一种煤矿采空区浮煤自燃仿真模拟装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术披露了一种煤矿采空区浮煤自燃仿真模拟装置。该仿真模拟装置包括仿真炉体、压力控制装置、气样检测系统以及控制系统；其中，所述仿真炉体在压力保持装置的辅助下仿真模拟煤矿采空区自然发火的环境条件：采空区浮煤条件（将采空区空间自上而下分为：矸石带、混合带和浮煤带）和矿压分布，控制系统对仿真炉体的温度、供风以及风温进行控制，然后由气样检测系统对仿真炉体内的气体温度、气体类别以及浓度进行检测及分析。本实用新型专利技术真实地模拟采空区遗煤的自燃发展情况，用较小的代价和成本实现了复杂环境条件的实验再现。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种仿真模拟装置，尤其是一种煤矿采空区浮煤自燃仿真模拟装置。
技术介绍
煤矿采空区遗煤的自燃是一个十分复杂的过程，其影响因素众多。采空区遗煤的 自燃不仅与煤自身的变质程度、氧化放热特性、耗氧速度等自然本质特性有关，还与浮煤的 粒度、采空区的空隙率、漏风强度、浮煤厚度分布、浮煤在采空区中的空间位置、采空区内矿 压的分布等空间特性有关。采空区内浮煤自燃的实际情况为大量松散煤体同时接受漏风供氧，一起发生氧 化放热。在散热带内，煤体散热条件好，煤体自燃产生的热量被漏风带走，不易造成热量积 聚，不具备煤体进一步氧化所需要的热量，煤的低温氧化只能维持在较低的程度，因此，不 会发生自燃。在可能自燃带内，由于煤体不断地消耗氧气，漏风风流中的氧气有所降低，但是仍 高于煤自燃的下限氧浓度，氧化反应能够正常进行，并且氧化反应产生的热量不易被带走， 使煤的氧化反应能够继续发展，化学反应加剧，产生的热量增多，煤体温度不断升高，最终 导致煤的自然发火。在窒息带内，风流从漏风源处渗透到该区时，漏风量很小且风流中的氧浓度已经 很低，煤自身的氧化速度减慢，产生的热量很少，不足以维持煤的继续氧化，不会发生自然 发火。因此，要想真实地模拟采空区遗煤的自燃发展情况，应创造与采空区实际情况相类似 的蓄热环境与漏风条件。因此，要研究采空区的自然发火过程及状态，必须有一种能真实模拟采空区蓄热 条件和漏风状态的采空区浮煤自燃仿真模拟装置来揭示采空区浮煤自然发火规律，为煤矿 现场防灭火工作提供理论指导。
技术实现思路
有鉴于此，本技术致力于更好的真实地模拟采空区遗煤的自燃发展情况，提 出了一种煤矿采空区浮煤自燃仿真模拟装置。本技术解决该技术问题所采用的技术方案是一种煤矿采空区浮煤自燃仿真模拟装置包括仿真炉体、压力保持装置、气样检测 系统以及控制系统；其中，所述仿真炉体在压力保持装置的辅助下仿真模拟煤矿采空区浮煤的自然发 火环境条件，压力装置是模拟采空区的矿压条件，控制系统对仿真炉体的温度、供风以及风 温进行控制，然后由气样检测系统对仿真炉体内的气体温度、气体类别以及浓度进行检测 及分析。上述仿真炉体的炉体分内外两层，内层储存煤样，外层为保温层，内外层之间用石棉完全隔开。上述仿真炉体为矩形。上述仿真炉体在水平方向上布置5排监测点，每排水平方向4个测点，分别距进风 侧煤壁的距离为15、45、75、105cm ；和/或垂直方向上4个测点，距底部的距离为20、40、70、90cm，每排共16个测点；和/或仿真炉体的进风口和出风口各设一个温度监测点。上述压力保持装置采用自动液压方式，达到压力要求后保持压力恒定。上述仿真炉体上部引出的采样管路直接与气样检测系统的自动进样系统相连，通 过电池阀的切换来分析每一路的气体浓度。上述控制系统还包括风温控制系统，当仿真炉体进/回风流的温度超过2°C时，控 制系统会启动仿真炉体的加热装置，提高供风空气的温度，并加大供风量，减少仿真炉体内 热量的流失，使仿真炉体处于绝热状态。本技术的有益效果是本技术提供了一种煤矿采空区浮煤自燃仿真模拟装置，以实际条件下采空区 空间的浮煤分布、漏风状态、压力分布为基础，创造在常温下最有利于松散煤体通过自身氧 化放热而升温的供养环境和蓄热环境，研究煤自然发火的发生、发展过程，考察采空区空间 浮煤分布、压力分布对自然发火的影响，探求综放采空区遗煤自然发火的规律。附图说明下面将参照附图对本技术的具体实施方案进行更详细的说明，其中图1是本技术的仿真炉体结构示意图；图2是本技术的供风系统示意图；图3是本技术的第14天浮煤带温度变化数值分析图；图4是本技术的第14天混合带温度变化数值分析图；图5是本技术的氧气浓度与压力关系示意图；以及图6是本技术的第39天氧气浓度空间分布示意图。具体实施方式为了真实地模拟采空区遗煤的自燃发展情况，本技术提供了一种煤矿采空区 浮煤自燃仿真模拟装置。接下来具体说明该新型仿真模拟装置。首先，来说明仿真模拟原理。一、仿真模拟原理实际条件下的综放采空区千差万别。从几何形状来看，综放面长度不同，采空区的 宽度从70-80m到300m不等，而采空区的长度随综放面的推进而不断变化；从地质条件来 看，煤层厚度、顶底板岩性、直接顶厚度、埋深等条件也差别很大；从综放面通风方式来看， 有“U”型通风、“Y”型通风以及其他通风方式，工作面的配风量从600-700m7min到2000m3/ min左右不等，导致采空区的漏风形态和漏风强度差异很大。同时，即便对同一工作面，要 完全模拟其采空区的状态也非常困难，例如，兴隆庄矿4326综放面，采空区冒落带高度在 16. 5m左右，其中浮煤厚度在1. 6m左右，煤与矸石混合带厚度在lm左右，矸石带厚度在14m左右，按几何尺寸相似的原则，当比例为1 5时，浮煤带的厚度在0.3m，根本不具备煤自然发火对最小浮煤厚度的要求，不会自然发火，试验没有意义，而实际情况是4326工作 面在推进过程中采空区出现过多次高温点。同时，试验台的高度要达到3. 5m，在实验室很难 做到。因此，简单的几何相似并不能反应实际的情况。所以，本实验对实际条件下的采空区 遗煤自燃环境做了以下合理处理1)试验装置的形状实际条件下的采空区在进入充分采动阶段后，其形状为矩形，试验台也设计为矩 形，矩形长边代表采空区深度(距工作面的长度)，短边代表采空区的宽度(工作面的倾斜 长度)。综放工作面的实际长度一般在120-200m，现场矿压观测结果表明，在经历7-8个周 期来压步距后采空区就会被压实，压实区距工作面的距离一般为150-200m。按照长宽比 试验台长宽分别在1. 2-2m和1. 5-2m比较合适。在高度上，从有利于浮煤聚热的环境出发， 浮煤带定为0. 5m，混合带约为浮煤带的一半定为0. 3m，因矸石带无煤，尽管其实际厚度很 大，考虑试验台的体积，将其厚度控制在0. 3m。根据实验目的，结合实际条件下采空区的蓄热条件，将试验台长、宽、高的净尺寸 定为1. 2mX 1. 8mX 1. Im比较合理。2)供风方式目前多数综放面尤其是低瓦斯矿井的综放面都采用“U”型通风，同时，采用“U”型 通风的综放面其后部的漏风最为简单，为一“源”一“汇”漏风，采空区内部自身的漏风就十 分复杂，如试验考虑一 “源”多“汇”或多“源”多“汇”，将很难达到实验的目的，并且受试验 条件的限制也很难达到预期的实验效果。因此，试验采用一“源” 一“汇”的漏风方式，即一 个进风口，一个出风口。3)蓄热环境影响试验台蓄热环境的因素主要有三个一是漏风强度；二是浮煤及矸石的空隙 率；三是试验装置的绝热性能。为缩短实验的进程，应创造最有利于煤体自燃的条件。为此，在实验的初期应将漏风的速度控制在0. 15-0. 24m/min范围内，随着实验的 进行应逐步改变供风量，以确保试验台内有充足的氧气供应，满足煤自燃升温的需要。为创造良好的蓄热环境，要确保较佳的浮煤粒度。试验研究表明不同粒度的煤， 其耗氧速度不同。随着煤的粒度变小，在45°C以下，其耗氧速度呈数量级的增高，在60°C 以上变化相对较小；混合粒度的煤样随着温度的升高，耗氧速度增加最快，氧化升温速度最 快本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种煤矿采空区浮煤自燃仿真模拟装置，其特征在于：包括仿真炉体、压力保持装置、气样检测系统以及控制系统，其中，所述仿真炉体在压力保持装置的辅助下仿真模拟煤矿采空区浮煤的自然发火环境条件，压力装置是模拟采空区的矿压条件，控制系统对仿真炉体的温度、供风以及风温进行控制，然后由气样检测系统对仿真炉体内的气体温度、气体类别以及浓度进行检测及分析。

【技术特征摘要】
一种煤矿采空区浮煤自燃仿真模拟装置，其特征在于包括仿真炉体、压力保持装置、气样检测系统以及控制系统，其中，所述仿真炉体在压力保持装置的辅助下仿真模拟煤矿采空区浮煤的自然发火环境条件，压力装置是模拟采空区的矿压条件，控制系统对仿真炉体的温度、供风以及风温进行控制，然后由气样检测系统对仿真炉体内的气体温度、气体类别以及浓度进行检测及分析。2.如权利要求1所述的仿真模拟装置，其特征在于所述仿真炉体的炉体分内外两层，内层储存煤样，外层为保温层，内外层之间用石棉完 全隔开。3.如权利要求2所述的仿真模拟装置，其特征在于所述仿真炉体为矩形。4.如权利要求3所述的仿真模拟装置，其特征在于所述仿真炉体在水平方向上布置5排监测点，每排水平方向4个测点，分别距进风侧煤 壁的距离为15、45、75、105 11...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢军，程卫民，薛生，王刚，王裕仓，
申请(专利权)人：王刚，
类型：实用新型
国别省市：95[中国|青岛]