本发明专利技术公开了一种不同尺度煤火灾害热动力过程模拟测试装置及方法，测试装置包括物理相似模拟试验台、透明隔热罩、无线自组网测温系统、粒子辐射监测应力状态系统以及气体监测系统，测试方法步骤包括设计实验煤田火灾本演化所需条件、搭建物理相似模拟试验台、引燃煤层、通过传感器检测数据进行分析；本发明专利技术能模拟采空区垮落过程，而且能够模拟煤田火灾演化过程，同时能够实现不同条件的煤田火灾和矿井采空区的演化过程，通过无线自组网测温系统、粒子辐射监测应力状态系统、气体监测系统能够实现对煤田火灾和矿井采空区演化过程中温度场的分布、煤岩裂隙的分布及发育规律、煤岩裂隙供风通道的变化规律的实时监测。
A device and method for simulating and testing the thermal dynamic process of coal fire disaster with different scales
【技术实现步骤摘要】
一种不同尺度煤火灾害热动力过程模拟测试装置及方法
本专利技术涉及煤田煤田火灾和煤矿采空区演化过程相似模拟试验领域，特别是一种不同尺度煤火灾害热动力过程模拟测试装置及方法。
技术介绍
煤炭自燃是威胁煤炭安全生产的主要灾害之一，而我国的煤田火区分布范围广、火灾程度严重，其中北方的煤田火灾最为严重；据估算，我国每年直接损失煤炭资源约为2000万吨，而间接损失多达2亿吨。煤田火灾也是世界性灾害，国外也有非常严重的煤田火灾问题，其中主要有美国、印度、印度尼西亚、英国等国家。同时，在煤矿开采过程中也存在大量的工作面临近采空区自燃发火问题。现阶段，国内外学者主要通过运用煤自燃过程的有关理论及实验来研究煤田火灾发生、演化及扩展发育，缺少煤田火灾扩展演化的有关理论和技术支撑。其中，对于煤田火灾中煤岩裂隙的分布及发育方面的研究较少，没有找到具体的发展规律，不能明确掌握火灾的扩散特征，难以准确定位其高温范围。因此，对于火灾的防治难以实现精准的掌控。在实现对煤田火灾演化过程的进一步研究，能够为煤田火灾的治理提供理论基础以及科学保障，更为进一步研究煤、岩、气之间的关系及特性提供基础。现目前，国内外针对煤田火区演化过程还没有较为全面、系统的试验台及试验方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种不同尺度煤火灾害热动力过程模拟测试装置及方法，以解决上述技术背景中提出的问题。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种不同尺度煤火灾害热动力过程模拟测试装置，包括物理相似模拟试验台、透明隔热罩、无线自组网测温系统、粒子辐射监测应力状态系统以及气体监测系统；所述物理相似模拟试验台包括试验台底座、可拆卸槽钢、下底板以及辅助板；所述下底板固定设于试验台底座上表面，下底板与可拆卸槽钢上设有若干大小相同、间距相等的螺丝孔，可拆卸槽钢通过螺栓和螺丝孔固定安装在下底板的上下以及左右两侧，所述辅助板通过轴承与下底板左侧边缘呈可拆卸式滑动连接，且辅助板与下底板表面形成可调节的倾角；所述透明隔热罩罩设在物理相似模拟试验台上，透明隔热罩包括上顶板、左侧板、右侧板、后面板、前面板以及排烟装置，所述上顶板、左侧板、右侧板以及后面板为一体式结构，所述前面板与左侧板以及右侧板呈上下推拉式连接；所述排烟装置固定设于后面板右侧上方内壁上；所述无线自组网测温系统包括供氧装置、空气压缩机、加热装置、无线传输模块、热电偶以及热电偶模数转换器，所述供氧装置出口端连接空气压缩机的入口端，所述热电偶、电偶模数转换器以及无线传输模块包括多个热电偶、热电偶模数转换器以及无线传输模块，且每一个热电偶都连接一个热电偶模数转换器，每一个热电偶模数转换器都连接一个无线传输模块，每一个无线传输模块都通过自组网的方式与网关通信连接并接入Internet网与计算机通信连接；所述粒子辐射监测应力状态系统包括棒型应力传感器、电源信号线、应力检测仪，所述棒型应力传感器设于可拆卸槽钢上的螺丝孔中，棒型应力传感器与应力监测仪之间通过电源信号线电性连接；所述气体监测系统包括气体传感器和气体监测仪，所述气体传感器与气体监测仪通过信号线电性连接。进一步的，所述试验台底座的尺寸为1800mm×1200mm×100mm，所述可拆卸槽钢的尺寸为1400mm×120mm×50mm或700mm×120mm×50mm，所述辅助板尺寸为800mm×700mm，所述下底板的尺寸为1600mm×1400mm，可拆卸槽钢上和下底板上相邻两个螺丝孔的间距为100mm。进一步的，所述上顶板、左侧板、右侧板、后面板以及前面板的尺寸为2200mm×1600mm×1600mm，且上顶板、左侧板、右侧板、后面板以及前面板采用透明耐高温材料制成。进一步的，所述物理相似模拟试验台可通过增加或减少可拆卸槽钢的数量来调节长、宽、高。进一步的，所述气体监测仪和应力检测仪通过数据线与计算机电性连接。进一步的，所述辅助板与下底板表面形成的可调节的倾角范围为0°-90°一种不同尺度煤火灾害热动力过程模拟测试方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、设计实验煤田火灾或矿井采空区演化所需条件；S2、根据设计条件选择可拆卸槽钢的数量及规格，搭建所述物理相似模拟试验台模型框架，调节辅助板选择相应的倾角进行布置所需煤岩层，同时，在煤岩层中按相邻间距为100mm布置热电偶；S3、将搭建好的物理相似模拟试验台模型静置，等待其凝固成型；同时，将其他部件按要求进行连接；S4、通过供氧装置和加热装置对实验煤层进行加热，并引燃煤层，当煤田火区发生垮落产生裂隙形成供风通道时，将气体传感器及时插入供风通道中；S5、通过热电偶、棒型应力传感器和气体传感器监测演化过程，并通过热电偶、棒型应力传感器和气体传感器的检测数据进行分析。本专利技术的有益效果是：本专利技术能够实现不同条件的煤田火灾和矿井采空区的演化过程，通过无线自组网测温系统、粒子辐射监测应力状态系统、气体监测系统能够实现对煤田火灾和矿井采空区演化过程中温度场的分布、煤岩裂隙的分布及发育规律、煤岩裂隙供风通道的变化规律的实时监测，同时，本专利技术试验台主体使用可拆卸槽钢作为主体材料，不仅价格便宜，而且能够通过拆卸槽钢来达到调整设计试验台所需的长、宽、高，从而能够实现对不同尺寸现场情况的模拟；通过对供氧装置的调节可以实现0-100％浓度范围的供氧，从而模拟现场气体环境；通过对下底板中辅助板的调节来布置不同倾角的煤岩层，倾角范围可控制在0°-90°之内，提高了物理模型实验的精确性和与现场的相似性。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术的物理相似模拟试验台的示意图；图3为本专利技术的可拆卸槽钢的示意图；图4为本专利技术的试验台底座的示意图；图5为本专利技术的无线自组网测温系统的示意图；图6为本专利技术模拟煤田火区裂隙分布及供风通道的示意图；图7为本专利技术中相似模拟试验方法的流程图。图中，1-物理相似模拟试验台，2-透明隔热罩，6-试验台底座，7-可拆卸槽钢，8-下底板，9-上顶板，10-左侧板，11-右侧板，12-后面板，13-前面板，14-供氧装置，15-空气压缩机，16-加热装置，17-无线传输模块，18-热电偶，19-热电偶模数转换器，20-计算机，21-棒型应力传感器，22-电源信号线，23-应力检测仪，24-气体传感器，25-气体监测仪。具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，遂图式中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种不同尺度煤火灾害热动力过程模拟测试装置，包括物理相似模拟试验台(1)、透明隔热罩(2)、无线自组网测温系统、粒子辐射监测应力状态系统以及气体监测系统，其特征在于：/n所述物理相似模拟试验台包括试验台底座(6)、可拆卸槽钢(7)、下底板(8)以及辅助板(26)；所述下底板(8)固定设于试验台底座(6)上表面，下底板(8)与可拆卸槽钢(7)上设有若干大小相同、间距相等的螺丝孔，可拆卸槽钢(7)通过螺栓和螺丝孔固定安装在下底板(8)的上下以及左右两侧，所述辅助板(26)通过轴承与下底板(8)左侧呈可拆卸式滑动连接，且辅助板(26)与下底板(8)表面形成可调节的倾角；/n所述透明隔热罩(2)罩设在物理相似模拟试验台(1)上，透明隔热罩(2)包括上顶板(9)、左侧板(10)、右侧板(11)、后面板(12)、前面板(13)以及排烟装置(27)，所述上顶板(9)、左侧板(10)、右侧板(11)以及后面板(12)为一体式结构，所述前面板(13)与左侧板(10)以及右侧板(11)呈上下推拉式连接；所述排烟装置(27)固定设于后面板(12)右侧上方内壁上；/n所述无线自组网测温系统包括供氧装置(14)、空气压缩机(15)、加热装置(16)、无线传输模块(17)、热电偶(18)以及热电偶模数转换器(19)，所述供氧装置(14)出口端连接空气压缩机(15)的入口端，所述热电偶(18)、电偶模数转换器(19)以及无线传输模块(17)包括多个热电偶、热电偶模数转换器以及无线传输模块，且每一个热电偶都连接一个热电偶模数转换器，每一个热电偶模数转换器都连接一个无线传输模块，每一个无线传输模块都通过自组网的方式与网关通信连接并接入Internet网与计算机(20)通信连接；/n所述粒子辐射监测应力状态系统包括棒型应力传感器(21)、电源信号线(22)、应力检测仪(23)，所述棒型应力传感器(21)设于可拆卸槽钢(7)上的螺丝孔中，棒型应力传感器(21)与应力监测仪(23)之间通过电源信号线(22)电性连接；/n所述气体监测系统包括气体传感器(24)和气体监测仪(25)，所述气体传感器与气体监测仪通过信号线电性连接。/n...
【技术特征摘要】
1.一种不同尺度煤火灾害热动力过程模拟测试装置，包括物理相似模拟试验台(1)、透明隔热罩(2)、无线自组网测温系统、粒子辐射监测应力状态系统以及气体监测系统，其特征在于：
所述物理相似模拟试验台包括试验台底座(6)、可拆卸槽钢(7)、下底板(8)以及辅助板(26)；所述下底板(8)固定设于试验台底座(6)上表面，下底板(8)与可拆卸槽钢(7)上设有若干大小相同、间距相等的螺丝孔，可拆卸槽钢(7)通过螺栓和螺丝孔固定安装在下底板(8)的上下以及左右两侧，所述辅助板(26)通过轴承与下底板(8)左侧呈可拆卸式滑动连接，且辅助板(26)与下底板(8)表面形成可调节的倾角；
所述透明隔热罩(2)罩设在物理相似模拟试验台(1)上，透明隔热罩(2)包括上顶板(9)、左侧板(10)、右侧板(11)、后面板(12)、前面板(13)以及排烟装置(27)，所述上顶板(9)、左侧板(10)、右侧板(11)以及后面板(12)为一体式结构，所述前面板(13)与左侧板(10)以及右侧板(11)呈上下推拉式连接；所述排烟装置(27)固定设于后面板(12)右侧上方内壁上；
所述无线自组网测温系统包括供氧装置(14)、空气压缩机(15)、加热装置(16)、无线传输模块(17)、热电偶(18)以及热电偶模数转换器(19)，所述供氧装置(14)出口端连接空气压缩机(15)的入口端，所述热电偶(18)、电偶模数转换器(19)以及无线传输模块(17)包括多个热电偶、热电偶模数转换器以及无线传输模块，且每一个热电偶都连接一个热电偶模数转换器，每一个热电偶模数转换器都连接一个无线传输模块，每一个无线传输模块都通过自组网的方式与网关通信连接并接入Internet网与计算机(20)通信连接；
所述粒子辐射监测应力状态系统包括棒型应力传感器(21)、电源信号线(22)、应力检测仪(23)，所述棒型应力传感器(21)设于可拆卸槽钢(7)上的螺丝孔中，棒型应力传感器(21)与应力监测仪(23)之间通过电源信号线(22)电性连接；
所述气体监测系统包括气体传感器(24)和气体监测仪(25)，所述气体传感器与气体监测仪通过信号线电性连接。
2.根据权利要求1所述的一种不同尺度煤火灾害热动力过程模拟测试...
【专利技术属性】
技术研发人员：肖旸，张浩，任帅京，李青蔚，邓军，芦星，翟小伟，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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