的全風(fēng)量；實際使用中，0.75Q表示風(fēng)機5只輸出全風(fēng)量的75％，0.5Q表示風(fēng)機5只輸出全風(fēng)量的50％，0.25Q表示風(fēng)機5只輸出全風(fēng)量的25％，0表示關(guān)閉風(fēng)機5，模擬風(fēng)機5損壞。

步驟402、確定風(fēng)機5的風(fēng)量，確定煙氣發(fā)生器7-2安裝位置并通過煙氣發(fā)生器7-2為所述巷道模擬模塊內(nèi)提供熱動力災(zāi)害煙氣，通過分別調(diào)節(jié)多個開關(guān)閥6的安裝位置和開度改變巷道斷面面積，模擬巷道模擬模塊內(nèi)冒頂程度，通過傳感器組件4獲取不同冒頂位置與冒頂程度情況下所述巷道模擬模塊內(nèi)熱動力災(zāi)害參數(shù)并通過多個高速攝像機12獲取礦井熱動力災(zāi)害煙氣蔓延視頻數(shù)據(jù)；

本實施例中，步驟402中取開關(guān)閥6的五個開度離散值，所述五個開度離散值包括S、0.75S、0.5S、0.25S和0，其中，S為開關(guān)閥6的全開度；步驟402中安裝在所述巷道模擬模塊上的不同位置的多個開關(guān)閥6的開度值為所述五個開度離散值的任意組合。

實際使用中，0.75S表示開關(guān)閥6只開全開度的75％，0.5S表示開關(guān)閥6只開全開度的50％，0.25S表示開關(guān)閥6只開全開度的25％，0表示關(guān)閉開關(guān)閥6，保證耐高溫透明鋼化玻璃節(jié)管的外徑不變，但內(nèi)部斷面積不同程度減小的巷道模塊，多個開關(guān)閥6以不同的開度安裝在主回風(fēng)巷道3-8、運輸大巷道3-5、聯(lián)絡(luò)巷道3-7、工作面巷道3-1、工作面巷道3-1中部、工作面回風(fēng)巷道3-2和工作面進(jìn)風(fēng)巷道，可模擬此類位置發(fā)生不同程度冒頂時煙氣蔓延情況。

步驟403、確定風(fēng)機5的風(fēng)量，確定多個開關(guān)閥6的安裝位置和開度，調(diào)節(jié)煙氣發(fā)生器7-2安裝位置并改變煙氣發(fā)生器7-2的煙氣產(chǎn)生速率，通過傳感器組件4獲取不同煙氣發(fā)生器7-2的安裝位置情況下所述巷道模擬模塊內(nèi)熱動力災(zāi)害參數(shù)并通過多個高速攝像機12獲取礦井熱動力災(zāi)害煙氣蔓延視頻數(shù)據(jù)；

實際使用中，通過傳感器組件4獲取不同執(zhí)行機構(gòu)7的安裝位置情況下所述巷道模擬模塊內(nèi)熱動力災(zāi)害參數(shù)，模擬不同位置發(fā)生熱動力災(zāi)害，實際使用中，井下多發(fā)生熱動力災(zāi)害的位置包括用于模擬工作面中部的工作面巷道3-1中部、用于模擬工作面進(jìn)風(fēng)巷的工作面回風(fēng)巷道3-2回風(fēng)隅角位置處和用于模擬工作面進(jìn)風(fēng)巷道位置處等多處位置，將執(zhí)行機構(gòu)7安裝在模擬井下易發(fā)生熱動力災(zāi)害的位置。

本實施例中，步驟401至步驟403中高速攝像機12的數(shù)量為五個，五個高速攝像機12分別布設(shè)在所述立方體鋼架除底面的另外五個面外側(cè)且用于全方位采集礦井熱動力災(zāi)害煙氣蔓延視頻數(shù)據(jù)。

本實施例中，步驟401至步驟403中煙氣發(fā)生器7-2均通過加熱器7-5模擬有源火災(zāi)。

步驟五、煙氣蔓延數(shù)據(jù)的顯示及確定煙氣蔓延的影響因素：通過操作主機11顯示步驟四中各條件下的傳感器組件4和高速攝像機12獲取的煙氣蔓延數(shù)據(jù)，獲取影響煙氣蔓延的因素。

需要說明的是，操作主機11基于實驗獲得的數(shù)據(jù)，采用CFD數(shù)值計算軟件，通過物理相似實驗?zāi)M與數(shù)值模擬相結(jié)合的研究手段，可以更加準(zhǔn)確地得到熱動力災(zāi)變后全礦井煙氣蔓延的時空演化規(guī)律。

需要說明的是，本實施例中的風(fēng)機5還可通過操作主機11的控制進(jìn)行反轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)風(fēng)機5的通風(fēng)扇葉的旋轉(zhuǎn)方向，可實現(xiàn)正壓壓入式通風(fēng)，模擬此類礦井的通風(fēng)情況，功能完備。

實際操作中，開關(guān)閥6可用于模擬礦井坍塌程度同時模擬礦井巷道風(fēng)門，根據(jù)實際礦井的通風(fēng)路線情況調(diào)整實驗臺的通風(fēng)系統(tǒng)，開關(guān)閥6還可采用手動控制，當(dāng)不需要實現(xiàn)自動控制開關(guān)閥6工作時，可斷開操作主機11對開關(guān)閥6的控制，采用人工手動控制各個開關(guān)閥6的開度，模擬礦井坍塌程度，調(diào)整實驗臺的通風(fēng)系統(tǒng)。

實際使用中，傳感器組件4中的能見度傳感器4-2為煙氣蔓延的判定依據(jù)提供數(shù)據(jù)支持，能見度傳感器4-2可實時監(jiān)測所述巷道模擬模塊內(nèi)實際的能見度，提供能見度表來判定煙氣蔓延的范圍及程度，實際可已將能見度劃分為五個等級，五個能見度等級分為一級能見度等級、二級能見度等級、三級能見度等級、四級能見度等級和五級能見度等級，所述一級能見度等級為安全等級，所述二級能見度等級為較安全等級，所述三級能見度等級為一般安全等級，所述四級能見度等級為較危險等級，所述五級能見度等級為危險等級，五個能見度等級均設(shè)置距離閾值；實際還可已將能見度劃分為更為細(xì)致的等級，且各等級的具體閾值，將通過現(xiàn)場調(diào)研和專家咨詢來確定；通過這種等級劃分，就可以判定井下被監(jiān)測巷道位置處煙氣波及到的時間和程度，以及井下任意時刻煙氣的波及范圍。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍內(nèi)。