[发明专利]一种确定地下煤火热源位置的实验装置

说明书

本发明‑一种确定地下煤火热源位置的实验装置属于煤火探测监测技术领域,主要通过该装置采集不同空间位置的温度、气体组分、流速等分布，进而给予风量平衡、风压平衡定律确定实验壳体内热源位置，地下煤火热源位置实验装置由矩形壳体、4个矩形外部气流通道、加热装置、若干温度、气体组分、流速传感器、参数巡检系统组成，壳体结构由2部分组成：即4个竖立面的矩形气流通道、腔体，腔体内底部放置有加热装置，采用参数巡检系统采集实时温度、气体组分、流速参数值并记录，根据各传感器布设空间位置，基于流量平衡定律、风压平衡定律，计算不同气流路径的等压线分布、等温线分布，根据等压线、等温线分布，结合传热理论，确定壳体内热源位置。

技术领域

本发明属于煤火探测监测技术领域，主要通过该装置采集不同空间位置的温度、气体组分、流速等分布，进而给予风量平衡、风压平衡定律确定实验壳体内热源位置，为实际火区热源位置的确定提供分析依据。

背景技术

地下煤火是伴生煤炭资源开发的一种自然灾害，在世界主要产煤国普遍存在，其中尤以中国新疆地区煤火最为严重。如何精确探测煤火火源位置，是科学治理煤火及科学评价煤火环境影响的基础，是煤火研究领域亟需解决的重要课题。地下煤火是在地下封闭空间的煤氧燃烧过程，其中存在复杂的热量传递、气体传输等过程，热量传递与气体传输过程与火区热源位置及状态具有内在关联性，本实验装置即是基于该过程而设计的。

发明内容

地下煤火热源位置实验装置由矩形壳体、4个矩形外部气流通道、加热装置、若干温度、气体组分、流速传感器、参数巡检系统组成，矩形壳体结构设计为1.5(长)*1.5(宽)*2.0(高)，也可根据实际实验需要确定尺寸规格，壳体结构由2部分组成：即4个竖立面的矩形气流通道、腔体，腔体内底部放置有加热装置，腔体内上部自腔体中部开始向上每隔20cm布设一层温度传感器、气体组分传感器、流速传感器，共计3层，用于监测实验过程中各点温度、气体组分、流速参数，采用参数巡检系统采集实时温度、气体组分、流速参数值并记录，根据各传感器布设空间位置，基于流量平衡定律、风压平衡定律，计算不同气流路径的等压线分布、等温线分布，根据等压线、等温线分布，结合传热理论，确定壳体内热源位置：外部空气在热浮力作用在分别从F₁、F₂、F₃、F₄裂隙面(矩形通道)进入壳体，在热源区域汇集，然后通过壳内孔隙介质向上逸出壳体，形成空气流动的路径，根据流体力学理论，该物理过程可描述为图2所示，根据风量平衡定律、风压平衡定律可按如下公式(1)至公式(7)计算各路径空气流动长度：

公式(1)：Q_in1+Q_in2+Q_in3+Q_in4＝Q_out

公才(2)：H_f1＝H_f2＝H_f3＝H_f4

公才(3)：H_f1+H_fout＝H_f2+H_fout＝H_f3+H_fout＝H_f4+H_fout

公才(4)：H_f1＝H_f2＝H_f3＝H_f4

公才(5)：H_f1＝H_f2＝H_f3＝H_f4

公式(6)：H_f1＝H_f2＝H_f3＝H_f4

公才(7)：H_f1＝H_f2＝H_f3＝H_f4