煤矿采空区内低温氮气运移规律模拟实验平台制造技术

本实用新型专利技术公开了一种煤矿采空区内低温氮气运移规律模拟实验平台，包括模拟采空区、模拟采煤工作台、模拟通风系统、注氮系统、加热系统和温度监控系统。本实用新型专利技术通过在实验室搭建物理相似模型开展在不同情况下，研究低温氮气在采空区内的运移规律。能够模拟不同采空区倾角、不同松散介质渗透率、不同通风环境、不同低温氮气注入位置和参数条件下低温氮气的运移规律以及热置换区域大小变化。本实用新型专利技术可以解决当前由于没有相应的模拟实验平台，导致低温氮气在采空区内的运移规律、热置换效率以及热置换盲区缺乏研究的问题，可以为现场施工最佳注入位置及低温氮气注入参数提供设计依据。

Simulation experiment platform of low temperature nitrogen migration in goaf of coal mine

【技术实现步骤摘要】
煤矿采空区内低温氮气运移规律模拟实验平台
本技术属于煤矿采空区自燃治理研究的实验装置
，尤其是涉及一种煤矿采空区内低温氮气运移规律模拟实验平台。
技术介绍
我国煤矿煤炭自然发火事故十分严重，全国煤矿中有56％的矿井存在煤层自然发火危险，其中厚煤层开采自然发火更为严重。采空区自燃发生时，受制于煤矿工作面作业空间和监测手段的影响，当前还无法实现采空区深部高温自燃点的准确探测。当前国内外主要使用的采空区自燃治理方法有：注水灌浆、惰性气体、均压防灭火、凝胶灭火、泡沫灭火等，以上技术对于治理煤自燃发挥了重要作用，但是由于采空区自燃点位置判定困难，除惰性气体外的其它火区治理方法很难直接作用于发火区域。然而，惰性气体由于良好的流动性和扩散性既容易作用于高温发火区域也容易扩散流失，致使非连续注惰所产生的窒息作用对于遗煤自燃的治理作用有限，目前普遍使用低温惰性气体，其中低温氮气是当前经常使用的一种方法。但是，由于采空区内充满垮落岩石，人员无法进行观测，也没有相应的模拟实验平台对其进行研究，所以，当前关于低温氮气在采空区内的运移规律、热置换效率以及热置换盲区缺乏研究，给煤矿采空区自燃治理带来了一定困难。
技术实现思路
有鉴于此，本技术旨在提出一种煤矿采空区内低温氮气运移规律模拟实验平台，以解决当前由于没有相应的模拟实验平台，导致低温氮气在采空区内的运移规律、热置换效率以及热置换盲区缺乏研究的问题。为达到上述目的，本技术的技术方案是这样实现的：煤矿采空区内低温氮气运移规律模拟实验平台，包括模拟采空区、模拟采煤工作台、模拟通风系统、温度监控系统、加热系统、注氮系统和角度调节机构；其中，模拟采空区为一个由隔热保温板组装而成的长方体结构，模拟采空区内填充鹅卵石作为松散填充介质，模拟采煤工作台固接在模拟采空区的前侧底部，模拟采煤工作台为一个由隔热保温板组装而成的长方体结构，并且模拟采煤工作台与模拟采空区内部相通；模拟采空区与角度调节机构相连接，且角度调节机构用于调节模拟采空区的倾斜角度；模拟通风系统包括进风管、回风管和一个风机，其中，风机采用离心风机，进风管和回风管分别插接在模拟采煤工作台的前侧面的两端，进风管和回风管上安装有阀门，回风管入口连接风机；注氮系统包括多根分别插接在模拟采空区不同位置处的注氮管；加热系统包括一个电加热板，电加热板设置在模拟采空区底部中央；温度监控系统包含若干温度传感器和一个数据采集卡，温度传感器通过导线连接至数据采集卡，数据采集卡通过数据线与计算机中的通讯软件进行数据传输。进一步地，模拟采煤工作台与模拟采空区相接的位置采用连接孔板作为分隔，连接孔板为一块布满通孔的金属板。进一步地，加热系统中还设置了辅助加热装置；辅助加热装置包括四根热风管和四个电热风枪；四根热风管均布插接在模拟采空区的后侧面上，每根热风管上设有蝶阀且在每根热风管附近安装一个电热风枪，电热风枪的喷口对准热风管入口。进一步地，注氮系统包括六根注氮管，六根注氮管分别插接在模拟采空区上不同的位置，其中，一号注氮管设置在回风管内且穿过模拟采煤工作台，插接在模拟采空区前侧面底部的一侧，二号注氮管设置在进风管内且穿过模拟采煤工作台，插接在模拟采空区前侧面底部的另一侧，三号注氮管插接在模拟采空区的顶面中央，四号注氮管插接在模拟采空区顶面前侧的其中一个顶角附近，五号注氮管插接在模拟采空区顶面前侧的中间位置，六号注氮管插接在模拟采空区顶面前侧的另外一个顶角附近。进一步地，角度调节机构包括一个悬吊支架，模拟采空区悬吊在该悬吊支架上；其中，模拟采空区顶面的四个顶角附近分别安装四个吊环，每个吊环连接一个起重葫芦，起重葫芦安装在悬吊支架上，且起重葫芦的锁链长度可以调节。进一步地，温度监控系统中的温度传感器分布在模拟采煤工作台和模拟采空区中的不同位置；其中，在模拟采煤工作台中布置有5个排成一排且均布排列的温度传感器，在模拟采空区前半部分空间内布置有2排温度传感器，每一排设有5组温度传感器，每一组设有3个位于同一条竖直线上的温度传感器，这3个温度传感器分别位于模拟采空区的底部、中间和顶部。进一步地，在模拟采空区内，离注氮点越近温度传感器布置越密集；在模拟采空区内设有2排5列温度传感器，当选择注氮点为一号注氮管、二号注氮管、四号注氮管和六号注氮管的其中一个时，以离注氮点最近的一列温度传感器与注氮点之间的垂直距离为基数，之后，较远一列温度传感器与前一列温度传感器之间的距离呈等比数列增加；当选择注氮点为三号注氮管或五号注氮管时，温度传感器对称分布在注氮点的两侧，对注氮点任一侧的温度传感器的布置同样采用上述方式：即以离注氮点最近的一列温度传感器与注氮点之间的垂直距离为基数，之后，较远一列温度传感器与前一列温度传感器之间的距离呈等比数列增加。相对于现有技术，本技术具有以下优势：本技术所述的煤矿采空区内低温氮气运移规律模拟实验平台，弥补现有技术存在的空白，通过在实验室搭建物理相似模型开展在不同情况下，研究低温氮气在采空区内的运移规律。能够模拟不同采空区倾角、不同松散介质渗透率、不同通风环境、不同低温氮气注入位置和参数条件下低温氮气的运移规律以及热置换区域大小变化。本技术可以解决当前由于没有相应的模拟实验平台，导致低温氮气在采空区内的运移规律、热置换效率以及热置换盲区缺乏研究的问题，可以为现场施工最佳注入位置及低温氮气注入参数提供设计依据。附图说明图1为本技术的结构示意图；图2为温度传感器在模拟采空区内的分布示意图；图3为图1中A部分的放大示意图；图4为模拟采空区在悬吊支架中的安装示意图；图5为计算低温氮气置换速度时采用的数据分析示意图。附图标记说明：1-模拟采空区；11-电加热板；12-热风管；2-模拟采煤工作台；3-连接孔板；41-回风管；42-进风管；5-风机；61-一号注氮管；62-二号注氮管；63-三号注氮管；64-四号注氮管；65-五号注氮管；66-六号注氮管；7-温度传感器；8-悬吊支架；9-起重葫芦。具体实施方式下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。如图1-4所示，煤矿采空区内低温氮气运移规律模拟实验平台，包括模拟采空区1、模拟采煤工作台2、模拟通风系统、温度监控系统、加热系统、注氮系统和角度调节机构。其中，模拟采空区1为一个由隔热保温板组装而成的长方体结构，该长方体结构台长1000mm，高600mm，模拟采空区1内填充鹅卵石作为松散填充介质，模拟采煤工作台2固接在模拟采空区1的前侧底部，模拟采煤工作台2为一个由隔热保温板组装而成的长方体结构，并且模拟采煤工作台2与模拟采空区1内部相通，在两者相接的位置采用连接孔板3作为分隔，连接孔板3上布满若干通孔。在该实验平台中设置有模拟通风系统，用于模拟煤矿采空区的通风环境，具体地，模拟采煤工作台2的前侧面的两端分别插接进风管42和回风管41，回风管41入口连接有一个风机5，且风机5采用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.煤矿采空区内低温氮气运移规律模拟实验平台，其特征在于：包括模拟采空区、模拟采煤工作台、模拟通风系统、注氮系统、加热系统、温度监控系统和角度调节机构；/n所述模拟采空区为一个由隔热保温板组装而成的长方体结构，模拟采空区内填充鹅卵石，模拟采煤工作台固接在模拟采空区的前侧底部，模拟采煤工作台也为一个由隔热保温板组装而成的长方体结构，并且模拟采煤工作台与模拟采空区内部相通；/n所述模拟采煤工作台包括进风管和回风管，进风管和回风管分别插接在模拟采煤工作台的前侧面的两端，进风管和回风管上安装有阀门，回风管入口连接风机；/n所述注氮系统包括多根分别插接在模拟采空区不同位置处的注氮管；/n所述加热系统包括电加热板和辅助加热装置，电加热板安装在模拟采空区底部中央，辅助加热装置包括四个热风管，所述四个热风管均插接在模拟采空区的后侧面上，在每根热风管附近安装一个电热风枪，电热风枪的喷口对准热风管入口；/n所述温度监控系统包括若干个温度传感器和一个数据采集卡，部分温度传感器安装在模拟采煤工作台中，其余部分温度传感器安装在模拟通风系统中，每一个温度传感器均通过导线与数据采集卡连接；/n所述角度调节机构包括悬吊支架、起重葫芦和吊环，所述吊环共设置四个，分别安装在模拟采空区顶面的四个顶角处，每个吊环连接一个起重葫芦，起重葫芦安装在悬吊支架上。/n...

【技术特征摘要】
20180918 CN 20182152388531.煤矿采空区内低温氮气运移规律模拟实验平台，其特征在于：包括模拟采空区、模拟采煤工作台、模拟通风系统、注氮系统、加热系统、温度监控系统和角度调节机构；
所述模拟采空区为一个由隔热保温板组装而成的长方体结构，模拟采空区内填充鹅卵石，模拟采煤工作台固接在模拟采空区的前侧底部，模拟采煤工作台也为一个由隔热保温板组装而成的长方体结构，并且模拟采煤工作台与模拟采空区内部相通；
所述模拟采煤工作台包括进风管和回风管，进风管和回风管分别插接在模拟采煤工作台的前侧面的两端，进风管和回风管上安装有阀门，回风管入口连接风机；
所述注氮系统包括多根分别插接在模拟采空区不同位置处的注氮管；
所述加热系统包括电加热板和辅助加热装置，电加热板安装在模拟采空区底部中央，辅助加热装置包括四个热风管，所述四个热风管均插接在模拟采空区的后侧面上，在每根热风管附近安装一个电热风枪，电热风枪的喷口对准热风管入口；<...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷柏伟，张洋，李鹤松，李珂，苟宝洋，华明国，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：新型
国别省市：北京;11