一種煤礦采空區(qū)溫度場分布規(guī)律相似模擬試驗裝置的制造方法
【專利摘要】一種煤礦采空區(qū)溫度場分布規(guī)律相似模擬試驗裝置，包括試驗箱體，試驗箱體蓋板，孔隙擋板，實體擋板，加載熱源裝置，溫度監(jiān)測裝置和供氣裝置；試驗箱體呈長方體狀，上端通過試驗箱體蓋板封閉，在其長邊面內(nèi)壁成型有擋板槽，用于固定孔隙擋板或?qū)嶓w擋板；試驗箱體在其長邊面上還開有測溫孔，加載熱源裝置通過其中一個測溫孔對試驗箱體腔體進行加熱，溫度監(jiān)測裝置通過其余測溫孔監(jiān)測試驗箱體腔體內(nèi)的溫度；試驗箱體在其短邊面上開有進氣口和出氣口，供氣裝置通過進氣口向試驗箱體腔體內(nèi)進行供氣。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)理想模擬松散煤體自燃過程中熱量傳遞過程，從而獲得擬模擬采空區(qū)熱量傳遞規(guī)律。
【專利說明】
一種煤礦采空區(qū)溫度場分布規(guī)律相似模擬試驗裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種相似模擬試驗裝置，尤其是一種煤礦采空區(qū)溫度場分布規(guī)律相似模擬試驗裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]我國煤炭自燃災(zāi)害嚴重，容易自燃、自燃煤層礦區(qū)分布較廣，56%的礦井開采易自燃煤層，70%以上的大中型礦區(qū)存在自然發(fā)火威脅，90%的煤礦火災(zāi)由煤炭自燃引起。2008年至2014年，國內(nèi)煤礦共發(fā)生火災(zāi)事故38起、死亡389人。近5年，國內(nèi)發(fā)生瓦斯爆炸事故中，70%以上均由隱蔽火源引起。據(jù)統(tǒng)計，我國已查明燃燒的煤田火區(qū)56處，總面積720km2，集中分布在新疆、內(nèi)蒙、甘肅、寧夏、青海、山西、陜西等7個省區(qū)；僅新疆和寧夏就有近1000萬m2的火區(qū)，每年因煤自燃損失煤炭量近900萬t。
[0003]隨著煤礦防滅火技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)形成了包括煤氧復(fù)合反應(yīng)理論、煤層自然發(fā)火預(yù)測預(yù)報技術(shù)、煤層隱蔽火源探測技術(shù)、防滅火材料和裝備等一系列煤礦防滅火技術(shù)體系，并在煤礦上得到有效應(yīng)用。
[0004]但是，隨著國家“淘汰落后產(chǎn)能”政策逐步實施，因小煤窯回采率低(一般低于15%)，管理能力弱，私挖濫采，形成難以治理的大范圍老空區(qū)；西北地區(qū)，超大采高、綜采等快速采煤技術(shù)的推廣，為追求高生產(chǎn)能力，形成難以治理的大范圍老空區(qū)；采空區(qū)因長時間漏風(fēng)而自燃。尤其是對于近距離煤層群開采，在因煤自燃封閉區(qū)域、巷道高冒頂、破碎煤柱及采空區(qū)等特殊地點，高溫火點比較隱蔽，難以發(fā)現(xiàn)，如果稍有疏忽，便可能引起瓦斯(煤塵)爆炸(燃燒)，造成巨大的損失。
[0005]為有效探測隱蔽火源位置，國內(nèi)外主要采用同位素氡法探測技術(shù)、瞬變電磁探測技術(shù)、鉆孔探測技術(shù)、標志性氣體探測技術(shù)以及分布式光線溫度探測技術(shù)等進行煤礦采空區(qū)的隱蔽火源的定位。但同位素氡法探測技術(shù)、瞬變電磁探測技術(shù)、鉆孔探測技術(shù)主要由煤礦地表施工進行探測，對于近距離煤層群開采的多層采空區(qū)探測無法實現(xiàn)精確定位。標志性氣體探測技術(shù)受采空區(qū)漏風(fēng)風(fēng)流的影響，只能定性分析煤自然發(fā)火狀態(tài)，而分布式光纖測溫技術(shù)是目前較為先進的采空區(qū)遺煤式溫度監(jiān)測技術(shù)，但光纖測溫仍舊為接觸式溫度監(jiān)測和判斷，不能夠有效判斷距離光纖鋪設(shè)位置一定距離的煤自燃火源的溫度。國內(nèi)外煤自然發(fā)火的研究，均致力于煤自然發(fā)火機理方面，而對松散煤體自燃過程中熱量的傳遞規(guī)律的研究較少，而一般也僅限于井下現(xiàn)場研究，受到很大局限，研究成果不理想。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為更為理想的研究松散煤體自燃過程中熱量的傳遞規(guī)律，本發(fā)明提供了一種煤礦采空區(qū)溫度場分布規(guī)律相似模擬試驗裝置。
[0007]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0008]—種煤礦采空區(qū)溫度場分布規(guī)律相似模擬試驗裝置，包括試驗箱體，試驗箱體蓋板，孔隙擋板，實體擋板，加載熱源裝置，溫度監(jiān)測裝置和供氣裝置;所述試驗箱體呈長方體狀，上端通過所述試驗箱體蓋板封閉，在其長邊面內(nèi)壁成型有擋板槽，用于固定所述孔隙擋板或?qū)嶓w擋板;所述試驗箱體在其長邊面上還開有測溫孔，所述加載熱源裝置通過其中一個所述測溫孔對所述試驗箱體腔體進行加熱，所述溫度監(jiān)測裝置通過其余所述測溫孔監(jiān)測所述試驗箱體腔體內(nèi)的溫度;所述試驗箱體在其短邊面上開有進氣口和出氣口，所述供氣裝置通過所述進氣口向所述試驗箱體腔體內(nèi)進行供氣。
[0009]在上述煤礦采空區(qū)溫度場分布規(guī)律相似模擬試驗裝置中，所述進氣口與膠管一端連接，所述膠管另一端依次通過變徑管和四通管與所述供氣裝置連接。
[0010]在上述煤礦采空區(qū)溫度場分布規(guī)律相似模擬試驗裝置中，所述加載熱源裝置包括溫控箱，點熱源，加熱電源線和測溫線，所述點熱源裝入其中一個所述測溫孔內(nèi)，通過所述加熱電源線和測溫線與所述溫控箱連接。
[0011]在上述煤礦采空區(qū)溫度場分布規(guī)律相似模擬試驗裝置中，所述溫度監(jiān)測裝置包括溫度記錄裝置和溫度傳感器，所述溫度傳感器裝入其余所述測溫孔內(nèi)，通過導(dǎo)線與所述溫度記錄裝置連接。
[0012]在上述煤礦采空區(qū)溫度場分布規(guī)律相似模擬試驗裝置中，所述實體擋板用于調(diào)整所述試驗箱體腔體尺寸的作用，所述孔隙擋板用于模擬采煤工作面與采空區(qū)邊界。
[0013]采用上述煤礦采空區(qū)溫度場分布規(guī)律相似模擬試驗裝置，實現(xiàn)采空區(qū)自燃危險區(qū)域范圍遺煤自然發(fā)火溫度分布規(guī)律研究的步驟如下:
[0014]a)將所述加載熱源裝置的所述點熱源安裝入所述試驗箱體的其中一個所述測溫孔中，并用活動密封接頭緊固；
[0015]b)將所述溫度監(jiān)測裝置的若干個所述溫度傳感器，安裝至所述試驗箱體的其余所述測溫孔中，并用活動密封接頭緊固；
[0016]c)調(diào)整所述進氣口尺寸，將所述膠管，變徑管，四通管以及快裝接頭全部安裝，并用抱箍緊固，杜絕漏氣，將所述供氣裝置與所述快裝接頭采用高壓膠管連接；
[0017]d)將所述孔隙擋板裝入所述試驗箱體的所述擋板槽中，所述實體擋板根據(jù)擬模擬采空區(qū)尺寸情況決定是否使用；
[0018]e)在所述試驗箱體腔體內(nèi)裝入松散煤樣；
[0019]f)將所述試驗箱體蓋板與所述試驗箱體采用螺栓連接，以石棉繩作為密封墊；
[0020]g)試驗準備就緒，啟動所述供氣裝置，向所述試驗箱體腔體內(nèi)供風(fēng)，啟動所述加載熱源裝置，控制所述點熱源的溫度，在線實時監(jiān)控所述溫度監(jiān)測裝置的溫度，并取得數(shù)據(jù)；
[0021]h)分別調(diào)節(jié)所述供氣裝置的供風(fēng)量以及所述點熱源的溫度值，持續(xù)在線實時監(jiān)控所述溫度監(jiān)測裝置的溫度數(shù)據(jù)；
[0022]1)重復(fù)步驟10;
[0023]j)將取得的數(shù)據(jù)導(dǎo)入計算模型，計算松散煤體熱傳導(dǎo)參數(shù)，擴展并獲得采空區(qū)松散煤體溫度場分布規(guī)律。
[0024]本發(fā)明的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點:
[0025]①本發(fā)明提供的煤礦采空區(qū)溫度場分布規(guī)律相似模擬試驗裝置，可以模擬加載熱源模擬松散煤樣自燃情況，以及采空區(qū)漏風(fēng)情況，因此，能夠用于分析采空區(qū)內(nèi)隱蔽區(qū)域發(fā)生自燃后，在風(fēng)流作用下，熱量的傳遞參數(shù)，熱源的移動方向和速度，為利用分布式光纖系統(tǒng)等其他監(jiān)測和分析裝置獲得定量參數(shù)后，判斷隱蔽火源的位置和發(fā)展趨勢提供理論基礎(chǔ)。
【附圖說明】
[0026]為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)本發(fā)明的具體實施案例并結(jié)合附圖，對本發(fā)明作進一步詳細的說明，其中
[0027]圖1是本發(fā)明煤礦采空區(qū)溫度場分布規(guī)律相似模擬試驗裝置試驗箱體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2是本發(fā)明煤礦采空區(qū)溫度場分布規(guī)律相似模擬試驗裝置試驗箱體蓋板結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖3是本發(fā)明煤礦采空區(qū)溫度場分布規(guī)律相似模擬試驗裝置孔隙擋板結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖4是本發(fā)明煤礦采空區(qū)溫度場分布規(guī)律相似模擬試驗裝置實體擋板結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖5是本發(fā)明煤礦采空區(qū)溫度場分布規(guī)律相似模擬試驗裝置加載熱源裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖6是本發(fā)明煤礦采空區(qū)溫度場分布規(guī)律相似模擬試驗裝置溫度監(jiān)測裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖7是本發(fā)明煤礦采空區(qū)溫度場分布規(guī)律相似模擬試驗裝置供氣裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034]圖中標記為:1-試驗箱體，2-試驗箱體蓋板，3-孔隙擋板，4-實體擋板，5-加載熱源裝置，6-溫度監(jiān)測裝置，7-供氣裝置，101-擋板槽，102-測溫孔，103-進氣口，104-出氣口，105-膠管，106-變徑管，107-四通管，501-溫控箱，502-點熱源，503-加熱電源線，504-測溫線，601 -溫度記錄裝置，602-溫度傳感器。
【具體實施方式】
[0035]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施方式作進一步地詳細描述。
[0036]圖1-7顯示的是本發(fā)明煤礦采空區(qū)溫度場分布規(guī)律相似模擬試驗裝置的優(yōu)選實施例。
[0037]所述煤礦采空區(qū)溫度場分布規(guī)律相似模擬試驗裝置，包括試驗箱體1，試驗箱體蓋板2，孔隙擋板3，實體擋板4，加載熱源裝置5，溫度監(jiān)測裝置6和供氣裝置7;所述試驗箱體I呈長方體狀，上端通過所述試驗箱體蓋板2封閉，在其長邊面內(nèi)壁成型有擋板槽101，用于固定所述孔隙擋板3或?qū)嶓w擋板4;所述試驗箱體I在其長邊面上還開有測溫孔102，所述加載熱源裝置5通過其中一個所述測溫孔102對所述試驗箱體I腔體進行加熱，所述溫度監(jiān)測裝置6通過其余所述測溫孔102監(jiān)測所述試驗箱體I腔體內(nèi)的溫度;所述試驗箱體I在其短邊面上開有進氣口 103和出氣口 104，所述供氣裝置7通過所述進氣口 103向所述試驗箱體I腔體內(nèi)進行供氣。
[0038]在本實施例中，所述進氣口103與膠管105—端連接，所述膠管105另一端依次通過變徑管106和四通管107與所述供氣裝置7連接。
[0039]在本實施例中，所述加載熱源裝置5包括溫控箱501，點熱源502，加熱電源線503和測溫線504，所述點熱源502裝入其中一個所述測溫孔102內(nèi)，通過所述加熱電源線503和測溫線504與所述溫控箱501連接。
[0040]在本實施例中，所述溫度監(jiān)測裝置6包括溫度記錄裝置601和溫度傳感器602，所述溫度傳感器602裝入其余所述測溫孔102內(nèi)，通過導(dǎo)線與所述溫度記錄裝置601連接。
[0041]在本實施例中，所述試驗箱體和所述試驗箱體蓋板均為三層，其內(nèi)層為7mm厚的A3碳素結(jié)構(gòu)鋼，用于承托試驗煤樣；中層為20_厚的石棉板，用于隔熱;外層為3_厚的A3碳素結(jié)構(gòu)鋼，為保護所述試驗箱體。
[0042]顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護范圍之中。
【主權(quán)項】
1.一種煤礦采空區(qū)溫度場分布規(guī)律相似模擬試驗裝置，其特征在于:包括試驗箱體(I)，試驗箱體蓋板(2)，孔隙擋板(3)，實體擋板(4)，加載熱源裝置(5)，溫度監(jiān)測裝置(6)和供氣裝置(7); 所述試驗箱體(I)呈長方體狀，上端通過所述試驗箱體蓋板(2)封閉，在其長邊面內(nèi)壁成型有擋板槽(101)，用于固定所述孔隙擋板(3)或?qū)嶓w擋板(4); 所述試驗箱體(I)在其長邊面上還開有測溫孔(102)，所述加載熱源裝置(5)通過其中一個所述測溫孔(102)對所述試驗箱體(I)腔體進行加熱，所述溫度監(jiān)測裝置(6)通過其余所述測溫孔(102)監(jiān)測所述試驗箱體(I)腔體內(nèi)的溫度； 所述試驗箱體(I)在其短邊面上開有進氣口(103)和出氣口(104)，所述供氣裝置(7)通過所述進氣口( 103)向所述試驗箱體(I)腔體內(nèi)進行供氣。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦采空區(qū)溫度場分布規(guī)律相似模擬試驗裝置，其特征在于:所述進氣口(103)與膠管(105)—端連接，所述膠管(105)另一端依次通過變徑管(106)和四通管(107)與所述供氣裝置(7)連接。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的煤礦采空區(qū)溫度場分布規(guī)律相似模擬試驗裝置，其特征在于:所述加載熱源裝置(5)包括溫控箱(501)，點熱源(502)，加熱電源線(503)和測溫線(504)，所述點熱源(502)裝入其中一個所述測溫孔(102)內(nèi)，通過所述加熱電源線(503)和測溫線(504)與所述溫控箱(501)連接。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的煤礦采空區(qū)溫度場分布規(guī)律相似模擬試驗裝置，其特征在于:所述溫度監(jiān)測裝置(6)包括溫度記錄裝置(601)和溫度傳感器(602)，所述溫度傳感器(602)裝入其余所述測溫孔(102)內(nèi)，通過導(dǎo)線與所述溫度記錄裝置(601)連接。
【文檔編號】G01N25/22GK105842281SQ201610268239
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年4月28日
【發(fā)明人】鄭忠亞, 姚海飛, 張群, 徐長富, 王海燕, 吳海軍, 孫喜貴
【申請人】煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司