[实用新型]一种松散介质液氮渗流运移特征测试实验装置

说明书

本实用新型公开了一种松散介质液氮渗流运移特征测试实验装置，弥补了现有技术的空白；在实验箱内填充不同粒径的松散介质；实验箱的侧面设置有液氮注入口和压差温度测量口；在压差温度测量口处设置有压差计和温度测量计；液氮注入系统通过液氮输送管伸入到液氮注入口中以实现液氮注入到实验箱内；在实验箱底部的设定区域上布置有多个温度传感器；在实验箱的顶部开设有气体释放口，在气体释放口处设置有气体质量流量计；气体质量流量计、压差计、温度测量计以及所有温度传感器均与数据采集仪连接，数据采集仪与信息处理终端连接。本实用新型通过该装置来测定煤矿采空区松散介质内液氮运移路径、完全汽化半径及汽化速率。

技术领域

本实用新型涉及液氮渗流运移特征测试技术领域，特别是涉及一种松散介质液氮渗流运移特征测试实验装置。

背景技术

我国煤矿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。煤矿采空区自燃发生时，受制于煤矿工作面作业空间和监测手段的影响，当前还无法实现煤矿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煤矿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，但是由于煤矿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，因此注惰所产生的窒息作用及流动带走的热量对于遗煤自燃的治理作用有限。随着液态惰气制备和冷藏运输技术的发展，液惰直注技术在矿井火灾治理中被逐渐应用，该技术充分利用液氮相变吸热快速降低高温松散介质温度。但是由于缺乏液氮在松散介质内液、气运移及换热过程研究，导致现场应用液氮时其注入参数设计缺乏理论支撑，难以发挥液氮的最佳灭火性能，致使液氮注入后火区内仍然存在高温区域，延误火区治理时间。

当液氮注入松散介质后，液氮首先沸腾汽化，然后液氮和低温气体在重力和惯性力的作用下深入松散介质底部沿着孔隙进行最优流动路径渗流，低温氮气在液氮汽化膨胀作用下进行强迫对流扩散。随着液氮水平移动距离的增加，液、气两态中液氮比例逐渐降低直至完全汽化，其中完全汽化位置距液氮注入口的间距称完全汽化半径。在完全汽化半径内，松散介质内高温主要通过液氮汽化吸热和低温氮气驱替置换作用进行消除，该范围内的降温效果最为直接和有效。在完全汽化半径外，低温氮气仅是通过热量驱替置换作用进行高温抑制，其对高温松散介质的热量置换并不充分，当液氮注入不连续时，该区域积存气体又会被高温破碎煤岩加热。

当前关于液氮直注煤矿采空区后的液氮渗流运移特征研究较少，致使对液氮直注煤矿采空区时的热置换过程及效率缺乏认识，液氮在煤矿采空区内的运移特性与煤矿采空区内的渗透率、平台倾角、液氮注入参数有关，因此通过在实验室搭建物理相似模型开展不同参数变化下，研究液氮在松散介质内的运移路径及完全汽化半径，为煤矿采空区火灾救灾时液氮注入参数的设计提供依据。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种松散介质液氮渗流运移特征测试实验装置，弥补现有技术存在的空白，能够测定煤矿采空区松散介质内液氮运移路径、完全汽化半径及汽化速率。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

一种松散介质液氮渗流运移特征测试实验装置，包括实验箱、液氮注入系统、数据采集仪以及与所述数据采集仪连接的信息处理终端；

所述实验箱用于盛放松散介质；

在所述实验箱的侧面设置有液氮注入口和压差温度测量口；在所述压差温度测量口处设置有压差计和温度测量计；所述液氮注入系统中的液氮输送管通过伸入到所述液氮注入口内以实现液氮注入所述实验箱；

在所述实验箱底部的设定区域上布置有多个温度传感器；

在所述实验箱的顶部开设有气体释放口，且在所述气体释放口处设置有气体质量流量计；