一種煤礦采空區(qū)溫度場(chǎng)分布規(guī)律相似模擬試驗(yàn)裝置的制造方法
【專利摘要】一種煤礦采空區(qū)溫度場(chǎng)分布規(guī)律相似模擬試驗(yàn)裝置，包括試驗(yàn)箱體，試驗(yàn)箱體蓋板，孔隙擋板，實(shí)體擋板，加載熱源裝置，溫度監(jiān)測(cè)裝置和供氣裝置；試驗(yàn)箱體呈長(zhǎng)方體狀，上端通過(guò)試驗(yàn)箱體蓋板封閉，在其長(zhǎng)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(yàn)箱體在其長(zhǎng)邊面上還開(kāi)有測(cè)溫孔，加載熱源裝置通過(guò)其中一個(gè)測(cè)溫孔對(duì)試驗(yàn)箱體腔體進(jìn)行加熱，溫度監(jiān)測(cè)裝置通過(guò)其余測(cè)溫孔監(jiān)測(cè)試驗(yàn)箱體腔體內(nèi)的溫度；試驗(yàn)箱體在其短邊面上開(kāi)有進(jìn)氣口和出氣口，供氣裝置通過(guò)進(jìn)氣口向試驗(yàn)箱體腔體內(nèi)進(jìn)行供氣。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)理想模擬松散煤體自燃過(guò)程中熱量傳遞過(guò)程，從而獲得擬模擬采空區(qū)熱量傳遞規(guī)律。
【專利說(shuō)明】
一種煤礦采空區(qū)溫度場(chǎng)分布規(guī)律相似模擬試驗(yàn)裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種相似模擬試驗(yàn)裝置，尤其是一種煤礦采空區(qū)溫度場(chǎng)分布規(guī)律相似模擬試驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]我國(guó)煤炭自燃災(zāi)害嚴(yán)重，容易自燃、自燃煤層礦區(qū)分布較廣，56%的礦井開(kāi)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(guó)內(nèi)煤礦共發(fā)生火災(zāi)事故38起、死亡389人。近5年，國(guó)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(jì)，我國(guó)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(gè)省區(qū)；僅新疆和寧夏就有近1000萬(wàn)m2的火區(qū)，每年因煤自燃損失煤炭量近900萬(wàn)t。
[0003]隨著煤礦防滅火技術(shù)的發(fā)展，國(guó)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(cè)預(yù)報(bào)技術(shù)、煤層隱蔽火源探測(cè)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(guó)家“淘汰落后產(chǎn)能”政策逐步實(shí)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(zhǎng)時(shí)間漏風(fēng)而自燃。尤其是對(duì)于近距離煤層群開(kāi)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(diǎn)，高溫火點(diǎn)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(cè)隱蔽火源位置，國(guó)內(nèi)外主要采用同位素氡法探測(cè)技術(shù)、瞬變電磁探測(cè)技術(shù)、鉆孔探測(cè)技術(shù)、標(biāo)志性氣體探測(cè)技術(shù)以及分布式光線溫度探測(cè)技術(shù)等進(jìn)行煤礦采空區(qū)的隱蔽火源的定位。但同位素氡法探測(cè)技術(shù)、瞬變電磁探測(cè)技術(shù)、鉆孔探測(cè)技術(shù)主要由煤礦地表施工進(jìn)行探測(cè)，對(duì)于近距離煤層群開(kāi)采的多層采空區(qū)探測(cè)無(wú)法實(shí)現(xiàn)精確定位。標(biāo)志性氣體探測(cè)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(cè)溫技術(shù)是目前較為先進(jìn)的采空區(qū)遺煤式溫度監(jiān)測(cè)技術(shù)，但光纖測(cè)溫仍舊為接觸式溫度監(jiān)測(cè)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(guó)內(nèi)外煤自然發(fā)火的研究，均致力于煤自然發(fā)火機(jī)理方面，而對(duì)松散煤體自燃過(guò)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(chǎng)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(guò)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(chǎng)分布規(guī)律相似模擬試驗(yàn)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(chǎng)分布規(guī)律相似模擬試驗(yàn)裝置，包括試驗(yàn)箱體，試驗(yàn)箱體蓋板，孔隙擋板，實(shí)體擋板，加載熱源裝置，溫度監(jiān)測(cè)裝置和供氣裝置;所述試驗(yàn)箱體呈長(zhǎng)方體狀，上端通過(guò)所述試驗(yàn)箱體蓋板封閉，在其長(zhǎng)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(yàn)箱體在其長(zhǎng)邊面上還開(kāi)有測(cè)溫孔，所述加載熱源裝置通過(guò)其中一個(gè)所述測(cè)溫孔對(duì)所述試驗(yàn)箱體腔體進(jìn)行加熱，所述溫度監(jiān)測(cè)裝置通過(guò)其余所述測(cè)溫孔監(jiān)測(cè)所述試驗(yàn)箱體腔體內(nèi)的溫度;所述試驗(yàn)箱體在其短邊面上開(kāi)有進(jìn)氣口和出氣口，所述供氣裝置通過(guò)所述進(jìn)氣口向所述試驗(yàn)箱體腔體內(nèi)進(jìn)行供氣。
[0009]在上述煤礦采空區(qū)溫度場(chǎng)分布規(guī)律相似模擬試驗(yàn)裝置中，所述進(jìn)氣口與膠管一端連接，所述膠管另一端依次通過(guò)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(chǎng)分布規(guī)律相似模擬試驗(yàn)裝置中，所述加載熱源裝置包括溫控箱，點(diǎn)熱源，加熱電源線和測(cè)溫線，所述點(diǎn)熱源裝入其中一個(gè)所述測(cè)溫孔內(nèi)，通過(guò)所述加熱電源線和測(cè)溫線與所述溫控箱連接。
[0011]在上述煤礦采空區(qū)溫度場(chǎng)分布規(guī)律相似模擬試驗(yàn)裝置中，所述溫度監(jiān)測(cè)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(cè)溫孔內(nèi)，通過(guò)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(chǎng)分布規(guī)律相似模擬試驗(yàn)裝置中，所述實(shí)體擋板用于調(diào)整所述試驗(yàn)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(chǎng)分布規(guī)律相似模擬試驗(yàn)裝置，實(shí)現(xiàn)采空區(qū)自燃危險(xiǎn)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(diǎn)熱源安裝入所述試驗(yàn)箱體的其中一個(gè)所述測(cè)溫孔中，并用活動(dòng)密封接頭緊固；
[0015]b)將所述溫度監(jiān)測(cè)裝置的若干個(gè)所述溫度傳感器，安裝至所述試驗(yàn)箱體的其余所述測(cè)溫孔中，并用活動(dòng)密封接頭緊固；
[0016]c)調(diào)整所述進(jìn)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(yàn)箱體的所述擋板槽中，所述實(shí)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(yàn)箱體腔體內(nèi)裝入松散煤樣；
[0019]f)將所述試驗(yàn)箱體蓋板與所述試驗(yàn)箱體采用螺栓連接，以石棉繩作為密封墊；
[0020]g)試驗(yàn)準(zhǔn)備就緒，啟動(dòng)所述供氣裝置，向所述試驗(yàn)箱體腔體內(nèi)供風(fēng)，啟動(dòng)所述加載熱源裝置，控制所述點(diǎn)熱源的溫度，在線實(shí)時(shí)監(jiān)控所述溫度監(jiān)測(cè)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(diǎn)熱源的溫度值，持續(xù)在線實(shí)時(shí)監(jiān)控所述溫度監(jiān)測(cè)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(jì)算模型，計(jì)算松散煤體熱傳導(dǎo)參數(shù)，擴(kuò)展并獲得采空區(qū)松散煤體溫度場(chǎng)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(diǎn):
[0025]①本發(fā)明提供的煤礦采空區(qū)溫度場(chǎng)分布規(guī)律相似模擬試驗(yàn)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(dòng)方向和速度，為利用分布式光纖系統(tǒng)等其他監(jiān)測(cè)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(shì)提供理論基礎(chǔ)。
【附圖說(shuō)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(shí)施案例并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明，其中
[0027]圖1是本發(fā)明煤礦采空區(qū)溫度場(chǎng)分布規(guī)律相似模擬試驗(yàn)裝置試驗(yàn)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(chǎng)分布規(guī)律相似模擬試驗(yàn)裝置試驗(yàn)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(chǎng)分布規(guī)律相似模擬試驗(yàn)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(chǎng)分布規(guī)律相似模擬試驗(yàn)裝置實(shí)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(chǎng)分布規(guī)律相似模擬試驗(yàn)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(chǎng)分布規(guī)律相似模擬試驗(yàn)裝置溫度監(jiān)測(cè)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(chǎng)分布規(guī)律相似模擬試驗(yàn)裝置供氣裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034]圖中標(biāo)記為:1-試驗(yàn)箱體，2-試驗(yàn)箱體蓋板，3-孔隙擋板，4-實(shí)體擋板，5-加載熱源裝置，6-溫度監(jiān)測(cè)裝置，7-供氣裝置，101-擋板槽，102-測(cè)溫孔，103-進(jìn)氣口，104-出氣口，105-膠管，106-變徑管，107-四通管，501-溫控箱，502-點(diǎn)熱源，503-加熱電源線，504-測(cè)溫線，601 -溫度記錄裝置，602-溫度傳感器。
【具體實(shí)施方式】
[0035]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0036]圖1-7顯示的是本發(fā)明煤礦采空區(qū)溫度場(chǎng)分布規(guī)律相似模擬試驗(yàn)裝置的優(yōu)選實(shí)施例。
[0037]所述煤礦采空區(qū)溫度場(chǎng)分布規(guī)律相似模擬試驗(yàn)裝置，包括試驗(yàn)箱體1，試驗(yàn)箱體蓋板2，孔隙擋板3，實(shí)體擋板4，加載熱源裝置5，溫度監(jiān)測(cè)裝置6和供氣裝置7;所述試驗(yàn)箱體I呈長(zhǎng)方體狀，上端通過(guò)所述試驗(yàn)箱體蓋板2封閉，在其長(zhǎng)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(yàn)箱體I在其長(zhǎng)邊面上還開(kāi)有測(cè)溫孔102，所述加載熱源裝置5通過(guò)其中一個(gè)所述測(cè)溫孔102對(duì)所述試驗(yàn)箱體I腔體進(jìn)行加熱，所述溫度監(jiān)測(cè)裝置6通過(guò)其余所述測(cè)溫孔102監(jiān)測(cè)所述試驗(yàn)箱體I腔體內(nèi)的溫度;所述試驗(yàn)箱體I在其短邊面上開(kāi)有進(jìn)氣口 103和出氣口 104，所述供氣裝置7通過(guò)所述進(jìn)氣口 103向所述試驗(yàn)箱體I腔體內(nèi)進(jìn)行供氣。
[0038]在本實(shí)施例中，所述進(jìn)氣口103與膠管105—端連接，所述膠管105另一端依次通過(guò)變徑管106和四通管107與所述供氣裝置7連接。
[0039]在本實(shí)施例中，所述加載熱源裝置5包括溫控箱501，點(diǎn)熱源502，加熱電源線503和測(cè)溫線504，所述點(diǎn)熱源502裝入其中一個(gè)所述測(cè)溫孔102內(nèi)，通過(guò)所述加熱電源線503和測(cè)溫線504與所述溫控箱501連接。
[0040]在本實(shí)施例中，所述溫度監(jiān)測(cè)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(cè)溫孔102內(nèi)，通過(guò)導(dǎo)線與所述溫度記錄裝置601連接。
[0041]在本實(shí)施例中，所述試驗(yàn)箱體和所述試驗(yàn)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(yàn)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(hù)所述試驗(yàn)箱體。
[0042]顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明所作的舉例，而并非對(duì)實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見(jiàn)的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種煤礦采空區(qū)溫度場(chǎng)分布規(guī)律相似模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于:包括試驗(yàn)箱體(I)，試驗(yàn)箱體蓋板(2)，孔隙擋板(3)，實(shí)體擋板(4)，加載熱源裝置(5)，溫度監(jiān)測(cè)裝置(6)和供氣裝置(7); 所述試驗(yàn)箱體(I)呈長(zhǎng)方體狀，上端通過(guò)所述試驗(yàn)箱體蓋板(2)封閉，在其長(zhǎng)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(yàn)箱體(I)在其長(zhǎng)邊面上還開(kāi)有測(cè)溫孔(102)，所述加載熱源裝置(5)通過(guò)其中一個(gè)所述測(cè)溫孔(102)對(duì)所述試驗(yàn)箱體(I)腔體進(jìn)行加熱，所述溫度監(jiān)測(cè)裝置(6)通過(guò)其余所述測(cè)溫孔(102)監(jiān)測(cè)所述試驗(yàn)箱體(I)腔體內(nèi)的溫度； 所述試驗(yàn)箱體(I)在其短邊面上開(kāi)有進(jìn)氣口(103)和出氣口(104)，所述供氣裝置(7)通過(guò)所述進(jìn)氣口( 103)向所述試驗(yàn)箱體(I)腔體內(nèi)進(jìn)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(chǎng)分布規(guī)律相似模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述進(jìn)氣口(103)與膠管(105)—端連接，所述膠管(105)另一端依次通過(guò)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(chǎng)分布規(guī)律相似模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述加載熱源裝置(5)包括溫控箱(501)，點(diǎn)熱源(502)，加熱電源線(503)和測(cè)溫線(504)，所述點(diǎn)熱源(502)裝入其中一個(gè)所述測(cè)溫孔(102)內(nèi)，通過(guò)所述加熱電源線(503)和測(cè)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(chǎng)分布規(guī)律相似模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述溫度監(jiān)測(cè)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(cè)溫孔(102)內(nèi)，通過(guò)導(dǎo)線與所述溫度記錄裝置(601)連接。
【文檔編號(hào)】G01N25/22GK105842281SQ201610268239
【公開(kāi)日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年4月28日
【發(fā)明人】鄭忠亞, 姚海飛, 張群, 徐長(zhǎng)富, 王海燕, 吳海軍, 孫喜貴
【申請(qǐng)人】煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司