[发明专利]一种模拟采空区自然发火的实验装置及试验方法

说明书

本发明公开了一种模拟采空区自然发火的实验装置及试验方法，实验炉体上设有出煤口、进风管和回风管；实验炉体内设有煤层、相似材料底板、预置水袋、待下沉相似材料底板、第一相似材料顶板和第二相似材料顶板，第二相似材料顶板上方设有多点热电偶测杆和和取气束管，多点热电偶测杆之间设有覆盖层，多点热电偶测杆设有若干热电偶，多点热电偶测杆和取气束管与相似材料紧密接触；煤层上的采煤工作面两端设有进风巷和回风巷，在进风巷、采煤工作面和回风巷铺设拱形镂空护管，支撑煤体形成一定的通道空间，以构建采空区和工作面的进回风系统。本发明的有益效果是可以在实验室准确有效地模拟漏风条件下采空区煤自然发火的全过程。

技术领域

本发明属于煤炭技术领域，涉及一种模拟采空区自然发火的实验装置及试验方法。

背景技术

煤炭自燃是煤炭开采和储运过程中常见的灾害之一，造成资源的极大浪费，严重威胁人们的生命财产。以往研究表明，煤自燃的发生和发展是一个极其复杂的、动态变化的、自动加速的物理化学过程，加上煤是一种物理结构和化学矿物质组成极其复杂的不均匀体，其确切的分子结构模型尚无定论，很难从理论上搞清煤自燃发生和发展的过程。另外，由于煤自燃常发生于地下数百米深处的采空区，人员无法接近，火源的隐蔽性，使得自燃火源位置的精确探测成为防灭火的关键技术。迄今为止，国内外还没有一种十分有效的探测方法来准确对煤炭自燃进行早期预报和确定其位置。

其他的相关研究主要从耗氧量或者温度指标评判煤的自燃倾向性，实验条件较现实中采空区实际赋存条件差别较大。煤自燃过程不仅与煤自身的氧化性和放热性有关，还与漏风供氧和蓄热环境密切相关。煤自燃是煤体放热和环境散热这对矛盾动态发展的过程，所以煤的自燃特征参数及其影响因素既与煤的自身物理条件有关，又与外界条件，比如堆积压力、漏风条件、环境温湿度等有关。

本发明专利主要解决如何相似模拟煤层煤岩赋存状态、采空区漏风条件、煤层顶板的自然垮落和遗煤的自然分布，实验不同煤种、通风流量、氧浓度、煤厚等条件下的采空区煤自燃过程，研究煤最短自然发火期以及各指标临界值，监测自燃过程温度、气体组分变化，对煤的氧化性、放热性、煤自燃影响因素及煤自燃过程中的其它一些特性参数进行研究，并提出煤自燃过程判断指标，对煤的自燃机理进行研究的问题，从而实现对煤炭自燃进行早期预报。因此，本发明专利设计了一套煤自然发火全过程的相似模拟实验装置及方法，满足了对煤最短自然发火期测定、气体分析和煤岩温度变化规律特性研究的实验要求。

煤炭是我国的主要能源，在一次能源消费结构中占63％左右。煤自燃是煤开采、运输和储存过程中导致火灾事故的主要原因。我国有56％的煤矿存在自然发火问题，煤自燃不仅造成大量煤炭资源浪费，威胁工业生产安全，而且对环境造成污染。我国北方煤田因自燃灾害每年向大气排放一氧化碳49.02万吨、二氧化硫15.47万吨、二氧化氮30万吨，另外，二氧化碳和硫化氢等有害气体会导致低空空气中有害物质含量严重超标，同时会形成大范围的酸雨。煤田地下燃烧后会破坏土壤结构，释放的有害气体会严重污染地表水及浅层地下水，导致大量农田被破坏。

煤炭自燃火灾严重威胁着煤矿的安全生产，为了杜绝此类火灾的发生，煤炭自然发火的早期预测预报功能越来越受到重视。煤炭自然发火预测预报是对煤炭火灾参数指标进行超前早期识别和预警的根本技术手段。通过对煤炭自燃火灾指标气体及其生成的辅助性指标的超前判识，及时、准确地预测预报煤炭自然发火征兆，推断自然发火发展的趋势，为煤炭自然发火的防治提供科学的依据，有针对性地采取均压、密闭堵漏、预灌浆等措施进行治理，将火灾隐患消灭在萌芽状态，从根本上做到防患于未然，达到防止火灾或减少火灾损失的目的。

以往研究表明，煤自燃的发生和发展是一个极其复杂的、动态变化的、自动加速的物理化学过程，加上煤是一种物理结构和化学矿物质组成极其复杂的不均匀体，其确切的分子结构模型尚无定论，很难从理论上搞清煤自燃发生和发展的过程。另外，由于煤自燃常发生于地下数百米深处的采空区，人员无法接近，火源的隐蔽性，使得自燃火源位置的精确探测成为防灭火的关键技术。迄今为止，国内外还没有一种十分有效的探测方法来准确对煤炭自燃进行早期预报和确定其位置。