[发明专利]一种测试地下煤田火区覆岩温度变化的模型试验方法

权利要求书

1.一种测试地下煤田火区覆岩温度变化的模型试验方法，其特征是：模型测试方法，步骤如下：

(1)根据原型火区情况以及确定的火区模型与原型几何比尺和相似关系ν_m＝v_p、ε_m＝ε_p、(ρc)_sp＝(ρc)_sm、λ_sp＝λ_sm、β_m＝β_p、L_m＝L_pC_L、U_m＝U_pC_L、确定模型火区材料的物性参数，其中G_m和G_p分别为模型和原型的剪切模量，MPa；C_L为模型与原型的几何比尺，量纲为1；为模型与原型的煤岩固体密度比，量纲为1；E_m和E_p分别为模型和原型的弹性模量，MPa；ν_m和ν_p分别为模型与原型的泊松比，量纲为1；λ_m和λ_p分别为模型和原型的拉梅常量，MPa；ε_m和ε_p分别为模型和原型的体积应变，量纲为1；(ρc)_sm和(ρc)_sp分别为模型和原型的煤岩体积热容，J/(K·m³)；λ_sm和λ_sp分别为模型和原型的固体的导热系数，W/(m·K)；β_m和β_p分别为模型和原型的固体的热膨胀系数，K^-1；L_m和L_p分别为模型和原型的特征长度，m；U_m和U_p分别为模型和原型的位移，m；d_m和d_p分别为模型和原型的粒子直径，m；

(2)按照原型火区范围、地层情况和火区模型与原型几何比尺确定模型火区各地质层以及燃烧层采空区与燃烧区的尺寸和位置，然后根据步骤(1)中确定的物性参数，搭建模型火区并在模型火区燃烧层上部布置测温元件和在燃烧层采空区内等间距布置热量可控的电加热器；

(3)根据步骤(2)中已经确定的模型火区燃烧层采空区的尺寸和位置对模型燃烧层开挖，达到预先确定的燃烧层采空区开挖尺寸后停止开挖，获得燃烧层开采后的覆岩情况；

(4)根据速度相似关系和体积火源产热速率相似关系确定模型火区风速和燃烧层电加热器的产热速率，其中V_m和V_p分别为模型和原型的火区风速，m/s；和分别为模型和原型的体积火源产热速率，W；

(5)选择燃烧层点、线、面的某一加热方式，根据已确定的风速对火区供风，将电加热器调整至已确定的产热速率，开启电加热器，同时打开火区覆岩内的测温元件和火区外部的红外热成像仪对供热条件下火区覆岩各测点的火区温度进行监测和记录；

(6)根据各测点的温度记录结果和外红热成像图，作出火区各测点温度随测试时间的变化曲线，即得到火区覆岩温度的变化情况。

2.根据权利要求1所述的一种测试地下煤田火区覆岩温度变化的模型试验方法，其特征是：所述的模型火区燃烧层上部测温元件布置，燃烧层采空区上覆岩层中的最上层测温元件距表面距离均不超过10cm、测温元件纵向层间距控制在10～30cm之间、测温元件横向层间距控制在10～40cm之间、采空区上部最外层的测温元件距离采空区边界的最近水平距离控制在0～50cm之间。

3.根据权利要求1所述的一种测试地下煤田火区覆岩温度变化的模型试验方法，其特征是：所述的燃烧层采空区内电加热器布置，相邻电加热器间距控制在2～8cm之间、燃烧层采空区内最外层电加热器距离采空区边界最近水平距离控制在0～10cm之间。

4.根据权利要求1所述的一种测试地下煤田火区覆岩温度变化的模型试验方法，其特征是：所述的点、线、面加热方式，其特征是通过开启单个不连续的电加热器来模拟点火源，开启煤层任一方向上相邻的2个及2个以上电加热器来模拟线火源，开启煤层任意相邻数个能组成一个面的电加热器来模拟面火源。