一种模拟瓦斯与煤自燃共生灾害的试验装置及工作方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种模拟瓦斯与煤自燃共生灾害的试验装置及工作方法，包括模拟系统、瓦斯运移系统和监测分析系统，模拟系统用于模拟工作面、巷道及通风系统，瓦斯运移系统用于向模拟工作面注入瓦斯，使其达到一定瓦斯浓度后，开启并调节通风系统，使模拟管道在不同时间段内处于不同的通风气流量；然后监测分析系统能实时检测处于不同的通风气流量情况下，模拟工作面各个区域的瓦斯浓度及温度变化情况，由于已知瓦斯与煤自燃共生灾害易发区域所需的瓦斯浓度及温度，因此根据其变化情况，能拟合出处于不同气流量时整个模拟工作面的瓦斯与煤自燃共生灾害易发区域的分布变化情况。最终该分布变化情况能为防止煤矿发生瓦斯与煤自燃共生灾害提供数据支撑。

An experimental device and working method to simulate the co occurrence disaster of gas and coal spontaneous combustion

【技术实现步骤摘要】
一种模拟瓦斯与煤自燃共生灾害的试验装置及工作方法
本专利技术涉及一种试验装置及工作方法，具体是一种模拟瓦斯与煤自燃共生灾害的试验装置及工作方法。
技术介绍
目前我国的浅部煤炭资源已接近枯竭，许多煤矿已开始进入深部开采，开采深度可达800～1500m，随着开采深度的增加，煤层瓦斯含量和瓦斯压力不断增高，地温梯度急剧增大，大量浅部低瓦斯矿井升级为高瓦斯矿井甚至是煤与瓦斯突出矿井，不易自燃煤层转变成自燃甚至容易自燃煤层，导致瓦斯与煤自燃灾害交织共生，灾害风险不断增大，煤矿安全生产形势愈加严峻。瓦斯与煤自燃共生重大灾害的发生会造成严重损失，因此要对瓦斯与煤自燃共生灾害进行防治，目前许多学者提出了一些防治方法，例如公开号为：CN106014480A的中国专利技术专利，其利用注浆和瓦斯抽采的方法对单一厚煤层综放工作面瓦斯与煤自燃协同治理和公开号为：CN104775849A的中国专利技术专利，其利用建立监测基站配合采场气体取样仪监测煤矿采场瓦斯与煤自燃耦合灾害，均对瓦斯与煤自燃共生灾害的研究起到一定作用，但是并没有对瓦斯与煤自燃共生灾害的影响因素进行有效的研究。目前已知的情况是煤在一定的风量和瓦斯浓度的影响下，不断蓄热升温，进而发生煤自燃，然后引爆瓦斯，最终导致瓦斯爆炸。反过来，瓦斯浓度过高将会抑制煤自然氧化反应，但是会因为瓦斯压力过大引起煤岩突出事故，因此矿井均具有井下通风系统，井下通风可以有效降低瓦斯浓度，但可能加速煤自然氧化反应。由此可知，瓦斯与煤自燃共生灾害是多尺度、多时度和多物理过程耦合作用的结果，温度场、煤岩裂隙场、传质场、煤-氧反应场的危险交汇区域是瓦斯与煤自燃共生灾害易发区域。因此如何模拟多种因素耦合产生瓦斯与煤自燃共生灾害易发区域，从而实现各个因素变化情况对产生共生灾害易发区域的影响进行研究，最终为煤矿内通风情况、温度变化及瓦斯浓度调节降低产生瓦斯与煤自燃共生灾害易发区域起到数据支撑；是本行业亟需解决的问题。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种模拟瓦斯与煤自燃共生灾害的试验装置及工作方法，能模拟工作面处于不同通风情况下温度及瓦斯浓度在工作面不同位置的变化情况，进而得出工作面的瓦斯与煤自燃共生灾害易发区域的分布变化情况；为防止煤矿发生瓦斯与煤自燃共生灾害提供数据支撑。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种模拟瓦斯与煤自燃共生灾害的试验装置，包括模拟系统、瓦斯运移系统和监测分析系统；所述模拟系统包括模拟巷道、模拟工作面和通风系统，模拟工作面采用多个多孔隔板围成矩形、且模拟工作面内部采用多孔隔板均匀分隔成多个监测区域Ⅰ；每个监测区域Ⅰ上部均由亚克力板覆盖；模拟巷道将模拟工作面的三个侧面包围；通风系统包括进风管、通风管路和风机，进风管一端与模拟巷道一端连通，进风管上装有流量计Ⅰ和阀门Ⅰ；通风管路一端与模拟巷道一端连通、通风管路另一端设有出风口，通风管路上装有风机和阀门Ⅱ；每个监测区域Ⅰ内划分成多个形状相同的监测区域Ⅱ；所述瓦斯运移系统包括瓦斯瓶、瓦斯主管道和多个瓦斯支管路，多个瓦斯支管路均匀分布在模拟工作面内、且均与瓦斯主管道一端连通，瓦斯主管道另一端与瓦斯瓶连通，瓦斯主管道上装有阀门Ⅲ和流量计Ⅱ；每个瓦斯支管路均装有多个瓦斯排入管、且各个瓦斯排入管一端分别与各个监测区域Ⅱ连通，瓦斯排入管上均装有阀门Ⅳ；所述监测分析系统包括信息处理装置和气样管路网，气样管路网由多个气样支管路均匀分布在模拟工作面内且相互连通组成；每个监测区域Ⅱ内均设有取样管和温度检测探头，每个取样管通过软管分别与气样支管路连通，在每个软管与气样支管路连接处均装有瓦斯传感器；流量计Ⅰ、各个瓦斯传感器和各个温度检测探头均通过数据线与信息处理装置电连接。进一步，所述监测区域Ⅰ下部均设有卸料阀门。设置卸料阀门，方便试验结束后煤样的取出。进一步，所述多孔隔板孔径为2cm，孔间距为2cm，材质为耐高温材料。采用这种尺寸，能保证多孔隔板对气体的渗透性，同时具有较好的支撑性。进一步，所述信息处理装置为超级计算机。采用超级计算机能加快数据处理的速度，保证得出的瓦斯与煤自燃共生灾害易发区域的分布变化情况精确性。优选的，所述阀门Ⅰ、阀门Ⅱ、阀门Ⅲ和阀门Ⅳ均为电控式阀门。采用电控式能快速实现对各个不同阀门的开闭及开度的控制。优选的，所述取样管的侧壁开设多个取样孔。采用这种结构能便于取样管对监测区域Ⅱ内采集瓦斯。一种模拟瓦斯与煤自燃共生灾害的试验装置工作方法，具体步骤为：A、先从所需模拟煤矿中采集煤体，然后将该煤体加工成多个形状相同的煤样；B、在各个监测区域Ⅰ内分别放置一个煤样，并各自盖上亚克力板；然后依次对各个监测区域Ⅱ编号后存储在信息处理装置内；C、使阀门Ⅲ完全打开和各个阀门Ⅳ半开，瓦斯瓶内的瓦斯依次经过瓦斯主管道、瓦斯支管路和瓦斯排入管，分别注入各个监测区域Ⅱ内，流量计Ⅱ实时监测注入的总瓦斯流量，此时各个瓦斯传感器通过取样管实时检测各个监测区域Ⅱ内的瓦斯浓度，并将检测数据反馈给信息处理装置，信息处理装置获取各个监测区域Ⅱ内的实时瓦斯浓度，并计算出各个监测区域Ⅱ内实时瓦斯浓度平均值，然后通过控制各个阀门Ⅳ的开度调节进入各个监测区域Ⅱ内的瓦斯量，若该监测区域Ⅱ内的实时瓦斯浓度高于平均值，则减小该监测区域Ⅱ对应的阀门Ⅳ开度，若该监测区域Ⅱ内的实时瓦斯浓度低于平均值，则增大该监测区域Ⅱ对应的阀门Ⅳ开度；若该监测区域Ⅱ内的实时瓦斯浓度等于平均值，则保持该监测区域Ⅱ对应的阀门Ⅳ开度；如此实时检测及调节，直至使各个监测区域Ⅱ内实时瓦斯浓度相同后，关闭阀门Ⅲ和各个阀门Ⅳ；D、使阀门Ⅰ和阀门Ⅱ半开，并开启风机对通风管路抽风，使模拟巷道形成负压，外部空气经过进风管进入模拟巷道内，外部空气流过模拟巷道后经通风管路和风机从出风口排出，外部空气在模拟巷道内流动过程中会与模拟工作面形成热交换，并有部分空气透过多孔隔板进入模拟工作面内；持续设定时间后，调节阀门Ⅰ和阀门Ⅱ的开度，继续向模拟巷道内注入空气，如此进行多次调节；直至达到通风设定总时间后关闭风机、阀门Ⅰ和阀门Ⅱ；流量计Ⅰ实时监测进入模拟巷道的外部空气流量并反馈给信息处理装置；E、从风机启动开始直至风机停止，各个温度检测探头和各个瓦斯传感器实时采集各个监测区域Ⅱ内的温度值及瓦斯浓度值，并反馈给信息处理装置进行处理；信息处理装置结合流量计Ⅰ和各个监测区域Ⅱ内的温度值及瓦斯浓度值，得出模拟巷道处于不同气流量时各个监测区域Ⅱ内的温度变化情况及瓦斯浓度变化情况，由于已知瓦斯与煤自燃共生灾害易发区域所需的瓦斯浓度范围及温度范围，从而根据变化情况得出各个监测区域Ⅱ实时是否为瓦斯与煤自燃共生灾害易发区域；然后根据各个监测区域Ⅱ编号排列，拟合出处于不同气流量时整个模拟工作面的瓦斯与煤自燃共生灾害易发区域的分布变化情况；F、试验完成后，打开卸料阀门，将各个煤样从各个监测区域Ⅰ内卸出。与现有技术相比，本专利技术采用模拟系统、瓦斯运移系统和监测分析系统相结合方式，模拟系统用于模拟工作面、巷道及通风系统，瓦斯运移系统用于向模拟工本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模拟瓦斯与煤自燃共生灾害的试验装置，其特征在于，包括模拟系统(1)、瓦斯运移系统和监测分析系统；/n所述模拟系统包括模拟巷道(3)、模拟工作面(2)和通风系统，模拟工作面(2)采用多个多孔隔板(5)围成矩形、且模拟工作面(2)内部采用多孔隔板(5)均匀分隔成多个监测区域Ⅰ；每个监测区域Ⅰ上部均由亚克力板覆盖；模拟巷道(3)将模拟工作面(2)的三个侧面包围；通风系统包括进风管(6)、通风管路(9)和风机(11)，进风管(6)一端与模拟巷道(3)一端连通，进风管(6)上装有流量计Ⅰ(7)和阀门Ⅰ(8)；通风管路(9)一端与模拟巷道(3)一端连通、通风管路(9)另一端设有出风口(12)，通风管路(9)上装有风机(11)和阀门Ⅱ(10)；每个监测区域Ⅰ内划分成多个形状相同的监测区域Ⅱ；/n所述瓦斯运移系统包括瓦斯瓶(18)、瓦斯主管道和多个瓦斯支管路(19)，多个瓦斯支管路(19)均匀分布在模拟工作面(2)内、且均与瓦斯主管道一端连通，瓦斯主管道另一端与瓦斯瓶(18)连通，瓦斯主管道上装有阀门Ⅲ(16)和流量计Ⅱ(17)；每个瓦斯支管路(19)均装有多个瓦斯排入管(14)、且各个瓦斯排入管(14)一端分别与各个监测区域Ⅱ连通，瓦斯排入管上均装有阀门Ⅳ(22)；/n所述监测分析系统包括信息处理装置(13)和气样管路网，气样管路网由多个气样支管路(20)均匀分布在模拟工作面(2)内且相互连通组成；每个监测区域Ⅱ内均设有取样管(15)和温度检测探头(24)，每个取样管(15)通过软管(23)分别与气样支管路(20)连通，在每个软管(23)与气样支管路(20)连接处均装有瓦斯传感器(21)；流量计Ⅰ(7)、各个瓦斯传感器(21)和各个温度检测探头(24)均通过数据线与信息处理装置(13)电连接。/n...

【技术特征摘要】
1.一种模拟瓦斯与煤自燃共生灾害的试验装置，其特征在于，包括模拟系统(1)、瓦斯运移系统和监测分析系统；
所述模拟系统包括模拟巷道(3)、模拟工作面(2)和通风系统，模拟工作面(2)采用多个多孔隔板(5)围成矩形、且模拟工作面(2)内部采用多孔隔板(5)均匀分隔成多个监测区域Ⅰ；每个监测区域Ⅰ上部均由亚克力板覆盖；模拟巷道(3)将模拟工作面(2)的三个侧面包围；通风系统包括进风管(6)、通风管路(9)和风机(11)，进风管(6)一端与模拟巷道(3)一端连通，进风管(6)上装有流量计Ⅰ(7)和阀门Ⅰ(8)；通风管路(9)一端与模拟巷道(3)一端连通、通风管路(9)另一端设有出风口(12)，通风管路(9)上装有风机(11)和阀门Ⅱ(10)；每个监测区域Ⅰ内划分成多个形状相同的监测区域Ⅱ；
所述瓦斯运移系统包括瓦斯瓶(18)、瓦斯主管道和多个瓦斯支管路(19)，多个瓦斯支管路(19)均匀分布在模拟工作面(2)内、且均与瓦斯主管道一端连通，瓦斯主管道另一端与瓦斯瓶(18)连通，瓦斯主管道上装有阀门Ⅲ(16)和流量计Ⅱ(17)；每个瓦斯支管路(19)均装有多个瓦斯排入管(14)、且各个瓦斯排入管(14)一端分别与各个监测区域Ⅱ连通，瓦斯排入管上均装有阀门Ⅳ(22)；
所述监测分析系统包括信息处理装置(13)和气样管路网，气样管路网由多个气样支管路(20)均匀分布在模拟工作面(2)内且相互连通组成；每个监测区域Ⅱ内均设有取样管(15)和温度检测探头(24)，每个取样管(15)通过软管(23)分别与气样支管路(20)连通，在每个软管(23)与气样支管路(20)连接处均装有瓦斯传感器(21)；流量计Ⅰ(7)、各个瓦斯传感器(21)和各个温度检测探头(24)均通过数据线与信息处理装置(13)电连接。


2.根据权利要求1所述的一种模拟瓦斯与煤自燃共生灾害的试验装置，其特征在于，所述监测区域Ⅰ下部均设有卸料阀门(4)。


3.根据权利要求1所述的一种模拟瓦斯与煤自燃共生灾害的试验装置，其特征在于，所述多孔隔板(5)孔径为2cm，孔间距为2cm，材质为耐高温材料。


4.根据权利要求1所述的一种模拟瓦斯与煤自燃共生灾害的试验装置，其特征在于，所述信息处理装置(13)为超级计算机。


5.根据权利要求1所述的一种模拟瓦斯与煤自燃共生灾害的试验装置，其特征在于，所述阀门Ⅰ(8)、阀门Ⅱ(10)、阀门Ⅲ(16)和阀门Ⅳ(22)均为电控式阀门。


6.根据权利要求1所述的一种模拟瓦斯与煤自燃共生灾害的试验装置，其特征在于，所述取样管(15)的侧壁开设多个取样孔。


7.一种根据权利要求1所述模拟瓦斯与煤自燃共生...

【专利技术属性】
技术研发人员：施式亮，鲁义，吴宽，晏志宏，谷旺鑫，曾明圣，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43