[发明专利]一种矿井井巷物理相似模拟试验系统及方法

权利要求书

1.一种矿井井巷物理相似模拟试验系统，其特征在于：它包括巷道模拟筒（1）、设在巷道模拟筒（1）下方的模拟筒承载底座（2），模拟筒承载底座（2）的下方对称设有单体液压支柱（4）；所述巷道模拟筒（1）的入口处设有风筒（8），风筒（8）的入口处设有恒温恒湿机（7），风筒（8）的出口内设有向巷道模拟筒（1）内鼓风的风扇（9）；巷道模拟筒（1）内间隔设有测量温度和风速的多组温度传感器（3），多组温度传感器（3）经信号传输线（10）与信号转换器（11）相连，信号转换器（11）经数据总线（12）与计算机（13）相连接；巷道模拟筒（1）内设有经电缆（5）与加热器（6）相连的加热电极（25）。

2. 根据权利要求1所述的一种矿井井巷物理相似模拟试验系统，其特征在于：所述的井巷道模拟筒（1）包括经法兰（17）连接在一起的多节筒体（15），筒体（15）的前部连接有整流罩（14），筒体（15）的后部连接有整流器（16），筒体（15）内部浇筑有模拟巷道的围岩相似材料（26），围岩相似材料（26）与筒体（15）之间设有与加热电极相连的加热合金网（27），多组温度传感器（3）沿径向等距布置在围岩相似材料（26）内部。

3. 根据权利要求1所述的一种矿井井巷物理相似模拟试验系统，其特征在于：所述的筒体承载底座（2）包括底座底盘（20）、设在底座底盘（20）上的承载桁架（19），承载桁架（19）一端经连接板（21）铰接在底座底盘（20）上，底座底盘（20）下设有滚轮，底座底盘（20）上设有可将承载桁架（19）抬起θ角的连杆机构，所述的连杆机构包括液压支柱（22）、经铰座（24）铰接在液压支柱（22）上的上下两个连杆（23），上连杆一端连接在承载桁架（19）上，下连杆一端连接在底座底盘（20）上。

4. 根据权利要求3所述的一种矿井井巷物理相似模拟试验系统，其特征在于：所述可将承载桁架（19）抬起的θ角<30°。

5. 一种使用权利要求1所述系统的矿井井巷物理相似模拟试验方法，其特征在于包括以下步骤：

a、将温度传感器（3）沿巷道模拟筒体（1）的轴向和径向等距布置好，将温度传感器（3）用信号传输线（10）引出筒体外，经信号转换器（11）连接到计算机（13）上，在巷道模拟筒体（1）的内设置与加热器（6）电缆相连的加热电极（25），将围岩相似材料按照试验要求装放入巷道模拟筒体（1）中；

b、打开计算机（13），检查数据采集线路连接是否完好，并对温度传感器（3）进行校正设置；

c、依次在巷道模拟筒体（1）的入口处连接风筒（8）、风扇（9）和恒温恒湿机（7），用棉布帘封闭巷道模拟筒体（1）出风口；

d、启动加热器（6），根据实验要求选择模拟现场巷道内的温度，通过与加热电极（25）相连的加热合金网（27）对巷道模拟筒体（1）内部进行加热，同时通过信号转换器（11）采集温度传感器（3）的信号，选取围岩相似材料（26）和筒体（15）内壁连接处的温度传感器（3）作为温度控制点，加热控制点处的温度达到实验要求后，降低电流继续加热，直至所有温度传感器（3）测得的温度近似相等，误差±0.3℃；

e、保持筒体（15）内围岩相似材料（26）的恒定温度达 6～8 h；

f、恒温阶段结束后，撤掉出风口的棉布帘，打开恒温恒湿机（7）和风扇（9），模拟现场实际工况，按照实验要求，选择风温、湿度、风速相关参数，向巷道模拟筒体（1）内送风，直至各控制点处的温度降到实验要求，此时，通过温度传感器（3）将采集的温度数据经信号传输线（10）传给信号转换器（11），再由信号转换器（11）传给计算机（13）进行数据处理，绘制围岩相似材料内的温度场分布情况，分析相关参数，获取高地温巷道围岩温度场及其演化规律；

g、停止恒温恒湿机（7）和风扇（9）运行，结束实验。