一种地裂缝漏风监测模拟实验方法及实验装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及采矿工程实验技术领域，特别涉及一种地裂缝监测模拟实验方法及实验装置。本发明专利技术的实验方法，包括以下步骤：S1：根据目标地区的煤层结构建立实验模型；S2：对实验模型的底部进行加热，以模拟地下环境；S3：使实验模型的高度下降以模拟煤层开采的过程；S4：获取高度下降所引起的实验模型上表面产生的裂缝的温度数据，并根据温度数据判断裂缝是否漏风。本发明专利技术的实验方法通过对实验模型的底部进行加热以模拟地下温暖的环境，根据所获取的裂缝的温度数据可判断裂缝是否贯通至实验模型的底部并导致漏风，从而能更好地研究地裂缝演变的规律。的规律。的规律。

【技术实现步骤摘要】
一种地裂缝漏风监测模拟实验方法及实验装置


[0001]本专利技术涉及采矿工程实验
，特别涉及一种地裂缝漏风监测模拟实验方法及实验装置。

技术介绍

[0002]煤炭在我国能源结构中将长期占有主导地位。随着煤炭资源开发向西部转移，浅埋煤层高强度开采造成的地表沉陷和地裂缝严重，导致水土流失，造成生态环境加剧破坏。同时，西部矿区浅埋煤层采动地裂缝存在与采空区贯通的风险，导致采空区遗煤自然发火，威胁矿井生产安全。
[0003]近年来，地裂缝漏风监测主要为现场人工监测。由于采空区范围广阔、地形条件复杂，监测工作存在任务量大、周期长、监测效果滞后等问题，导致地裂缝隐患不能及时排除。相似模拟试验是采矿工程领域常用的、科学的、可靠的研究方法。相似模拟是在实验室内按相似原理制作模型，利用在模型上研究的结果，以推断原型中可能发生的现象和规律。相似模型是按照相似比将原型等比例缩放至实验室内，能够真实地模拟实际情况，结果可靠；相似模拟具有可重复性，可进行多次试验；此外，根据矿井地质资料进行实验室模拟，能够预测实际中可能发生的现象。
[0004]然而，现阶段国内外学者对用相似模拟来模拟地裂缝导致采空区漏风方面监测的研究非常少。国内专利文件CN108333291A中公开了一种模拟采空区自然发火的实验装置及试验方法，其仅描述了由于矿井通风系统漏风引起采空区自然发火的过程，而关于监测地裂缝造成大气和采空区漏风的实验方法和实验台还未出现。基于上述情况，亟需一种可靠的地裂缝监测模拟实验方法或实验装置，对煤矿高强度开采地裂缝漏风进行模拟监测，为现场工程实践提供参考依据。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种地裂缝漏风监测模拟实验方法及实验装置，用至少解决一个上述问题。
[0006]本专利技术的一方面提供一种地裂缝漏风监测模拟实验方法，包括以下步骤：
[0007]S1：根据目标地区的煤层结构建立实验模型；
[0008]S2：对所述实验模型的底部进行加热，以模拟地下环境；
[0009]S3：使所述实验模型的高度下降以模拟煤层开采的过程；
[0010]S4：获取高度下降所引起的所述实验模型上表面产生的裂缝的温度数据，并根据所述温度数据判断所述裂缝是否漏风。
[0011]在一个实施方式中，步骤S4包括以下子步骤：
[0012]通过红外拍摄装置获取实验模型上表面的红外图像，并根据预设的提取阈值从所述红外图像中的提取所述裂缝的温度数据，
[0013]根据所述温度数据判断所述裂缝是否贯通所述实验模型的内部而导致漏风。
[0014]在一个实施方式中，步骤S4包括以下子步骤：
[0015]通过红外拍摄装置获取实验模型上表面的红外图像，并确定初始红外裂隙提取阈值；
[0016]通过可见光拍摄装置获取实验模型上表面的可见光图像，从所述可见光图像中提取裂缝的位置数据；
[0017]根据获得的裂缝的位置数据校准初始红外裂隙提取阈值，并获得校准后的红外裂隙提取阈值；
[0018]根据校准后的红外裂隙提取阈值从所述红外图像中提取地表裂缝的温度数据；
[0019]根据所述温度数据判断所述裂缝是否贯通所述实验模型的内部而导致漏风。
[0020]在一个实施方式中，步骤S1包括以下步骤：
[0021]S10：在模型框架中设置加热层；
[0022]S11：在加热层上铺设底层模拟材料以模拟煤柱；
[0023]S12：在模拟煤柱的内部设置至少一组顶升装置以模拟煤层；
[0024]S13：使顶升装置的顶板升高至与底层模拟材料的顶部齐平；
[0025]S14：在所述顶升装置的顶板上和所述底层模拟材料的上表面上层层铺设第一模拟材料以模拟上覆岩层，直至达到预定的层数，以形成实验模型。
[0026]在一个实施方式中，步骤S14中，每铺设一层第一模拟材料，均在模型框架的四周增加一层挡板。
[0027]在一个实施方式中，步骤S10包括以下子步骤：
[0028]在模型框架的底座上铺设隔热材料作为隔热层；
[0029]在隔热层上铺设加热元件；
[0030]在加热元件上铺设第二模拟材料作为传热层；
[0031]在所述隔热层与所述传热层之间设置温度传感器，以测量所述传热层的温度；
[0032]其中，所述加热元件将热量传导至所述传热层，使传热层能够对实验模型的底部进行恒温加热。
[0033]在一个实施方式中，步骤S11包括以下子步骤：
[0034]在加热层上铺设内部中空的环形底层模拟材料；
[0035]在环形底层模拟材料的其中一侧设置开口以模拟煤柱；
[0036]其中，顶升装置的输出端和/或输入端从所述开口伸出。
[0037]在一个实施方式中，所述顶升装置包括千斤顶机构，所述千斤顶机构与液压机构相连，以实现提升和下降操作。
[0038]在一个实施方式中，步骤S3中通过控制系统控制顶升装置的顶板沿指定方向以指定速度下降，以模拟煤层开采的过程。
[0039]本专利技术的另一方面还提供一种地裂缝漏风监测模拟实验装置，包括：
[0040]根据目标地区的煤层结构建立的实验模型；
[0041]加热系统，其用于对所述实验模型的底部进行加热，以模拟地下环境；
[0042]控制系统，其用于使实验模型的高度下降以模拟煤层开采过程；以及
[0043]信息采集系统，其用于获取高度下降所引起的所述实验模型上产生的裂缝的温度数据。
[0044]在一个实施方式中，所述信息采集系统包括：安装支架和设置于所述安装支架上的红外拍摄装置；或者
[0045]所述信息采集系统包括：安装支架和设置于所述安装支架上的红外拍摄装置和可见光拍摄装置。
[0046]在一个实施方式中，所述控制系统控制所述实验模型中的顶升装置，以使实验模型的高度下降；
[0047]其中，所述顶升装置包括千斤顶机构，所述千斤顶机构与液压机构相连，所述控制系统与所述液压机构电连接，以控制所述千斤顶机构的提升和下降操作。
[0048]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本专利技术的实验方法和装置能够还原矿山地下煤炭开采过程中上覆岩层至地表的运动过程，更加真实地模拟煤炭开采引起地表变形和地裂缝的产生、发育过程，并且可以模拟地下温暖的环境以及模拟不同采深下的地温条件。通过对实验模型的底部进行加热，使模型内部的温度明显高于模型表面(上表面)的温度，因此，在模型表面出现的裂缝的内部温度就会大幅度提升，并且不同深度的裂缝在温度上具有明显的区别，根据所获取的裂缝的温度数据可判断裂缝是否漏风，从而能更好地研究地裂缝演变的规律。
附图说明
[0049]在下文中将基于实施例并参考附图来对本专利技术进行更详细的描述。
[0050]图1是本专利技术的方法流程图；
[0051]图2是本专利技术的装置的整体结构示意图；
[0052]图3是本专利技术的模型框架的结构示意图；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种地裂缝漏风监测模拟实验方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：根据目标地区的煤层结构建立实验模型；S2：对所述实验模型的底部进行加热，以模拟地下环境；S3：使所述实验模型的高度下降以模拟煤层开采的过程；S4：获取高度下降所引起的所述实验模型上表面产生的裂缝的温度数据，并根据所述温度数据判断所述裂缝是否漏风。2.根据权利要求1所述的实验方法，其特征在于，步骤S4包括以下子步骤：通过红外拍摄装置获取实验模型上表面的红外图像，并根据预设的提取阈值从所述红外图像中的提取所述裂缝的温度数据，根据所述温度数据判断所述裂缝是否贯通所述实验模型的内部而导致漏风。3.根据权利要求1所述的实验方法，其特征在于，步骤S4包括以下子步骤：通过红外拍摄装置获取实验模型上表面的红外图像，并确定初始红外裂隙提取阈值；通过可见光拍摄装置获取实验模型上表面的可见光图像，从所述可见光图像中提取裂缝的位置数据；根据获得的裂缝的位置数据校准初始红外裂隙提取阈值，并获得校准后的红外裂隙提取阈值；根据校准后的红外裂隙提取阈值从所述红外图像中提取地表裂缝的温度数据；根据所述温度数据判断所述裂缝是否贯通所述实验模型的内部而导致漏风。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的实验方法，其特征在于，步骤S1包括以下步骤：S10：在模型框架中设置加热层；S11：在加热层上铺设底层模拟材料以模拟煤柱；S12：在模拟煤柱的内部设置至少一组顶升装置以模拟煤层；S13：使顶升装置的顶板升高至与底层模拟材料的顶部齐平；S14：在所述顶升装置的顶板上和所述底层模拟材料的上表面上层层铺设第一模拟材料以模拟上覆岩层，直至达到预定的层数，以形成实验模型。5.根据权利要求4中所述的实验方法，其特征在于，步骤S14中，每铺设一层第一模拟材料，均在模型框架的四周增加一层挡板。6.根据权利要求4所述的实验方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张凯，张村，赵毅鑫，李全生，何祥，孙波，杨英明，
申请(专利权)人：北京低碳清洁能源研究院国家能源投资集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：