[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

说明书

本发明公开了一种模拟瓦斯与煤自燃共生灾害的试验装置及工作方法，包括模拟系统、瓦斯运移系统和监测分析系统，模拟系统用于模拟工作面、巷道及通风系统，瓦斯运移系统用于向模拟工作面注入瓦斯，使其达到一定瓦斯浓度后，开启并调节通风系统，使模拟管道在不同时间段内处于不同的通风气流量；然后监测分析系统能实时检测处于不同的通风气流量情况下，模拟工作面各个区域的瓦斯浓度及温度变化情况，由于已知瓦斯与煤自燃共生灾害易发区域所需的瓦斯浓度及温度，因此根据其变化情况，能拟合出处于不同气流量时整个模拟工作面的瓦斯与煤自燃共生灾害易发区域的分布变化情况。最终该分布变化情况能为防止煤矿发生瓦斯与煤自燃共生灾害提供数据支撑。

技术领域

本发明涉及一种试验装置及工作方法，具体是一种模拟瓦斯与煤自燃共生灾害的试验装置及工作方法。

背景技术

目前我国的浅部煤炭资源已接近枯竭，许多煤矿已开始进入深部开采，开采深度可达800～1500m，随着开采深度的增加，煤层瓦斯含量和瓦斯压力不断增高，地温梯度急剧增大，大量浅部低瓦斯矿井升级为高瓦斯矿井甚至是煤与瓦斯突出矿井，不易自燃煤层转变成自燃甚至容易自燃煤层，导致瓦斯与煤自燃灾害交织共生，灾害风险不断增大，煤矿安全生产形势愈加严峻。瓦斯与煤自燃共生重大灾害的发生会造成严重损失，因此要对瓦斯与煤自燃共生灾害进行防治，目前许多学者提出了一些防治方法，例如公开号为：CN106014480A的中国发明专利，其利用注浆和瓦斯抽采的方法对单一厚煤层综放工作面瓦斯与煤自燃协同治理和公开号为：CN104775849A的中国发明专利，其利用建立监测基站配合采场气体取样仪监测煤矿采场瓦斯与煤自燃耦合灾害，均对瓦斯与煤自燃共生灾害的研究起到一定作用，但是并没有对瓦斯与煤自燃共生灾害的影响因素进行有效的研究。目前已知的情况是煤在一定的风量和瓦斯浓度的影响下，不断蓄热升温，进而发生煤自燃，然后引爆瓦斯，最终导致瓦斯爆炸。反过来，瓦斯浓度过高将会抑制煤自然氧化反应，但是会因为瓦斯压力过大引起煤岩突出事故，因此矿井均具有井下通风系统，井下通风可以有效降低瓦斯浓度，但可能加速煤自然氧化反应。由此可知，瓦斯与煤自燃共生灾害是多尺度、多时度和多物理过程耦合作用的结果，温度场、煤岩裂隙场、传质场、煤-氧反应场的危险交汇区域是瓦斯与煤自燃共生灾害易发区域。

因此如何模拟多种因素耦合产生瓦斯与煤自燃共生灾害易发区域，从而实现各个因素变化情况对产生共生灾害易发区域的影响进行研究，最终为煤矿内通风情况、温度变化及瓦斯浓度调节降低产生瓦斯与煤自燃共生灾害易发区域起到数据支撑；是本行业亟需解决的问题。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种模拟瓦斯与煤自燃共生灾害的试验装置及工作方法，能模拟工作面处于不同通风情况下温度及瓦斯浓度在工作面不同位置的变化情况，进而得出工作面的瓦斯与煤自燃共生灾害易发区域的分布变化情况；为防止煤矿发生瓦斯与煤自燃共生灾害提供数据支撑。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种模拟瓦斯与煤自燃共生灾害的试验装置，包括模拟系统、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、模拟工作面和通风系统，模拟工作面采用多个多孔隔板围成矩形、且模拟工作面内部采用多孔隔板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；模拟巷道将模拟工作面的三个侧面包围；通风系统包括进风管、通风管路和风机，进风管一端与模拟巷道一端连通，进风管上装有流量计Ⅰ和阀门Ⅰ；通风管路一端与模拟巷道一端连通、通风管路另一端设有出风口，通风管路上装有风机和阀门Ⅱ；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、瓦斯主管道和多个瓦斯支管路，多个瓦斯支管路均匀分布在模拟工作面内、且均与瓦斯主管道一端连通，瓦斯主管道另一端与瓦斯瓶连通，瓦斯主管道上装有阀门Ⅲ和流量计Ⅱ；每个瓦斯支管路均装有多个瓦斯排入管、且各个瓦斯排入管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；