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专利号: 2014104536681
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种综放/采长壁工作面采空区流场模拟试验装置,其特征在于:它包括充填有仿真煤层的试验箱体(1),所述仿真煤层由上覆岩层(2)和遗留煤层(3)构成,试验模型箱的仿真煤层下方处设有采空区流场试验系统,所述采空区流场试验系统包括设在试验箱体(1)底部的液压升降装置,所述的液压升降装置包括直线排列的多个液压升降杆(5)和与液压升降杆(5)相互连接的液压装置启动器(15),液压升降装置上铺有与液压升降杆(5)相配合的多块条带状滑块(4),所述条带状滑块(4)两侧挖有凹槽(13),多个条带状滑块(4)直线排列从而在条带状滑块(4)两侧分别形成进风巷道和回风巷道,所述试验箱体(1)上位于进风巷道和回风巷道处分别设有进风口(6)和出风口(7),进风口(6)上设有精密鼓风机(8),所述条带状滑块(4)上表面上设有槽型硅管(12),并设有均匀排列的多个孔洞,所述孔洞内设有不跟随条带状滑块(4)上下升降的热电偶(9)、速度传感器(10)和气体检测仪(11),所述热电偶(9)、速度传感器(10)和气体检测仪(11)的输出端分别连接到数据采集器(14)的输入端。

2. 根据权利要求1所述的综放/采长壁工作面采空区流场模拟试验装置,其特征在于:所述的试验箱体(1)为钢化玻璃结构,液压升降杆(5)为气动或油动液压杆。

3. 根据权利要求1所述的综放/采长壁工作面采空区流场模拟试验装置,其特征在于:所述热电偶(9)、速度传感器(10)和气体检测仪(11)下方设有固定在试验箱体(1)内的支架,当液压升降杆(5)升起时,热电偶(9)、速度传感器(10)和气体检测仪(11)被收在条带状滑块(4)的孔洞内,当液压升降杆(5)降下时,则热电偶(9)、速度传感器(10)和气体检测仪(11)不跟随带状滑块(4)下降,在条带状滑块(4)降下后从带状滑块(4)的孔洞内探出。

4. 一种使用权利要求1所述实验装置的综放/采长壁工作面采空区流场模拟试验方法,其特征在于步骤如下:

a. 利用液压控制装置(15)控制试验箱体(1)底部的多个液压升降杆(5)连带条带状滑块(4)升起,在试验箱体(1)内由下往上依次铺设遗留煤层(3)和上覆岩层(2),所述遗留煤层(3)为干散的散体煤,所述上覆岩层(2)为石膏粉、碳酸钙粉和硼砂混合而成;

b. 启动液压控制装置(15)控制直线排列的液压升降杆(5)带动条状滑块(4)依次降下,设置在条带状滑块(4)上的上覆岩层(2)与遗留煤层(3)之间的离层空间在模拟的矿压作用下逐步增大,当达到上覆岩层(2)的破坏极限时,即产生变形破坏,直至垮落,从而模拟还原采空区流场的场景,同时随着条带状滑块(4)下降后,设在条带状滑块(4)孔洞中的热电偶(9)、速度传感器(10)和气体检测仪(11)从孔洞内探出;

c. 从条带状滑块(4)孔洞内探出热电偶(9)、速度传感器(10)和气体检测仪(11)伸入条带状滑块(4)上方暴露在遗留煤层(3)塌陷后形成的遗煤中,之后开启进风口(6)上的精密鼓风机(8)向进风巷道中鼓风,打开电源(13)给设置在条带状滑块(4)上的槽型硅管(12)供电,逐步提升槽型硅管(12)温度从而引燃遗留煤层(3)塌陷后形成的遗煤,之后启动热电偶(9)、速度传感器(10)和气体检测仪(11),利用热电偶(9)监测采空区的温度场变化,利用气体检测仪(11)监测模拟工作面采空区塌陷情况的遗煤燃烧后的氧气、甲烷、CO、二氧化碳,氮气、C2H4、C2H6、C3H8气体组分的比重,利用速度传感器(10)监测模拟工作面采空区中燃烧产生的流场流动流,并将热电偶(9)、速度传感器(10)和气体检测仪(11)监测的数据发送到数据采集器(14)中记录下来从而完成试验的数据获取。

5. 根据权利要求4所述的综放/采长壁工作面采空区流场模拟试验方法,其特征在于:当进行瓦斯流场试验时,则在条带状滑块(4)上设置甲烷输出气管,并将条带状滑块(4)内设置的热电偶(9)和气体检测仪(11)替换为甲烷气体检测仪(11),之后通过甲烷输出气管释放甲烷,开启精密鼓风机(7)向条带状滑块(4)形成的进风巷道鼓风,用设置在条带状滑块(4)上的甲烷气体检测仪(11)和速度传感器(10)记录监测信息,并将监测信息发送到数据采集器(14)中记录后得到瓦斯浓度场的分布特征。