一种矿井煤与瓦斯共采复合灾害模拟试验系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种矿井煤与瓦斯共采复合灾害模拟试验系统及方法，通过改变模拟采空区箱体各个填充区域、抽采巷道和钻孔的布设方式，从而使得模拟采空区箱体内部的地质分布更贴近实际矿井采空区；采用设有多个子气室的瓦斯释放气室模拟不同区域的瓦斯涌出量，从而使得后续通风情况、瓦斯释放状态和瓦斯抽采情况更贴近实际矿井采空区；试验时通过气体浓度及温度自动采集系统实时获取各个综合测点的监测数据，计算机根据监测数据进行分析处理最终能获取不同煤与瓦斯共采工作面在不同煤质、不同抽采工况、不同通风工况及是否发生煤自燃情况下的温度分布变化及气体浓度分布变化规律，为后续研究灾害发展演化规律和提高防治手段效率提供数据支撑。效率提供数据支撑。效率提供数据支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种矿井煤与瓦斯共采复合灾害模拟试验系统及方法


[0001]本专利技术涉及煤矿安全领域，特别是一种矿井煤与瓦斯共采复合灾害模拟试验系统及方法。

技术介绍

[0002]煤炭作为我国一次能源消费的主体，在我国能源结构中的战略地位十分重要，而煤层气也是重要的清洁能源。因此实现煤炭资源与煤层气的协同高效开采，对于提高矿区的资源开发利用水平、减少温室气体排放和防治煤自燃与瓦斯复合灾害具有重要意义。
[0003]但在采用煤与瓦斯共采的资源开发模式过程中，随着开采强度和深度的不断增加，煤层中的瓦斯含量和瓦斯压力呈持续上升趋势，同时地温梯度也急剧增大。因此，大量原本瓦斯含量较低的浅部矿井不可避免地转化为高瓦斯矿井，甚至演变为煤与瓦斯突出矿井；这同时也导致了煤层自燃的可能性增大，甚至有些不易自燃煤层变得容易自燃，同时瓦斯与煤自燃的灾害也会相互交织共生，形成了一种煤自燃与瓦斯灾害伴生的复合灾害，对矿井的安全生产构成了严重威胁。
[0004]为此，急需开展煤与瓦斯共采在不同工况条件下的煤自燃与瓦斯复合灾害的发生、发展规律及防治方法的研究。但目前相关的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种矿井煤与瓦斯共采复合灾害模拟试验系统，其特征在于，包括模拟采煤工作面系统、模拟采空区箱体、模拟瓦斯抽采系统、模拟瓦斯释放系统、气体浓度及温度自动采集系统和计算机；所述模拟采空区箱体一侧开设进风口和回风口，模拟采空区箱体内部从上至下依次设有裂隙带块状填充区域、冒落带沙石填充区域和遗煤填充区域，且遗煤填充区域处于模拟采空区箱体底部，用于模拟采空区各个区域的地质情况；在冒落带沙石填充区域内设有模拟火区，用于模拟采空区煤自燃的情况；所述模拟采煤工作面系统包括模拟进风巷道、模拟回风巷道和模拟采煤工作面，其中模拟采煤工作面固定在模拟采空区箱体一侧，模拟进风巷道一端和模拟回风巷道一端分别与进风口和回风口连通，微型轴流风机通过管路与模拟进风巷道另一端连通，用于通过模拟进风巷道控制模拟采空区箱体内部的风场情况；所述模拟瓦斯抽采系统包括内错抽采巷道、高位抽采巷道、高位定向长钻孔、高位钻孔以及瓦斯抽采负压源；内错抽采巷道、高位抽采巷道、高位定向长钻孔和高位钻孔均布设在模拟采空区箱体内，且内错抽采巷道一端和高位抽采巷道一端均伸出模拟采空区箱体与处于外部的瓦斯抽采负压源连接，使瓦斯抽采负压源通过内错抽采巷道和高位抽采巷道对模拟采空区箱体内部进行瓦斯抽采；所述模拟瓦斯释放系统包括瓦斯气瓶和瓦斯释放气室，瓦斯气瓶通过气体释放管路与瓦斯释放气室连通，瓦斯释放气室装在模拟采空区箱体下部，且瓦斯释放气室与模拟采空区箱体之间设有多个气体释放通孔，瓦斯释放气室通过多个气体释放通孔与模拟采空区箱体内部连通，用于向模拟采空区箱体内释放瓦斯气体；所述气体浓度及温度自动采集系统包括气样分析及温度采集装置和多个气体浓度及温度综合测点，多个气体浓度及温度综合测点呈多排分布在模拟采空区箱体内，每个气体浓度及温度综合测点均设有气样采集头和温度传感器，其中各个气样采集头通过气样传送管路将各自的气样传递给气样分析及温度采集装置，各个温度传感器通过数据线将各自的温度数据传递给气样分析及温度采集装置，气样分析及温度采集装置对各个气体浓度及温度综合测点采集的气样及温度进行分析处理后获得各个气体浓度及温度综合测点的实时气体成分、气体浓度及温度数据；所述计算机与气样分析及温度采集装置连接，用于接收气样分析及温度采集装置反馈的各个气体浓度及温度综合测点的实时气体成分、气体浓度及温度数据。2.根据权利要求1所述矿井煤与瓦斯共采复合灾害模拟试验系统，其特征在于，所述模拟采空区箱体包括刚性支撑框架和透明可视化外壳，透明可视化外壳覆盖在刚性支撑框架外部，所述刚性支撑框架由多个钢质横梁和钢质纵梁纵横交错固定组成。3.根据权利要求1所述矿井煤与瓦斯共采复合灾害模拟试验系统，其特征在于，所述模拟火区布设在为带有孔洞的不锈钢炉体，不锈钢炉体内部用于盛放燃烧的煤颗粒或煤块，以实现对采空区火区燃烧状态和遗煤燃烧产气状态的模拟。4.根据权利要求1所述矿井煤与瓦斯共采复合灾害模拟试验系统，其特征在于，所述瓦斯释放气室内部共划分成五个相互独立的子气室，用于对模拟采空区箱体内部不同区域的瓦斯释放速率进行调节。5.根据权利要求1所述矿井煤与瓦斯共采复合灾害模拟试验系统，其特征在于，所述裂
隙带块状填充区域和冒落带沙石填充区域之间设有过度区域，过度区域采用粒径为3～7cm的石子填充；所述裂隙带块状填充区域采用耐火砖块填充，用于模拟裂隙带的实际状态。6.根据权利要求1所述矿井煤与瓦斯共采复合灾害模拟试验系统，其特征在于，所述模拟采空区主箱体内部布设挡板和实心砖块，用于模拟采空区岩层移动角的状态。7.根据权利要求1所述矿井煤与瓦斯共采复合灾害模拟试验系统，其特征在于，所述模拟采空区主箱体的顶板为可开启顶盖。8.根据权利要求1所述矿井煤与瓦斯共采复合灾害模拟试验系统，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：马东，罗中正，秦波涛，解庆典，许正强，徐桂武，田思雨，周齐庚，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：