[发明专利]综放/采长壁工作面采空区流场模拟试验装置及方法

权利要求书

1.一种综放/采长壁工作面采空区流场模拟试验装置，其特征在于：它包括充填有仿真煤层的试验箱体(1），所述仿真煤层由上覆岩层(2）和遗留煤层(3）构成，试验模型箱的仿真煤层下方处设有采空区流场试验系统，所述采空区流场试验系统包括设在试验箱体(1）底部的液压升降装置，所述的液压升降装置包括直线排列的多个液压升降杆（5）和与液压升降杆（5）相互连接的液压装置启动器(15），液压升降装置上铺有与液压升降杆（5）相配合的多块条带状滑块(4），所述条带状滑块(4）两侧挖有凹槽(13），多个条带状滑块(4）直线排列从而在条带状滑块(4）两侧分别形成进风巷道和回风巷道，所述试验箱体(1）上位于进风巷道和回风巷道处分别设有进风口(6）和出风口(7），进风口(6）上设有精密鼓风机(8），所述条带状滑块(4）上表面上设有槽型硅管(12)，并设有均匀排列的多个孔洞，所述孔洞内设有不跟随条带状滑块(4）上下升降的热电偶(9）、速度传感器(10）和气体检测仪(11)，所述热电偶(9）、速度传感器(10）和气体检测仪(11)的输出端分别连接到数据采集器(14）的输入端。

2. 根据权利要求1所述的综放/采长壁工作面采空区流场模拟试验装置，其特征在于：所述的试验箱体(1）为钢化玻璃结构，液压升降杆(5）为气动或油动液压杆。

3. 根据权利要求1所述的综放/采长壁工作面采空区流场模拟试验装置，其特征在于：所述热电偶(9）、速度传感器(10）和气体检测仪(11)下方设有固定在试验箱体(1）内的支架，当液压升降杆（5）升起时，热电偶(9）、速度传感器(10）和气体检测仪(11)被收在条带状滑块(4）的孔洞内，当液压升降杆（5）降下时，则热电偶(9）、速度传感器(10）和气体检测仪(11)不跟随带状滑块(4）下降，在条带状滑块(4）降下后从带状滑块(4）的孔洞内探出。

4. 一种使用权利要求1所述实验装置的综放/采长壁工作面采空区流场模拟试验方法，其特征在于步骤如下：

a. 利用液压控制装置(15）控制试验箱体(1）底部的多个液压升降杆（5）连带条带状滑块(4）升起，在试验箱体(1）内由下往上依次铺设遗留煤层(3）和上覆岩层(2），所述遗留煤层(3）为干散的散体煤，所述上覆岩层(2）为石膏粉、碳酸钙粉和硼砂混合而成；

b. 启动液压控制装置(15）控制直线排列的液压升降杆（5）带动条状滑块(4）依次降下，设置在条带状滑块(4）上的上覆岩层(2）与遗留煤层(3）之间的离层空间在模拟的矿压作用下逐步增大，当达到上覆岩层(2）的破坏极限时，即产生变形破坏，直至垮落，从而模拟还原采空区流场的场景，同时随着条带状滑块(4）下降后，设在条带状滑块(4）孔洞中的热电偶(9）、速度传感器(10）和气体检测仪(11)从孔洞内探出；

c. 从条带状滑块(4）孔洞内探出热电偶(9）、速度传感器(10）和气体检测仪(11)伸入条带状滑块(4）上方暴露在遗留煤层(3）塌陷后形成的遗煤中，之后开启进风口（6）上的精密鼓风机(8）向进风巷道中鼓风，打开电源(13）给设置在条带状滑块(4）上的槽型硅管(12）供电，逐步提升槽型硅管(12）温度从而引燃遗留煤层(3）塌陷后形成的遗煤，之后启动热电偶(9）、速度传感器(10）和气体检测仪(11)，利用热电偶(9）监测采空区的温度场变化，利用气体检测仪(11)监测模拟工作面采空区塌陷情况的遗煤燃烧后的氧气、甲烷、CO、二氧化碳，氮气、C₂H₄、C₂H₆、C₃H₈气体组分的比重，利用速度传感器(10）监测模拟工作面采空区中燃烧产生的流场流动流，并将热电偶(9）、速度传感器(10）和气体检测仪(11)监测的数据发送到数据采集器(14）中记录下来从而完成试验的数据获取。

5. 根据权利要求4所述的综放/采长壁工作面采空区流场模拟试验方法，其特征在于：当进行瓦斯流场试验时，则在条带状滑块(4）上设置甲烷输出气管，并将条带状滑块(4）内设置的热电偶(9）和气体检测仪(11)替换为甲烷气体检测仪(11），之后通过甲烷输出气管释放甲烷，开启精密鼓风机(7）向条带状滑块(4）形成的进风巷道鼓风，用设置在条带状滑块(4）上的甲烷气体检测仪(11）和速度传感器(10）记录监测信息，并将监测信息发送到数据采集器(14）中记录后得到瓦斯浓度场的分布特征。