[发明专利]一种矿井井巷物理相似模拟试验系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种试验系统及方法，尤其适用于在实验室条件下对矿井高温巷道进行物理相似模拟试验。

背景技术

浅部矿产资源随着矿山的逐年开采已逐渐枯竭，深部开采已然成为一个必然趋势。伴随着这个趋势是矿井高地温问题的凸显，进而影响井下工人工作环境和工作效率，从而导致矿井生产效率的下降。而矿井井下地质状况使得井下不具备进行相应试验的条件。此外，相应的数值模拟亦需要通过相应的物理实验得到的参数进行赋值且数值模拟得出的结论很大程度上受各项地质参数及边界条件的影响。因此，物理试验的方法是研究这一类问题重要的手段，这就要求设计出一套切实可行的物理试验模型及方法。

发明内容

技术问题：本发明的目的针对矿井巷道的高温环境，提供的一种在实验室条件下进行对其相应的物理相似模拟试验的系统及方法。

技术方案：本发明的矿井井巷物理相似模拟试验系统，包括巷道模拟筒、设在巷道模拟筒下方的模拟筒承载底座，模拟筒承载底座的下方对称设有单体液压支柱；所述巷道模拟筒的入口处设有风筒，风筒的入口处设有恒温恒湿机，风筒的出口内设有向巷道模拟筒内鼓风的风扇；巷道模拟筒内间隔设有测量温度和风速的多组温度传感器，多组温度传感器经信号传输线与信号转换器相连，信号转换器经数据总线与计算机相连接；巷道模拟筒内设有经电缆与加热器相连的加热电极。

所述的井巷道模拟筒包括经法兰连接在一起的多节筒体，筒体的前部连接有整流罩，筒体的后部连接有整流器，筒体内部浇筑有模拟巷道的围岩相似材料，围岩相似材料与筒体之间设有与加热电极相连的加热合金网，多组温度传感器沿径向等距布置在围岩相似材料内部。

所述的筒体承载底座包括底座底盘、设在底座底盘上的承载桁架，承载桁架一端经连接板铰接在底座底盘上，底座底盘下设有滚轮，底座底盘上设有可将承载桁架抬起θ角的连杆机构，所述的连杆机构包括液压支柱、经铰座铰接在液压支柱上的上下两个连杆，上连杆一端连接在承载桁架上，下连杆一端连接在底座底盘上。

所述可将承载桁架抬起的θ角<30°。

一种使用上述系统的矿井井巷物理相似模拟试验方法，包括以下步骤：

a、将温度传感器沿巷道模拟筒体的轴向和径向等距布置好，将温度传感器用信号传输线引出筒体外，经信号转换器连接到计算机上，在巷道模拟筒体的内设置与加热器电缆相连的加热电极，将围岩相似材料按照试验要求装放入巷道模拟筒体中；

b、打开计算机，检查数据采集线路连接是否完好，并对温度传感器进行校正设置；

c、依次在巷道模拟筒体的入口处连接风筒、风扇和恒温恒湿机，用棉布帘封闭巷道模拟筒体出风口；

d、启动加热器，根据实验要求选择模拟现场巷道内的温度，通过与加热电极相连的加热合金网对巷道模拟筒体内部进行加热，同时通过信号转换器采集温度传感器的信号，选取围岩相似材料和筒体内壁连接处的温度传感器作为温度控制点，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测得的温度近似相等，误差±0.3℃；

e、保持筒体内围岩相似材料的恒定温度达6～8h；

f、恒温阶段结束后，撤掉出风口的棉布帘，打开恒温恒湿机和风扇，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，通过温度传感器将采集的温度数据经信号传输线传给信号转换器，再由信号转换器传给计算机进行数据处理，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、停止恒温恒湿机和风扇运行，结束实验。

有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明能在实验室中进行矿井井巷常规通风降温模拟、空调降温、井巷围岩喷注隔热材料降温等模拟试验，为开展高地温巷道围岩温度场及其演化规律的研究提供了数据，从而为改善井下工人工作环境，提高工作效率提供了依据，其相比于现场试验研究可控性高，安全系数高，其结构简单，操作方便，在本技术领域内具有广泛的实用性。

附图说明

图1为本发明的试验系统示意图。

图2为本发明的巷道模拟筒体结构简图。

图3为本发明的底座配合示意图。

图4为本发明筒体截面示意图。