[发明专利]一种煤火空间演化过程相似模拟试验装置及试验方法

权利要求书

1.一种煤火空间演化过程相似模拟试验装置，其特征在于：包括相似模拟试验台架、加热升温系统、地质雷达设备和数据采集分析系统；所述相似模拟试验台架包括煤岩层相似材料，所述煤岩层相似材料与所述加热升温系统连接，所述煤岩层相似材料顶部安装有所述地质雷达设备，所述相似模拟试验台架一侧设置有所述数据采集分析系统。

2.根据权利要求1所述的煤火空间演化过程相似模拟试验装置，其特征在于：所述相似模拟试验台架还包括底座、模型架、挡板和梁具夹；所述底座水平放置于实验室地面，两个所述模型架固定对称设置于所述底座上；多个所述挡板通过所述梁具夹固定设置于两个所述模型架两侧；所述煤岩层相似材料固定叠加设置于位于所述模型架两侧的所述挡板之间。

3.根据权利要求2所述的煤火空间演化过程相似模拟试验装置，其特征在于：所述煤岩相似材料包括依次叠加设置的岩层相似材料和煤层相似材料；所述岩层相似材料包括配比混合的骨料和胶料，所述骨料为沙子，胶料为石膏和石灰；所述煤层相似材料采用真实煤。

4.根据权利要求2所述的煤火空间演化过程相似模拟试验装置，其特征在于：所述挡板为槽型钢板，多个所述挡板依次上下叠加设置于所述模型架两侧；所述梁具夹采用调节范围为0.2m-0.4m的钢制梁具夹，所述梁具夹卡接于所述模型架和所述挡板的端部处，且所述梁具夹能够将所述模型架和所述挡板的端部夹紧固定连接。

5.根据权利要求3所述的煤火空间演化过程相似模拟试验装置，其特征在于：所述加热升温系统包括控温装置和加热棒，所述加热棒位于所述煤层相似材料中；所述控温装置与所述加热棒电连接，且所述控温装置能够控制加热棒的温度。

6.根据权利要求3所述的煤火空间演化过程相似模拟试验装置，其特征在于：所述地质雷达设备包括屏蔽天线、主机、连接线和地质雷达软件，所述屏蔽天线位于煤岩层相似材料上方；所述屏蔽天线通过连接线与主机相连。

7.根据权利要求3所述的煤火空间演化过程相似模拟试验装置，其特征在于：所述数据采集分析系统包括全站仪和热成像仪，所述全站仪和热成像仪位于相似模拟试验台架一侧；所述全站仪用于观测记录相似模型的形变参数，采集煤岩层相似材料各位移观测点移动参数，计算出每层相似材料位移数据；所述热成像仪用于采集煤岩层相似材料的温度参数。

8.根据权利要求3所述的煤火空间演化过程相似模拟试验装置，其特征在于：所述梁具夹包括固定夹板、活动夹板、插销和均匀开设于梁具夹主体上的调节孔；所述固定夹板固定垂直设置于梁具夹主体一端，所述活动夹板滑动设置于梁具夹主体上，所述插销插设于所述调节孔内，且所述插销能够限制所述活动夹板的滑动范围。

9.一种煤火空间演化过程相似模拟试验方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：根据相似模拟试验原理与原始煤田火区地质数据，求出几何相似常数，运动相似常数和应力相似常数，根据相似常数设计相似试验模型各岩层参数，计算各个岩层的配料比例；

步骤2：模型架两侧依次安装挡板并用梁具夹固定，根据计算好岩层模拟材料所需量，将沙子、石膏、石灰与水搅拌混合均匀，填入前后挡板和模型架之间并夯实，每层材料之间撒一层云母，用来模拟层面，该层模拟材料晾干后填入下一层模拟材料，所有煤岩层模拟材料晾干后，取下梁具夹和前后挡板，在模拟材料的前面布置位移观测点，在模拟材料的上面布置雷达测线和距离标点；

步骤3：利用加热棒对煤层加热引燃，根据时间相似原理，运用控温装置控制加热棒，进而达到控制煤层燃烧速度的效果；

步骤4：选择900MHz频率的屏蔽天线通过连接线与主机相连，设置雷达测试参数，将屏蔽天线按照雷达测线往复行走，经过距离标点时打标，获得煤岩石层的地质雷达信号相应；

步骤5：通过热成像仪采集煤岩层相似材料的温度参数；

步骤6：通过全站仪采集煤岩层相似材料各观测点移动参数，计算出每层相似材料位移数据；

步骤7：对比全站仪获得的相似材料位移数据与地质雷达图谱获得的空间特征，验证地质雷达探测煤火空间演化过程相似模拟试验的效果。