[发明专利]一种自发采空区温度分布快速模拟实验装置及方法

说明书

本发明公开了一种自发采空区温度分布快速模拟实验装置及方法，该实验装置包括试验台主体、实验参数监测系统、红外监控系统和终端控制系统；实验台主体包括采空区等效主体、进回风巷等效管和含水雾风流发生器；实验参数监控系统包括湿度传感器、温度传感器、风速传感器和采空区等效主体内部热电偶；红外监控系统包括两台红外摄像仪；终端控制系统包括控制器和电脑终端。本发明在氧化放热反应不受外界干扰，自发进行的情况下，更加快速的模拟出采空区风流分布、温度变化、高温点运移轨迹及分布情况，同时可以进行传感器监测和借助红外摄像仪、有色水在采空区等效主体中的颜色分布直接进行观测。

技术领域

本发明属于煤炭技术领域，具体涉及一种自发采空区温度分布快速模拟实验装置及方法。

背景技术

采空区遗煤自燃是煤炭开采过程中常见的灾害之一，不仅严重威胁着人们的生命财产安全，同时还造成了严重的资源浪费和环境污染。煤自燃的发展过程极为复杂，包含多种物理化学作用，加上煤是一种物理结构和化学组成及其复杂且不均匀体，其确切的分子构成现在还无准确描述，导致很难从理论上搞清楚煤自燃的发生和发展过程。监测采空区中温度分布及变化是防治采空区煤自燃的一种关键手段。但采空区位于地下，且内部垮落严重，人员无法直接接近了解采空区内部温度情况。目前国内外研究采空区温度变化及分布大多通过数值模拟推算，虽然计算过程严密、速度快、不受现场条件约束，但对于非线性、大变形、非连续介质方面，由于岩体物理属性上参数选择上有困难，特别是给定初始条件的偏颇，因此结果往往有一定的局限性。同时，对于采空区容易引起自燃的高温点的监测方面，无法较为明确地研究高温点运移轨迹。而采空区风流对于遗煤自燃起着至关重要的作用。对于风流分布的研究也大都采用模拟的方法，与真实情况有一定误差。

中国专利CN205263061U公开了一种采空区自然发火的模拟实验装置，缺点包括：

1.现有实验装置均采用外部热源加热煤体，人为加快氧化反应，不能真实反应煤氧化放热进程；

2.现有采空区煤自燃模拟装置在不适用外部热源加热情况下实验周期较为漫长；

3.现有采空区煤自燃模拟装置采空区温度检测采用热电偶监测，不能直接观测，且只能通过有限的点来反映采空区温度，无法获得采空区风流与温度耦合的实验结果，无法真实反映采空区风流情况。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种自发采空区温度分布快速模拟实验装置，可实现氧化放热反应自发进行条件下，对采空区内部温度分布及变化情况、高温点运移轨迹的直接快速的观测，进而为采空区防灭火以及采空区自燃三带划分创造良好实验条件。

本发明的目的之二是提供一种基于上述实验装置进行自发采空区温度分布快速模拟的实验方法，步骤简单。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种自发采空区温度分布快速模拟实验装置，包括试验台主体、实验参数监测系统、红外监控系统和终端控制系统；

所述实验台主体包括采空区等效主体、回风巷等效管、进风巷等效管和含水雾风流发生器，所述采空区等效主体为中空立方盒体，内部填充氧化钙颗粒，所述采空区等效主体的前侧面和后侧面上分别设有多个通风口，所述通风口处设置有可开合的盖子，所述回风巷等效管和进风巷等效管分别与所述通风口连接，构成等效不同工作面，所述含水雾风流发生器包括超声波水雾发生器和鼓风机，所述超声波水雾发生器置于所述鼓风机前方，所述超声波水雾发生器的水箱中存储有有色水，所述鼓风机的鼓风口与所述进风巷等效管的进风端密封连接；

所述实验参数监控系统包括若干个湿度传感器、温度传感器、风速传感器和热电偶，所述湿度传感器、温度传感器、风速传感器分别设置在所述回风巷等效管和进风巷等效管的近采空区等效主体一端，所述热电偶位于所述采空区等效主体内部，垂直于采空区等效主体底部设置，高度不超过氧化钙颗粒的填充高度；