本发明专利技术公开了一种基于热动力灾害多参数时空演化分析实验台的实验方法，包括步骤：一、确定矿井模拟对象并搭建实验台装置；二、检验实验台装置的气密性；三、初始化实验控制终端；四、控制巷道模拟模块内通风量变化、冒顶位置与冒顶程度以及烟气瓦斯涌出位置与涌出速度并获取矿井热动力灾害多参数时空演化过程；五、判断巷道模拟模块内瓦斯浓度与氧气浓度是否达到引发瓦斯爆炸的临界阈值；六、引发巷道模拟模块内继发性瓦斯爆炸并分析热动力灾害多参数时空变化。本发明专利技术步骤简单，可模拟矿井巷道通风量、冒顶现象以及不同位置处烟气瓦斯产生速率的变化，获取巷道模拟模块内易于发生继发性瓦斯爆炸的位置，分析热动力灾害多参数时空变化。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于矿井热动力灾害模拟
，具体涉及一种基于热动力灾害多参数时空演化分析实验台的实验方法。
技术介绍
煤矿热动力灾害的发生演化机理极其复杂，具有突发性强、灾情发展迅速、人员伤亡和财产损失巨大、救灾困难、容易引起二次伤害等特点。在救援过程中，煤矿井下可能会发生多种继发灾害，例如灾害产生的高温明火随时可能会阻断救灾人员出入灾区的路线，并且造成灾区通风紊乱，使得灾区环境极不稳定，随时可能会发生瓦斯爆炸。与此同时，也极大地增加了灾情的模糊性和难预测性，使得救援决策非常关键，但难度又极大。因此，通过研究矿井热动力灾害救援过程中，井下灾区及相连区域巷道内温度、气体组份等物理量随时间变化的过程，掌握全矿井范围内温度场、气体组份场的时空演化规律，判定高温热害、明火、继发性瓦斯爆炸可能会存在或波及的位置和时间，对指挥决策者及时制定科学、合理的救援方案具有重要的理论指导意义。然而，由于热动力灾害的特殊性，现有研究对煤矿热动力灾害多参数的时空演化规律多采用数值模拟的手段来开展的。而目前尚无法采用实验手段配合矿井热动力灾害多参数时空演化的实验方法解决全矿井范围内的热动力灾害多参数时空演化规律方面的问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于热动力灾害多参数时空演化分析实验台的实验方法，其设计新颖合理，步骤简单，可模拟矿井巷道通风量、冒顶现象以及不同位置处烟气瓦斯产生速率的变化，获取巷道模拟模块内易于发生继发性瓦斯爆炸的位置，分析热动力灾害多参数时空变化，具有参考和指导功能，便于推广使用。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：基于热动力灾害多参数时空演化分析实验台的实验方法，所述实验台包括用于模拟矿井热动力灾害的实验台装置和对所述实验台装置产生的多参数进行时空演化分析的实验控制终端，所述实验台装置包括实验台骨架、设置在实验台骨架内的桩承台和安装在所述桩承台上的巷道模拟模块，所述巷道模拟模块上设置有用于模拟矿井坍塌程度同时模拟矿井巷道风门的开关阀、用于模拟矿井通风设施的风机和用于模拟矿井热动力灾害发生的执行机构，所述巷道模拟模块内设置有用于采集矿井热动力灾害参数的灾害检测机构，所述灾害检测机构包括外壳和设置在所述外壳上的传感器组件，所述外壳上安装有电极针组，电极针组包括两个相对安装的电极针，灾害检测机构和开关阀的数量均为多个；所述巷道模拟模块包括模拟主井巷道、与模拟主井巷道相平行的模拟副井巷道、用于模拟采矿区域的模拟采区巷道、与所述模拟采区巷道连接的主回风巷道和与所述模拟采区巷道共面且相交的运输大巷道，模拟主井巷道、模拟副井巷道、主回风巷道、所述模拟采区巷道和运输大巷道通过联络巷道相互连通；所述模拟采区巷道包括工作面巷道、工作面回风巷道和工作面进风巷道，运输大巷道与工作面巷道相平行设置且与工作面回风巷道和所述工作面回风巷道均相交，运输大巷道的数量为多个，风机安装在主回风巷道上；执行机构包括具有两个输入管和一个输出管的输送管、安装在输送管一个输入管上的烟气发生器、安装在输送管另一个输入管上且用于模拟瓦斯源的高压气瓶和安装在输送管输出管上的加热器；所述桩承台包括多个支桩，支桩包括伸缩支架、安装在伸缩支架上的云台和安装在云台上用于锁紧巷道模拟模块的卡扣环；所述实验控制终端包括操作主机和与操作主机相接用于处理所述传感器组件采集数据的数据采集器，操作主机的输出端接有用于控制电极针组通电产生电弧放热的继电器和用于云台转动调节方位的云台驱动模块，云台驱动模块的数量为多个且与多个云台一一对应，风机、开关阀、烟气发生器和高压气瓶均与操作主机的输出端相接且由操作主机控制；其特征在于，该实验方法包括以下步骤：步骤一、确定矿井模拟对象并搭建实验台装置：首先，确定实际模拟的矿井并确定该矿井与实验台装置的比例；然后，确定巷道的位置以及参数，安装并调节多个支桩的高度以及对应云台的角度；最后，确定矿井通风系统路径，在多个支桩上安装所述巷道模拟模块，完成实验台装置的搭建；所述巷道参数包括采区的长度、断面大小和倾角；步骤二、检验实验台装置的气密性，确认实验台装置的气密性良好；步骤三、初始化实验控制终端：通过上电复位操作主机，操作主机判断与安装在所述巷道模拟模块内的灾害检测机构通信信号是否正常，操作主机判断与继电器的控制信号是否正常，确认风机、开关阀、烟气发生器和高压气瓶完好，操作主机判断与风机、开关阀、烟气发生器和高压气瓶的控制信号是否正常，各信号均正常时，实验控制终端初始化成功；步骤四、控制巷道模拟模块内通风量变化、冒顶位置与冒顶程度以及烟气瓦斯涌出位置与涌出速度并获取矿井热动力灾害多参数时空演化过程：通过操作主机控制风机的风量变化模拟巷道模拟模块内通风量变化，通过操作主机分别控制多个开关阀的开度模拟巷道模拟模块内冒顶位置与冒顶程度，通过改变执行机构的安装位置并采用操作主机控制烟气发生器的烟气产生速率以及控制高压气瓶的瓦斯产生速率模拟巷道模拟模块内烟气瓦斯涌出位置与涌出速度，当固定巷道模拟模块内冒顶位置与冒顶程度以及烟气瓦斯涌出位置与涌出速度，调节巷道模拟模块内通风量时，执行步骤401；当固定巷道模拟模块内通风量和烟气瓦斯涌出位置与涌出速度，调节巷道模拟模块内冒顶位置与冒顶程度时，执行步骤402；当固定巷道模拟模块内通风量以及冒顶位置与冒顶程度，调节巷道模拟模块内烟气瓦斯涌出位置与涌出速度时，执行步骤403；步骤401、确定烟气发生器安装位置并通过烟气发生器为所述巷道模拟模块内提供热动力灾害烟气，确定多个开关阀的安装位置和开度，调节风机的转速或叶片倾角来调节风机的风量，通过灾害检测机构获取不同风量情况下所述巷道模拟模块内热动力灾害参数；步骤402、确定风机的风量，确定执行机构安装位置并通过执行机构为所述巷道模拟模块内提供热动力灾害烟气及瓦斯，通过分别调节多个开关阀的安装位置和开度改变巷道断面面积，模拟巷道模拟模块内冒顶程度，通过灾害检测机构获取不同冒顶位置与冒顶程度情况下所述巷道模拟模块内热动力灾害参数；步骤403、确定风机的风量，确定多个开关阀的安装位置和开度，调节执行机构安装位置并改变烟气发生器的烟气产生速率和高压气瓶的烟气产生速率，通过灾害检测机构获取不同执行机构的安装位置情况下所述巷道模拟模块内热动力灾害参数；所述传感器组件包括感知所述巷道模拟模块内气压的压力传感器、检测所述巷道模拟模块内气体成分的气体传感器、检测所述巷道模拟模块内风速的风速传感器和感知所述巷道模拟模块内温度参数的温度传感器，所述气体传感器包括瓦斯传感器、氧气传感器、一氧化碳传感器和二氧化碳传感器；步骤五、判断巷道模拟模块内瓦斯浓度与氧气浓度是否达到引发瓦斯爆炸的临界阈值：通过巷道模拟模块内多个灾害检测机构采集步骤四中各条件下的瓦斯浓度与氧气浓度数据，当巷道模拟模块内有灾害检测机构采集的瓦斯浓度与氧气浓度均达到引发瓦斯爆炸的临界阈值时，执行步骤六；否则，执行步骤四；步骤六、引发巷道模拟模块内继发性瓦斯爆炸并分析热动力灾害多参数时空变化：通过操作主机控制继电器动作接通电源模块为步骤五中对应的灾害检测机构上安装的电极针组的供电，引发巷道模拟模块内继发性瓦斯爆炸；同时获取巷道模拟模块内热动力灾害多参数时空变化，分析巷道模拟本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于热动力灾害多参数时空演化分析实验台的实验方法，所述实验台包括用于模拟矿井热动力灾害的实验台装置和对所述实验台装置产生的多参数进行时空演化分析的实验控制终端，所述实验台装置包括实验台骨架(1)、设置在实验台骨架(1)内的桩承台和安装在所述桩承台上的巷道模拟模块，所述巷道模拟模块上设置有用于模拟矿井坍塌程度同时模拟矿井巷道风门的开关阀(6)、用于模拟矿井通风设施的风机(5)和用于模拟矿井热动力灾害发生的执行机构(7)，所述巷道模拟模块内设置有用于采集矿井热动力灾害参数的灾害检测机构(4)，所述灾害检测机构(4)包括外壳和设置在所述外壳上的传感器组件，所述外壳上安装有电极针组(14)，电极针组(14)包括两个相对安装的电极针，灾害检测机构(4)和开关阀(6)的数量均为多个；所述巷道模拟模块包括模拟主井巷道(3‑4)、与模拟主井巷道(3‑4)相平行的模拟副井巷道(3‑3)、用于模拟采矿区域的模拟采区巷道、与所述模拟采区巷道连接的主回风巷道(3‑8)和与所述模拟采区巷道共面且相交的运输大巷道(3‑5)，模拟主井巷道(3‑4)、模拟副井巷道(3‑3)、主回风巷道(3‑8)、所述模拟采区巷道和运输大巷道(3‑5)通过联络巷道(3‑7)相互连通；所述模拟采区巷道包括工作面巷道(3‑1)、工作面回风巷道(3‑2)和工作面进风巷道，运输大巷道(3‑5)与工作面巷道(3‑1)相平行设置且与工作面回风巷道(3‑2)和所述工作面回风巷道均相交，运输大巷道(3‑5)的数量为多个，风机(5)安装在主回风巷道(3‑8)上；执行机构(7)包括具有两个输入管和一个输出管的输送管(7‑1)、安装在输送管(7‑1)一个输入管上的烟气发生器(7‑2)、安装在输送管(7‑1)另一个输入管上且用于模拟瓦斯源的高压气瓶(7‑7)和安装在输送管(7‑1)输出管上的加热器(7‑5)；所述桩承台包括多个支桩(2)，支桩(2)包括伸缩支架(2‑1)、安装在伸缩支架(2‑1)上的云台(2‑3)和安装在云台(2‑3)上用于锁紧巷道模拟模块的卡扣环(2‑4)；所述实验控制终端包括操作主机(11)和与操作主机(11)相接用于处理所述传感器组件采集数据的数据采集器(8)，操作主机(11)的输出端接有用于控制电极针组(14)通电产生电弧放热的继电器(13)和用于云台(2‑3)转动调节方位的云台驱动模块(2‑5)，云台驱动模块(2‑5)的数量为多个且与多个云台(2‑3)一一对应，风机(5)、开关阀(6)、烟气发生器(7‑2)和高压气瓶(7‑7)均与操作主机(11)的输出端相接且由操作主机(11)控制；其特征在于，该实验方法包括以下步骤：步骤一、确定矿井模拟对象并搭建实验台装置：首先，确定实际模拟的矿井并确定该矿井与实验台装置的比例；然后，确定巷道的位置以及参数，安装并调节多个支桩(2)的高度以及对应云台(2‑3)的角度；最后，确定矿井通风系统路径，在多个支桩(2)上安装所述巷道模拟模块，完成实验台装置的搭建；所述巷道参数包括采区的长度、断面大小和倾角；步骤二、检验实验台装置的气密性，确认实验台装置的气密性良好；步骤三、初始化实验控制终端：通过上电复位操作主机(11)，操作主机(11)判断与安装在所述巷道模拟模块内的灾害检测机构(4)通信信号是否正常，操作主机(11)判断与继电器(13)的控制信号是否正常，确认风机(5)、开关阀(6)、烟气发生器(7‑2)和高压气瓶(7‑7)完好，操作主机(11)判断与风机(5)、开关阀(6)、烟气发生器(7‑2)和高压气瓶(7‑7)的控制信号是否正常，各信号均正常时，实验控制终端初始化成功；步骤四、控制巷道模拟模块内通风量变化、冒顶位置与冒顶程度以及烟气瓦斯涌出位置与涌出速度并获取矿井热动力灾害多参数时空演化过程：通过操作主机(11)控制风机(5)的风量变化模拟巷道模拟模块内通风量变化，通过操作主机(11)分别控制多个开关阀(6)的开度模拟巷道模拟模块内冒顶位置与冒顶程度，通过改变执行机构(7)的安装位置并采用操作主机(11)控制烟气发生器(7‑2)的烟气产生速率以及控制高压气瓶(7‑7)的瓦斯产生速率模拟巷道模拟模块内烟气瓦斯涌出位置与涌出速度，当固定巷道模拟模块内冒顶位置与冒顶程度以及烟气瓦斯涌出位置与涌出速度，调节巷道模拟模块内通风量时，执行步骤401；当固定巷道模拟模块内通风量和烟气瓦斯涌出位置与涌出速度，调节巷道模拟模块内冒顶位置与冒顶程度时，执行步骤402；当固定巷道模拟模块内通风量以及冒顶位置与冒顶程度，调节巷道模拟模块内烟气瓦斯涌出位置与涌出速度时，执行步骤403；步骤401、确定烟气发生器(7‑2)安装位置并通过烟气发生器(7‑2)为所述巷道模拟模块内提供热动力灾害烟气，确定多个开关阀(6)的安装位置和开度，调节风机(5)的转速或叶片倾角来...
【技术特征摘要】
1.基于热动力灾害多参数时空演化分析实验台的实验方法，所述实验台包括用于模拟矿井热动力灾害的实验台装置和对所述实验台装置产生的多参数进行时空演化分析的实验控制终端，所述实验台装置包括实验台骨架(1)、设置在实验台骨架(1)内的桩承台和安装在所述桩承台上的巷道模拟模块，所述巷道模拟模块上设置有用于模拟矿井坍塌程度同时模拟矿井巷道风门的开关阀(6)、用于模拟矿井通风设施的风机(5)和用于模拟矿井热动力灾害发生的执行机构(7)，所述巷道模拟模块内设置有用于采集矿井热动力灾害参数的灾害检测机构(4)，所述灾害检测机构(4)包括外壳和设置在所述外壳上的传感器组件，所述外壳上安装有电极针组(14)，电极针组(14)包括两个相对安装的电极针，灾害检测机构(4)和开关阀(6)的数量均为多个；所述巷道模拟模块包括模拟主井巷道(3-4)、与模拟主井巷道(3-4)相平行的模拟副井巷道(3-3)、用于模拟采矿区域的模拟采区巷道、与所述模拟采区巷道连接的主回风巷道(3-8)和与所述模拟采区巷道共面且相交的运输大巷道(3-5)，模拟主井巷道(3-4)、模拟副井巷道(3-3)、主回风巷道(3-8)、所述模拟采区巷道和运输大巷道(3-5)通过联络巷道(3-7)相互连通；所述模拟采区巷道包括工作面巷道(3-1)、工作面回风巷道(3-2)和工作面进风巷道，运输大巷道(3-5)与工作面巷道(3-1)相平行设置且与工作面回风巷道(3-2)和所述工作面回风巷道均相交，运输大巷道(3-5)的数量为多个，风机(5)安装在主回风巷道(3-8)上；执行机构(7)包括具有两个输入管和一个输出管的输送管(7-1)、安装在输送管(7-1)一个输入管上的烟气发生器(7-2)、安装在输送管(7-1)另一个输入管上且用于模拟瓦斯源的高压气瓶(7-7)和安装在输送管(7-1)输出管上的加热器(7-5)；所述桩承台包括多个支桩(2)，支桩(2)包括伸缩支架(2-1)、安装在伸缩支架(2-1)上的云台(2-3)和安装在云台(2-3)上用于锁紧巷道模拟模块的卡扣环(2-4)；所述实验控制终端包括操作主机(11)和与操作主机(11)相接用于处理所述传感器组件采集数据的数据采集器(8)，操作主机(11)的输出端接有用于控制电极针组(14)通电产生电弧放热的继电器(13)和用于云台(2-3)转动调节方位的云台驱动模块(2-5)，云台驱动模块(2-5)的数量为多个且与多个云台(2-3)一一对应，风机(5)、开关阀(6)、烟气发生器(7-2)和高压气瓶(7-7)均与操作主机(11)的输出端相接且由操作主机(11)控制；其特征在于，该实验方法包括以下步骤：步骤一、确定矿井模拟对象并搭建实验台装置：首先，确定实际模拟的矿井并确定该矿井与实验台装置的比例；然后，确定巷道的位置以及参数，安装并调节多个支桩(2)的高度以及对应云台(2-3)的角度；最后，确定矿井通风系统路径，在多个支桩(2)上安装所述巷道模拟模块，完成实验台装置的搭建；所述巷道参数包括采区的长度、断面大小和倾角；步骤二、检验实验台装置的气密性，确认实验台装置的气密性良好；步骤三、初始化实验控制终端：通过上电复位操作主机(11)，操作主机(11)判断与安装在所述巷道模拟模块内的灾害检测机构(4)通信信号是否正常，操作主机(11)判断与继电器(13)的控制信号是否正常，确认风机(5)、开关阀(6)、烟气发生器(7-2)和高压气瓶(7-7)完好，操作主机(11)判断与风机(5)、开关阀(6)、烟气发生器(7-2)和高压气瓶(7-7)的控制信号是否正常，各信号均正常时，实验控制终端初始化成功；步骤四、控制巷道模拟模块内通风量变化、冒顶位置与冒顶程度以及烟气瓦斯涌出位置与涌出速度并获取矿井热动力灾害多参数时空演化过程：通过操作主机(11)控制风机(5)的风量变化模拟巷道模拟模块内通风量变化，通过操作主机(11)分别控制多个开关阀(6)的开度模拟巷道模拟模块内冒顶位置与冒顶程度，通过改变执行机构(7)的安装位置并采用操作主机(11)控制烟气发生器(7-2)的烟气产生速率以及控制高压气瓶(7-7)的瓦斯产生速率模拟巷道模拟模块内烟气瓦斯涌出位置与涌出速度，当固定巷道模拟模块内冒顶位置与冒顶程度以及烟气瓦斯涌出位置与涌出速度，调节巷道模拟模块内通风量时，执行步骤401；当固定巷道模拟模块内通风量和烟气瓦斯涌出位置与涌出速度，调节巷道模拟模块内冒顶位置与冒顶程度时，执行步骤402；当固定巷道模拟模块内通风量以及冒顶位置与冒顶程度，调节巷道模拟模块内烟气瓦斯涌出位置与涌出速度时，执行步骤403；步骤401、确定烟气发生器(7-2)安装位置并通过烟气发生器(7-2)为所述巷...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭军，郑学召，金永飞，邓军，
申请(专利权)人：西安科技大学，西安天河矿业科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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