[发明专利]一种瓦斯立体抽采与采空区自然发火耦合试验系统

说明书

本发明公开了一种瓦斯立体抽采与采空区自然发火耦合试验系统，包括通风系统、瓦斯系统、立体瓦斯抽采系统、数据测量采集系统和控制系统，还包括底座、固定安装在底座上的框体、能覆盖于框体上的顶盖、使放置在框体与顶盖围成的试验腔内的试验样件保持在试验温度的加温系统、对所述试验样件加载XYZ方向应力的三轴应力加载系统和对所述试验样件中的煤层进行开采以形成采空区的煤岩开挖系统。采用本发明能更真实的模拟实际矿井的采空区和瓦斯立体抽采，为后续揭示瓦斯立体抽采与采空区自然发火之间的耦合关系提供更准确、真实的数据。

技术领域

本发明涉及一种煤矿开采模拟技术，具体涉及一种瓦斯立体抽采与采空区自然发火耦合试验系统。

背景技术

瓦斯抽采是矿井瓦斯防治，尤其是煤与瓦斯突出防治的主要技术，同时瓦斯也是一种清洁能源。近年来，全国矿井大力实施煤与瓦斯共采，强化瓦斯抽采。受采动裂隙场过大、抽采工艺欠合理等因素影响，瓦斯抽采改变了工作面的漏风，易造成煤层自燃。煤层瓦斯与自燃共生，使得灾害防控复杂化、艰巨化，类似的事故也发生多起。随着开采深度的增加和开采强度的增大，这一形势日益严峻。目前国内外研究学者分别针对矿井瓦斯和煤层自燃的防治进行了大量的研究工作。对于瓦斯与煤层自燃的综合研究较少，主要通过现场实践和数值软件模拟研究，对瓦斯与煤层自燃的综合实验研究尚未开展。瓦斯与煤层自燃灾害共生是裂隙场、瓦斯场、温度场和氧气场多物理场耦合作用的结果，瓦斯与自燃共存致灾机理及灾害的关联性尚未明确阐述。因此，找到合适的瓦斯立体抽采与采空区自然发火之间的耦合关系至关重要。目前，对于这个问题多数采用数值模拟的手段进行研究，但由于数值模拟往往要忽略很多因素才能得出最终的结果，与实际情况有一定的偏差，对于实际的指导意义亦有局限性。

CN103775120A公开了一种易自燃高瓦斯煤层采空区瓦斯抽采与煤炭自燃模拟实验装置，其包括U形工作面采煤系统、通风系统、瓦斯系统、抽采系统、数据测试采集系统，虽然能模拟易自燃高瓦斯煤层采空区瓦斯抽采与煤炭自燃之间的关系，但是其只考虑了通风对采空区瓦斯抽采与煤炭自燃的影响，得到的采空区瓦斯抽采与煤炭自燃之间的关系不能够真实的反映实际矿井中采空区瓦斯抽采与煤炭自燃的关系。

发明内容

本发明的目的是提供一种瓦斯立体抽采与采空区自然发火耦合试验系统，以更真实的模拟实际矿井的采空区和瓦斯立体抽采，为后续揭示瓦斯立体抽采与采空区自然发火之间的耦合关系提供更准确、真实的数据。

本发明所述的瓦斯立体抽采与采空区自然发火耦合试验系统，包括通风系统、瓦斯系统、立体瓦斯抽采系统、数据测量采集系统和控制系统，还包括底座、固定安装在底座上的框体、能覆盖于框体上的顶盖、使放置在框体与顶盖围成的试验腔内的试验样件保持在试验温度的加温系统、对所述试验样件加载XYZ方向应力的三轴应力加载系统和对所述试验样件中的煤层进行开采以形成采空区的煤岩开挖系统；所述煤岩开挖系统包括进风巷道、回风巷道和煤岩开挖机构，进风巷道、回风巷道、煤岩开挖机构安装在框体内，且进风巷道的进风端部、回风巷道的出风端部伸出框体外，所述通风系统位于框体外且安装在回风巷道的出风口处，所述瓦斯系统中的多个瓦斯供给管的出气口和所述立体瓦斯抽采系统中的多个瓦斯抽采管的进气口分别伸入到所述采空区内，所述数据测量采集系统包括数据采集模块、能与瓦斯抽采管连通的气体采样管、对气体采样管中的气体进行分析的气相色谱仪、用于检测采空区温度的第一温度传感器、用于检测采空区气体压力的气体压力传感器和用于检测采空区应力的应力传感器，第一温度传感器、气体压力传感器、应力传感器都穿过底座且布设于所述试验样件的煤层底面，并通过数据采集模块与控制系统电连接。