[发明专利]煤矿采空区内低温氮气运移规律模拟实验平台及实验方法

说明书

本发明提供了一种煤矿采空区内低温氮气运移规律模拟实验平台及实验方法，其中，实验平台包括模拟采空区、模拟采煤工作台、模拟通风系统、温度监控系统、加热系统、注氮系统和角度调节机构；实验方法包括如下步骤：步骤A、将进风管和回风管上的阀门打开，开启风机；步骤B、保持模拟采空区为同一倾斜角度，选择不同注氮点进行模拟实验；步骤C、进行不同煤层倾角时，煤矿采空区内低温氮气的运移规律的模拟实验；步骤D、在不通风条件下低温氮气的运移规律的模拟实验；步骤E、数据分析；本发明可以解决当前由于没有相应的模拟实验平台，导致低温氮气在采空区内的运移规律、热置换效率以及热置换盲区缺乏研究的问题。

技术领域

本发明属于煤矿采空区自燃治理研究的实验装置技术领域，尤其是涉及一种煤矿采空区内低温氮气运移规律模拟实验平台及实验方法。

背景技术

我国煤矿煤炭自然发火事故十分严重，全国煤矿中有56％的矿井存在煤层自然发火危险，其中厚煤层开采自然发火更为严重。采空区自燃发生时，受制于煤矿工作面作业空间和监测手段的影响，当前还无法实现采空区深部高温自燃点的准确探测。当前国内外主要使用的采空区自燃治理方法有：注水灌浆、惰性气体、均压防灭火、凝胶灭火、泡沫灭火等，以上技术对于治理煤自燃发挥了重要作用，但是由于采空区自燃点位置判定困难，除惰性气体外的其它火区治理方法很难直接作用于发火区域。然而，惰性气体由于良好的流动性和扩散性既容易作用于高温发火区域也容易扩散流失，致使非连续注惰所产生的窒息作用对于遗煤自燃的治理作用有限，目前普遍使用低温惰性气体，其中低温氮气是当前经常使用的一种方法。但是，由于采空区内充满垮落岩石，人员无法进行观测，也没有相应的模拟实验平台对其进行研究，所以，当前关于低温氮气在采空区内的运移规律、热置换效率以及热置换盲区缺乏研究，给煤矿采空区自燃治理带来了一定困难。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种煤矿采空区内低温氮气运移规律模拟实验平台及实验方法，以解决当前由于没有相应的模拟实验平台，导致低温氮气在采空区内的运移规律、热置换效率以及热置换盲区缺乏研究的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

煤矿采空区内低温氮气运移规律模拟实验平台，其特征在于：包括模拟采空区、模拟采煤工作台、模拟通风系统、温度监控系统、加热系统、注氮系统和角度调节机构；

其中，模拟采空区为一个由隔热保温板组装而成的长方体结构，模拟采空区内填充鹅卵石作为松散填充介质，模拟采煤工作台固接在模拟采空区的前侧底部，模拟采煤工作台为一个由隔热保温板组装而成的长方体结构，并且模拟采煤工作台与模拟采空区内部相通；模拟采空区与角度调节机构相连接，且角度调节机构用于调节模拟采空区的倾斜角度；

模拟通风系统包括进风管、回风管和一个风机，其中，风机采用离心风机，进风管和回风管分别插接在模拟采煤工作台的前侧面的两端，进风管和回风管上安装有阀门，回风管入口连接风机；注氮系统包括多根分别插接在模拟采空区不同位置处的注氮管；加热系统包括一个电加热板，电加热板设置在模拟采空区底部中央；温度监控系统包含若干温度传感器和一个数据采集卡，温度传感器通过导线连接至数据采集卡，数据采集卡通过数据线与计算机中的通讯软件进行数据传输。

进一步地，模拟采煤工作台与模拟采空区相接的位置采用连接孔板作为分隔，连接孔板为一块布满通孔的金属板。

进一步地，加热系统中还设置了辅助加热装置；辅助加热装置包括四根热风管和四个电热风枪；四根热风管均布插接在模拟采空区的后侧面上，每根热风管上设有蝶阀且在每根热风管附近安装一个电热风枪，电热风枪的喷口对准的热风管入口。