[发明专利]一种模拟瓦斯与煤自燃共生灾害的试验装置及工作方法

权利要求书

1.一种模拟瓦斯与煤自燃共生灾害的试验装置，其特征在于，包括模拟系统(1)、瓦斯运移系统和监测分析系统；

所述模拟系统包括模拟巷道(3)、模拟工作面(2)和通风系统，模拟工作面(2)采用多个多孔隔板(5)围成矩形、且模拟工作面(2)内部采用多孔隔板(5)均匀分隔成多个监测区域Ⅰ；每个监测区域Ⅰ上部均由亚克力板覆盖；模拟巷道(3)将模拟工作面(2)的三个侧面包围；通风系统包括进风管(6)、通风管路(9)和风机(11)，进风管(6)一端与模拟巷道(3)一端连通，进风管(6)上装有流量计Ⅰ(7)和阀门Ⅰ(8)；通风管路(9)一端与模拟巷道(3)一端连通、通风管路(9)另一端设有出风口(12)，通风管路(9)上装有风机(11)和阀门Ⅱ(10)；每个监测区域Ⅰ内划分成多个形状相同的监测区域Ⅱ；

所述瓦斯运移系统包括瓦斯瓶(18)、瓦斯主管道和多个瓦斯支管路(19)，多个瓦斯支管路(19)均匀分布在模拟工作面(2)内、且均与瓦斯主管道一端连通，瓦斯主管道另一端与瓦斯瓶(18)连通，瓦斯主管道上装有阀门Ⅲ(16)和流量计Ⅱ(17)；每个瓦斯支管路(19)均装有多个瓦斯排入管(14)、且各个瓦斯排入管(14)一端分别与各个监测区域Ⅱ连通，瓦斯排入管上均装有阀门Ⅳ(22)；

所述监测分析系统包括信息处理装置(13)和气样管路网，气样管路网由多个气样支管路(20)均匀分布在模拟工作面(2)内且相互连通组成；每个监测区域Ⅱ内均设有取样管(15)和温度检测探头(24)，每个取样管(15)通过软管(23)分别与气样支管路(20)连通，在每个软管(23)与气样支管路(20)连接处均装有瓦斯传感器(21)；流量计Ⅰ(7)、各个瓦斯传感器(21)和各个温度检测探头(24)均通过数据线与信息处理装置(13)电连接。

2.根据权利要求1所述的一种模拟瓦斯与煤自燃共生灾害的试验装置，其特征在于，所述监测区域Ⅰ下部均设有卸料阀门(4)。

3.根据权利要求1所述的一种模拟瓦斯与煤自燃共生灾害的试验装置，其特征在于，所述多孔隔板(5)孔径为2cm，孔间距为2cm，材质为耐高温材料。

4.根据权利要求1所述的一种模拟瓦斯与煤自燃共生灾害的试验装置，其特征在于，所述信息处理装置(13)为超级计算机。

5.根据权利要求1所述的一种模拟瓦斯与煤自燃共生灾害的试验装置，其特征在于，所述阀门Ⅰ(8)、阀门Ⅱ(10)、阀门Ⅲ(16)和阀门Ⅳ(22)均为电控式阀门。

6.根据权利要求1所述的一种模拟瓦斯与煤自燃共生灾害的试验装置，其特征在于，所述取样管(15)的侧壁开设多个取样孔。

7.一种根据权利要求1所述模拟瓦斯与煤自燃共生灾害的试验装置工作方法，其特征在于，具体步骤为：

A、先从所需模拟煤矿中采集煤体，然后将该煤体加工成多个形状相同的煤样；

B、在各个监测区域Ⅰ内分别放置一个煤样，并各自盖上亚克力板；然后依次对各个监测区域Ⅱ编号后存储在信息处理装置内；

C、使阀门Ⅲ(16)完全打开和各个阀门Ⅳ(22)半开，瓦斯瓶(18)内的瓦斯依次经过瓦斯主管道、瓦斯支管路(19)和瓦斯排入管(14)，分别注入各个监测区域Ⅱ内，流量计Ⅱ(17)实时监测注入的总瓦斯流量，此时各个瓦斯传感器(21)通过取样管(15)实时检测各个监测区域Ⅱ内的瓦斯浓度，并将检测数据反馈给信息处理装置(13)，信息处理装置(13)获取各个监测区域Ⅱ内的实时瓦斯浓度，并计算出各个监测区域Ⅱ内实时瓦斯浓度平均值，然后通过控制各个阀门Ⅳ(22)的开度调节进入各个监测区域Ⅱ内的瓦斯量，若该监测区域Ⅱ内的实时瓦斯浓度高于平均值，则减小该监测区域Ⅱ对应的阀门Ⅳ(22)开度，若该监测区域Ⅱ内的实时瓦斯浓度低于平均值，则增大该监测区域Ⅱ对应的阀门Ⅳ(22)开度；若该监测区域Ⅱ内的实时瓦斯浓度等于平均值，则保持该监测区域Ⅱ对应的阀门Ⅳ(22)开度；如此实时检测及调节，直至使各个监测区域Ⅱ内实时瓦斯浓度相同后，关闭阀门Ⅲ(16)和各个阀门Ⅳ(22)；

D、使阀门Ⅰ(8)和阀门Ⅱ(10)半开，并开启风机(11)对通风管路(9)抽风，使模拟巷道(3)形成负压，外部空气经过进风管(6)进入模拟巷道(3)内，外部空气流过模拟巷道(3)后经通风管路(9)和风机(11)从出风口(12)排出，外部空气在模拟巷道(3)内流动过程中会与模拟工作面(2)形成热交换，并有部分空气透过多孔隔板(5)进入模拟工作面(2)内；持续设定时间后，调节阀门Ⅰ(8)和阀门Ⅱ(10)的开度，继续向模拟巷道(3)内注入空气，如此进行多次调节；直至达到通风设定总时间后关闭风机(11)、阀门Ⅰ(8)和阀门Ⅱ(10)；流量计Ⅰ(7)实时监测进入模拟巷道(3)的外部空气流量并反馈给信息处理装置(13)；

E、从风机(11)启动开始直至风机(11)停止，各个温度检测探头(24)和各个瓦斯传感器(21)实时采集各个监测区域Ⅱ内的温度值及瓦斯浓度值，并反馈给信息处理装置(13)进行处理；信息处理装置(13)结合流量计Ⅰ(7)和各个监测区域Ⅱ内的温度值及瓦斯浓度值，得出模拟巷道(3)处于不同气流量时各个监测区域Ⅱ内的温度变化情况及瓦斯浓度变化情况，因此根据实时变化情况得出各个监测区域Ⅱ实时是否为瓦斯与煤自燃共生灾害易发区域；然后根据各个监测区域Ⅱ编号排列，拟合出处于不同气流量时整个模拟工作面(2)的瓦斯与煤自燃共生灾害易发区域的分布变化情况；

F、试验完成后，打开卸料阀门(4)，将各个煤样从各个监测区域Ⅰ内卸出。