[发明专利]一种煤炭地下气化模型试验台及试验方法

权利要求书

1.一种煤炭地下气化模型试验台，其特征在于，所述试验台包括气化炉和数据采集系统，所述气化炉炉膛纵向和横向断面呈上侧开口的U字形炉膛，炉膛前后左右及底部从内到外依次分别设置有耐火层、保温层、密封层和耐压层；所述的耐火层是由耐火硅材料一次浇铸定型而成，所述保温层为用高温胶粘贴在密封层内侧的岩棉保温板；所述密封层是使用钢板焊接成的箱体；所述耐压层是通过浇铸形成的钢筋混凝土层；在炉膛内底面是由模拟底板岩层材料铺设的底板，在底板之上填有煤层，煤层之上是由模拟顶板岩层材料铺设的顶板，顶板之上是表土层，在表土层之上设有保温层，保温层之上设有盖板，所述煤层底部沿气化炉纵向设有气化通道和气流通道；

      所述气化炉顶部设有用于供气体输出、输入的管道，所述管道由气化炉顶部穿入炉膛内部的试验用煤层中与气化通道相连通；

所述气化炉四周设有多个用于观察点火过程中点火端煤层和气化过程中气化通道煤层燃烧情况的观察孔；

所述气化炉上设有多个用于导出煤气和通讯信号线的工艺参数测量孔；

所述数据采集系统包括若干用于测量顶板压力和位移的应力传感器和位移传感器、测量温度的热电偶、用于导出气体的不锈钢管以及数据采集设备，所述热电偶设置在炉膛内被测煤层中，通过补偿导线与气化炉外部的温度数据检测设备相连；所述不锈钢管的一端设置在被测煤层的气化通道正上方，不锈钢管穿过工艺参数测量孔与气化炉外部的气体数据采集设备相连。

2. 根据权利要求1所述的煤炭地下气化模型试验台，其特征在于，所述气化炉长4.45m、宽1.17m，高1.57m；所述气化炉的耐火层厚度是0.15m；所述气化炉的保温层厚度是0.6m；所述气化炉的密封层厚度是20mm；所述气化炉的耐压层的左侧壁厚度大于右侧壁厚度，左侧壁厚为0.4m，右侧壁厚为0.3m；所述气化炉的耐压层的钢筋网是由直径不相等的两种钢筋交替放置组成；所述气化炉设有4个观察孔；所述气化炉设有19个工艺参数测量孔。

3. 根据权利要求1所述的煤炭地下气化模型试验台，其特征在于，所述保温层自下而上分为第一保温和第二保温，第一保温层是厚度为0.5m的粘土层，第二保温层是0.1m厚的岩棉层。

4.一种应用于权利要求1所述试验台的试验方法，其特征在于，所述试验方法的步骤包括：

步骤1—布置试验现场步骤：根据工业现场的水文地质资料，从气化炉底部开始依次填充从现场提取的或用相似材料砌铸的底板、煤层、顶板、含水层、岩层和表土，其厚度按现场实际厚度的1/10～1/30的几何缩比确定；表土层上面覆盖50～100mm保温岩棉；

步骤2—布置管道和通道的步骤：在所述的煤层中沿炉体纵向方向设置一条气化通道，气化通道纵向截面为50×50mm～100mm×100mm，在气化通道中每隔0.5～1m设置一个煤堆，煤堆的截面积占气化通道截面积的1/3～1/2，形成变截面气化通道；

在气化通道每隔0.5～1米，沿煤层上下倾斜方向设置一个气流通道，采用梯形耐火混凝土支架支护，气流通道横截面为50×50mm～100mm×100mm，并与所述顶板中的钻孔相连，形成进、出气通道和辅助通道;在气流通道两侧的煤层中交错设置若干个截面为25×25mm～50mm×50mm的小盲巷作为煤层的疏松裂隙；

选择气化炉顶部两端的管道作为进气孔和出气孔，顶部中间的管道为辅助孔，由进气孔注气，关闭出气孔和辅助孔，进行气化炉气密性试验； 

步骤3—设置测量点的步骤：在所述顶板中设置若干应力传感器和位移传感器；在所述煤层中布置4～6排×15～19列个温度测量点，每个温度测量点都设置一个用于测量气化过程中煤层温度的热电偶；同时在所述煤层中布置1～3排×5～10列个压力和煤气组分测量点，每个压力和煤气组分测量点都设置一个用于将气化通道中的煤气引导至气化炉外部的不锈钢管；

步骤4—模拟气化过程的步骤：首先点火，当点火成功后向气化炉中鼓入空气等气化剂；

步骤5—观测数据的步骤：通过热电偶、压力变送器和在线色谱仪检测气化通道中煤层温度、煤气的压力和组分，获得气化通道中温度场、压力场和浓度场扩展的相关数据；

煤层经燃烧形成燃空区，导致上覆岩层冒落，通过顶板中的应力传感器和位移传感器，观测顶板中的应力变化和冒落部分的位移，研究上覆岩层中顶板和表土的运动过程。