[实用新型]一种采空区流场相似模拟实验装置

说明书

本实用新型公开了一种采空区流场相似模拟实验装置，包括采空区、进风巷和回风巷，采空区外侧设置有液体混合装置，液体混合装置上安装有示踪剂存放瓶，示踪剂存放瓶的出口与液体混合装置中液体杯液体连通，采空区上设置有示踪物质口，示踪物质口通过水管与液体混合装置中的液体杯中的液体贯通；该装置采用钢化玻璃构建采场模型，使用玻璃柱体替代采空区多孔介质，以流体(水)替代采空区气体，使用高速摄像机拍摄示踪剂在采空区中的浓度分布，利用图像处理技术分析采空区流场的分布规律，该方法及装置实用性强，具有广泛的推广应用价值。

技术领域

本实用新型涉及煤炭采空区技术领域，特别涉及一种采空区流场相似模拟实验装置。

背景技术

煤自燃灾害是采空区风流场持续供氧、遗煤蓄热、热量积聚综合作用的结果，具有灾害隐蔽性较强、流场复杂、治理难度大等特点。实际采空区并不是各向同性的多孔介质，采空区内孔隙具有弯曲性、无向性和随机性等特点，工作面漏向采空区的风流在煤岩体组成的多孔介质中流动，形成了包括湍流、过渡流和层流同时存在的非线性渗流场，造成采空区内部的气体流动过程极其复杂。从煤自燃火灾的成因来看，采空区“热”与“风”息息相关，风流场与温度场相互作用、相互制约，漏风是热量传递的媒介，漏风供氧是生热的必要前提条件，足够的漏风量可以带走煤自燃产生的热量，降低煤体温度，控制氧气浓度是采空区防灭火的重点工作。因此，研究采空区内流场分布规律是矿井防灭火技术的基础，对丰富多孔介质内的气体流动理论具有重要的理论意义。

采空区气体运移规律研究经历了解析法、图解法、物理相似模拟和电模拟以及数值计算等过程，数值模拟是目前研究采空区流场分布使用最多的方法，该方法将采空区假设成某种孔隙结构下的多孔介质，根据工作面实际地质和开采条件，采用砌体梁理论、“O”型圈理论计算采空区的孔隙率、内部阻力等参数，利用多孔介质渗流力学Darcy渗流定律、建立采空区的流体分布计算模型，采用有限元分析法，使用数值模拟软件计算采空区流场分布。数值模拟方法使用方便，但关键基础参数大部分依靠经验公式，参数的准确性直接影响模拟结果的精确度，得出的模拟结果也只是采空区流场分布的近似解，且经常存在计算量较大，耗时长，模拟收敛性较差、计算结果数据量庞大、使用不变等问题。

物理相似模拟主要按实际比例，搭建采场相似物理平台，要求在缩小模型的同时不改变原结构的特性参数，对于实验平台的设计要求较高。在物理平台数据采集方面，早期采用示踪剂、烟雾等手段利用观察法分析气体的流迹，随着监测技术的发展，压力、风速等传感器被用来监测采空区内气体浓度、压力、流速等数据，传感器监测为点监测，通过布点拟合得出面域中的参数分布，对传感器的布置方式和数据要求较高，并且安装在流场区域中的传感器本身会影响流场分布，因此，需要进一步研究采空区的流场监测方法，减少传感器对采空区流场的影响，提高采空区流场数据精度。

实用新型内容

本实用新型提供一种采空区流场相似模拟实验装置，采用钢化玻璃构建采场模型，使用玻璃柱体替代采空区多孔介质，以流体(水)替代采空区气体，使用高速摄像机拍摄示踪剂在采空区中的浓度分布，利用图像处理技术分析采空区流场的分布规律，该装置实用性强，具有广泛的推广应用价值。

本实用新型提供了一种采空区流场相似模拟实验装置，包括采空区、进风巷和回风巷，所述采空区的底面一侧设置有底座，另一侧设置有可伸缩支架；所述采空区外侧设置有液体混合装置，所述液体混合装置上安装有示踪剂存放瓶，所述示踪剂存放瓶瓶内存放有示踪剂，所述示踪剂存放瓶的出口与液体混合装置中液体杯液体连通，所述液体混合装置中液体杯内的液体中插有导管，所述导管远离液体杯的一端与抽水泵的进水口连接，所述抽水泵出水口通过导管连接有水箱，所述水箱内设置有吸水罩，所述吸水罩通过水管与水泵的进水口连接，所述水泵的出水口通过水管与采空区上的进风巷贯通，所述采空区上的回风巷的出口通过软管连接有废水箱；所述采空区上设置有示踪物质口，所述示踪物质口通过水管与液体混合装置中的液体杯中的液体贯通；所述进风巷与回风巷之间设置有压差计；所述采空区上还设置有相机支架，所述相机支架上安装有高速相机。

较佳地，所述水泵的出水口上安装有调节阀。