[发明专利]一种模拟煤矿掘进巷道瓦斯运移规律的方法以及实验系统

权利要求书

1.一种模拟煤矿掘进巷道瓦斯运移规律的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）设定工况：通过温度湿度调节装置设定实验要求的温湿度；通过调节压力控制瓦斯涌出源中储存瓦斯的涌出速度及流量，确定合适的实验工况；

（2）定性观察：先不启动通风装置，观察气体运移过程与规律；观察完毕后启动通风装置，同时选择一种出风口并给定风速，使瓦斯气体开始运动，通过启动高速摄录像机，全程记录气体在巷道内的运移过程，并通过监控系统进行数据监测、采集以及处理；

（3）定量分析：安装瓦斯和风速传感并进行数据采集；调节瓦斯涌出源的压力阀，给定瓦斯掘进迎头瓦斯涌出和巷道壁瓦斯涌出的初速度，先不启动通风装置，在考虑了壁面和拱顶相对粗糙度的模拟巷道中实时测量各点瓦斯浓度分布情况，记录瓦斯自动运移规律；然后启动通风装置，并选择一种出风口并给定风速，使瓦斯气体开始运动；通过数据采集装置将采集到的数据进行存储，处理和显示，从而可以定量地展示出瓦斯在掘进巷道中的运移规律；在实验完成后，要将瓦斯气体排空。

2.根据权利要求1所述的模拟煤矿掘进巷道瓦斯运移规律的方法，其特征在于也可以在瓦斯罐中放置煤样，煤样在一定轴向和径向压力以及一定温度的作用下释放瓦斯气体。

3.根据权利要求1所述的模拟煤矿掘进巷道瓦斯运移规律的方法，其特征在于在从所述瓦斯涌出源中释放的气体中加入彩色示踪气体。

4.根据权利要求1所述的模拟煤矿掘进巷道瓦斯运移规律的方法，其特征在于，通过使用多个操作孔从而在模拟巷道的壁面上多点安装瓦斯传感器和风速传感器，其中瓦斯传感器可分布在巷道顶部、中部以及巷道底部，风速传感器根据需求放置在巷道壁中部，所述高速摄录像机布置在巷道壁上的多功能操作孔中。

5.根据权利要求1所述的模拟煤矿掘进巷道瓦斯运移规律的方法，其特征在于，所述相对粗糙度的公式为：

，并且所述壁面相对粗糙度设定为0.0208，所述拱顶相对粗糙度设定为0.047；

一种模拟煤矿掘进巷道瓦斯运移规律的实验系统，包括巷道模拟装置、瓦斯涌出源装置、数据采集装置、温度湿度测试及调节装置、通风装置、上位监控装置；其特征在于，其中巷道模拟装置是整个实验系统的主体，瓦斯涌出源、数据采集装置、温度湿度测试及调节装置通过多功能操作孔与巷道模拟装置相连；通风装置的风筒布置在巷道壁，通风装置的风机和变频器布置在巷道外；数据采集装置采集到的信号通过数据采集板进入上位监控装置。

6.根据权利要求6所述的模拟煤矿掘进巷道瓦斯运移规律的实验系统，其特征在于所述模拟巷道装置由15mm具有内表面相对粗糙度的气密性玻璃钢构成，包括拱形壁面和底部平面，二者通过螺丝固定，并用密封垫圈密封。

7.根据权利要求6所述的模拟煤矿掘进巷道瓦斯运移规律的实验系统，其特征在于所述多功能操作孔在巷道模拟装置的壁面上阵列分布，操作孔的尺寸以能放置需要的导线为依据，参考尺寸为直径0.01m。

8.根据权利要求6所述的模拟煤矿掘进巷道瓦斯运移规律的实验系统，其特征在于所述相对粗糙度的公式为：

，并且所述壁面相对粗糙度设定为0.0208，所述拱顶相对粗糙度设定为0.047。

9.根据权利要求6所述的模拟煤矿掘进巷道瓦斯运移规律的实验系统，其特征在于所述数据采集装置包括瓦斯传感器、风速传感器以及图像采集传感器。

10.根据权利要求7所述的模拟煤矿掘进巷道瓦斯运移规律的实验系统，其特征在于所述瓦斯传感器采用光纤瓦斯传感器，所述风速传感器采用热线，所述图像采集装置可以是高速摄影设备和照明设备；

其中瓦斯传感器和风速传感器通过多功能操作孔布置在巷道壁，并可根据需求进行多点配置。