專利名稱：立體瓦斯抽采采空區(qū)流場模擬實驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種煤礦礦井瓦斯檢測設(shè)備，具體涉及一種立體瓦斯抽采采空區(qū)流場模擬實驗裝置，適用于立體瓦斯抽采條件下采空區(qū)流場的分析和研究，選擇合理的通風(fēng)參數(shù)下合適的巷道布置位置，優(yōu)化巷道布置，屬煤礦安全技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
我國有很大一部分礦井為高瓦斯礦井，為了防治高瓦斯礦井煤與瓦斯突出，目前廣泛采用“四位一體”立體瓦斯抽采體系防治煤與瓦斯突出。但是，由于瓦斯抽采所帶來的破裂煤體和采空區(qū)漏風(fēng)引起破裂煤體和采空區(qū)遺煤的自燃，并且煤體的自燃又成為瓦斯燃燒和瓦斯爆炸的引火源，不僅嚴(yán)重地影響瓦斯的安全抽采和安全排放，而且成為礦井生產(chǎn)的巨大危險源。如何在合理地瓦斯抽采和瓦斯排放過程中，控制松散煤體和采空區(qū)漏風(fēng)，防 治采空區(qū)遺煤自燃，對高瓦斯易自燃煤層瓦斯防治和煤層自燃起到一舉兩得的作用。一旦煤層開采引起巖層移動，即使?jié)B透率很低的煤層，其滲透率也將增大數(shù)十倍至數(shù)百倍，這給卸壓瓦斯的抽采提供了可能。卸壓瓦斯抽采是瓦斯治理技術(shù)體系的重要組成部分，利用采動巖層運動對瓦斯的卸壓作用高效抽采瓦斯，防治瓦斯事故發(fā)生，實現(xiàn)工作面的安全高效開采。因此，煤層采動后的卸壓瓦斯抽采是我國煤礦瓦斯災(zāi)害防治的最佳途徑，從安全生產(chǎn)方面考慮，很有必要進行卸壓瓦斯抽采。但是，對于易自燃煤層，同時由于相鄰采空區(qū)的影響，采空區(qū)形成了多個漏風(fēng)源和漏風(fēng)匯，使得破裂煤體中和遺留有大量浮煤的采空區(qū)不斷存在漏風(fēng)供氧，經(jīng)過一定時間的氧化和熱量積聚，必然會導(dǎo)致自燃。因此，合理地布置巷道位置，在實現(xiàn)高效治理瓦斯的同時，控制采空區(qū)漏風(fēng)，是防治破裂煤體和采空區(qū)遺煤自燃的首要方法。然而采空區(qū)內(nèi)部存在大量的冒落巖石，人們無法進入采空區(qū)內(nèi)部對其進行直觀的研究，加之要實現(xiàn)不同位置巷道之間的轉(zhuǎn)換，優(yōu)化巷道布置，需要消耗巨大的財力和物力，對立體瓦斯抽采采空區(qū)流場的研究帶來了很大的困難。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種立體瓦斯抽采采空區(qū)流場模擬實驗裝置。該裝置采用模擬實驗?zāi)Ｐ脱芯苛Ⅲw瓦斯抽采條件下采空區(qū)流場，對巷道、工作面、采空區(qū)、支架進行了相似模擬，通過該實驗?zāi)Ｐ脱b置對立體瓦斯抽采條件下不同巷道位置及通風(fēng)參數(shù)下的采空區(qū)流場進行對比研究，得出立體瓦斯抽采采空區(qū)流場規(guī)律，建立立體瓦斯抽采不同巷道位置及通風(fēng)參數(shù)下的采空區(qū)流場數(shù)學(xué)模型，，指導(dǎo)現(xiàn)場實際工作中立體瓦斯抽采巷道優(yōu)化布置和通風(fēng)參數(shù)確定，為立體瓦斯抽采條件下瓦斯防治和采空區(qū)防火提供科學(xué)的指導(dǎo)，保證礦井安全高效的開采。本實用新型是以如下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種立體瓦斯抽采采空區(qū)流場模擬實驗裝置，其特征是該裝置包括有模擬采空區(qū)模型主體、瓦斯抽采及通風(fēng)動力系統(tǒng)、瓦斯源系統(tǒng)、測試系統(tǒng)；所述的模擬采空區(qū)模型主體包括有模擬采空區(qū)，模擬采空區(qū)的兩側(cè)分別連接有模擬相鄰采空區(qū)，模擬采空區(qū)內(nèi)有模擬工作面，模擬工作面后方有模擬支架；所述的模擬采空區(qū)分別置有進風(fēng)巷管、回風(fēng)巷管、外錯尾巷管、內(nèi)錯尾巷管、高抽巷管；所述的瓦斯抽采及通風(fēng)動力系統(tǒng)包括有風(fēng)機，真空泵；所述的風(fēng)機與回風(fēng)巷管相連接；所述的真空泵與高抽巷管相連接；所述的瓦斯源系統(tǒng)包括有瓦斯瓶，瓦斯瓶通過減壓閥與分流穩(wěn)壓罐相連接，然后通過與流量計相連的鄰近層瓦斯釋放板上的釋放孔和底層瓦斯釋放板上的底層釋放孔注入模擬采空區(qū)；所述的測試系統(tǒng)包括有模擬采空區(qū)、模擬工作面及進風(fēng)巷管、回風(fēng)巷管、外錯尾巷管、內(nèi)錯尾巷管、高抽巷管上的多個參數(shù)測點。所述的模擬工作面在其靠近模擬支架一側(cè)的壁上設(shè)有多個瓦斯釋放孔。所述的鄰近層瓦斯釋放板和底層瓦斯釋放板上均設(shè)有多個瓦斯釋放孔。所述的模擬采空區(qū)的進風(fēng)側(cè)有多個進風(fēng)巷管，模擬采空區(qū)的回風(fēng)側(cè)有多個內(nèi)錯尾巷管，同時在不同水平及高度位置有多個高抽巷管。所述的進風(fēng)巷管、回風(fēng)巷管、外錯尾巷管、內(nèi)錯尾巷管、高抽巷管上均有巷道管路控制閥。所述的鄰近層瓦斯釋放板上有閥I，所述的底層瓦斯釋放板上有閥II。模擬采空區(qū)按頂板巖層裂隙發(fā)展的“0”形圈特征、巖層破斷形式、巖層移動規(guī)律選用輕質(zhì)泡沫材料填充，同時在采空區(qū)內(nèi)部不同水平面上按橫向和縱向交叉布置多個取樣點和測壓點，瓦斯氣體源通過減壓閥與穩(wěn)壓罐相連，穩(wěn)壓罐通過流量計與連接鄰近層瓦斯釋放板和底層瓦斯釋放板的膠管相連組成了瓦斯源系統(tǒng)。為了方便的模擬立體瓦斯抽采不同巷道布置和通風(fēng)參數(shù)對采空區(qū)流場的影響，當(dāng)工作面長度不同時可以測試不同工作面時，不同巷道布置和不同通風(fēng)參數(shù)對采空區(qū)流場的影響及風(fēng)排瓦斯的能力；在不同尾巷位置和高抽巷布置組合時，在注入同樣瓦斯量的情況下，可以測試尾巷不同位置、高抽巷不同位置、不同通風(fēng)參數(shù)對采空區(qū)流場的影響及風(fēng)排瓦斯的能力，確定最佳的巷道布置位置及通風(fēng)參數(shù)。通過控制閥改變不同的巷道布置位置和參數(shù)，研究立體瓦斯抽采不同巷道布置位置及不同通風(fēng)參數(shù)下采空區(qū)流場特性及風(fēng)排瓦斯能力，選擇合適的巷道布置位置、巷道布置方式及通風(fēng)參數(shù)。本實用新型的優(yōu)點是該裝置利用在實驗室建立模擬模型，對立體瓦斯抽采采空區(qū)流場進行實驗研究，克服了現(xiàn)場實際中無法直觀的對其研究的困難，與現(xiàn)場實際有很高的相似度，密封性能良好；通過控制閥門的調(diào)節(jié)來實現(xiàn)立體瓦斯抽采不同巷道布置位置的轉(zhuǎn)換，操作簡單方便，設(shè)備費用較低；模擬采空區(qū)采用有機玻璃，便于直觀地觀測和分析采空區(qū)流場規(guī)律；根據(jù)需要研究立體瓦斯抽采不同巷道布置位置采空區(qū)瓦斯流場規(guī)律，配合現(xiàn)場實際全面考察立體瓦斯瓦斯抽采不同巷道布置位置的有關(guān)參數(shù)，對相關(guān)參數(shù)進行對比研究，指導(dǎo)現(xiàn)場實際巷道的優(yōu)化布置和實驗室研究，為立體瓦斯抽采瓦斯治理和采空區(qū)防火提供提供科學(xué)的技術(shù)依據(jù)。
以下結(jié)合附圖
和實施例對本實用新型進一步說明圖I是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖圖；圖2是圖I的橫剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖I的A-A剖面圖；圖4是鄰近層瓦斯釋放板結(jié)構(gòu)示意圖；[0019]圖5是底層瓦斯釋放板結(jié)構(gòu)示意圖；圖中1.模擬采空區(qū)，2.模擬相鄰采空區(qū)，3.模擬工作面，4.進風(fēng)巷管，5.回風(fēng)巷管，6.外錯外巷管,7.內(nèi)錯尾巷管,8.高抽巷管,9.控制閥，10.鄰近層瓦斯釋放板,11.底層瓦斯釋放板，12.分流穩(wěn)壓罐，13.流量計，14.瓦斯瓶，15，減壓閥，16.風(fēng)機，17.真空泵，18.模擬支架，19.閥I，20.鄰近層瓦斯釋放板瓦斯釋放孔，21.閥II，22.底層瓦斯釋放板瓦斯釋放孔。
具體實施方式
如圖I所示，實驗裝置包括模擬采空區(qū)模型主體、瓦斯抽采及通風(fēng)動力系統(tǒng)、瓦斯源系統(tǒng)、測試系統(tǒng)。模擬采空區(qū)模型主體包括模擬采空區(qū)I、模擬采空區(qū)兩側(cè)相連的模擬相鄰采空區(qū)2，在模型采空區(qū)I內(nèi)設(shè)有模擬工作面3，模擬工作面后方設(shè)模擬支架18，在模擬采空區(qū)I內(nèi)冒落帶以礦山壓力與巖層控制理論為依據(jù)，用體積計算的方式，在壓實區(qū)和“0”型圈分別堆積不同壓實特性的泡沫，使?jié)M足冒落帶孔隙率和滲透率的分布特征，上覆巖層裂隙帶按照采動圍巖裂隙存在豎向裂隙和離層裂隙的特點，結(jié)合“0”型圈理論，用塊狀泡沫填充，并在其上面施加一定的壓力，使其滿足裂隙帶裂隙分布規(guī)律和相似理論；同時模擬工作面3進風(fēng)側(cè)設(shè)進風(fēng)巷管4，模擬工作面3回風(fēng)側(cè)底端設(shè)外錯尾巷管6及與抽出式風(fēng)機16相連的回風(fēng)巷管5，模擬工作面3回風(fēng)側(cè)在其之上同一水平設(shè)內(nèi)錯尾巷管7和與真空泵17相連的不同水平和高度的高抽巷管8，在此進風(fēng)巷管4、回風(fēng)巷管5、模擬工作面3和模擬支架18之間的通道構(gòu)成了一個完成的“U”型通風(fēng)系統(tǒng)，回風(fēng)巷管5外錯尾巷管6、內(nèi)錯尾巷管7、高抽巷管8與模擬采空區(qū)I相連通，模擬采空區(qū)瓦斯排放，構(gòu)成了瓦斯抽采及通風(fēng)動力系統(tǒng)；打開閥I 19和閥II 21，瓦斯瓶14中的瓦斯通過減壓閥15流進分流穩(wěn)壓罐12，然后通過與流量計13相連的鄰近層瓦斯釋放板10和底層瓦斯釋放板11上的鄰近層瓦斯釋放板瓦斯釋放孔20和底層瓦斯釋放板瓦斯釋放孔22注入采空區(qū)模擬采空區(qū)1，構(gòu)成了瓦斯源系統(tǒng)；在進風(fēng)巷管4、回風(fēng)巷管5、外錯尾巷管6、內(nèi)錯尾巷管7、高抽巷管8、模擬采空區(qū)I內(nèi)部以及模擬工作面3布置多個參數(shù)測點，構(gòu)成了測試系統(tǒng)；從而達到研究立體瓦斯抽采采空區(qū)流場的目的。圖2和圖3所示，通過選擇不同的巷道管道，可以模擬立體瓦斯抽采條件下不同巷道布置位置采空區(qū)流場，如內(nèi)錯尾巷尾巷不同位置模擬，打開布置在內(nèi)錯尾巷管、進風(fēng)巷管及回風(fēng)巷管上的控制閥9，進風(fēng)巷管4進風(fēng)，回風(fēng)巷管5和內(nèi)錯尾巷管7回風(fēng)，切換內(nèi)錯尾巷管7的布置位置，同時可以在進風(fēng)一側(cè)布置多個進風(fēng)巷管4，實現(xiàn)不同工作面長度及尾巷不同位置瓦斯抽采；高抽巷不同位置模擬，打開布置在高抽巷管8上的控制閥9，高抽巷管8與真空泵17相連，使高抽巷管8在負(fù)壓條件下抽取瓦斯，切換高抽巷管8的布置位置，同時結(jié)合上述尾巷管布置方式，實現(xiàn)高抽巷不同位置瓦斯抽采。
權(quán)利要求1.一種立體瓦斯抽采采空區(qū)流場模擬實驗裝置，其特征是該裝置包括有模擬采空區(qū)模型主體、瓦斯抽采及通風(fēng)動力系統(tǒng)、瓦斯源系統(tǒng)、測試系統(tǒng)；所述的模擬采空區(qū)模型主體包括有模擬采空區(qū)(1)，模擬采空區(qū)的兩側(cè)分別連接有模擬相鄰采空區(qū)(2)，模擬采空區(qū)內(nèi)有模擬工作面(3)，模擬工作面后方有模擬支架(18);所述的模擬采空區(qū)分別置有進風(fēng)巷管(4)、回風(fēng)巷管(5)、外錯尾巷管(6)、內(nèi)錯尾巷管(7)、高抽巷管(8);所述的瓦斯抽采及通風(fēng)動力系統(tǒng)包括有風(fēng)機(16)，真空泵(17);所述的風(fēng)機與回風(fēng)巷管(7)相連接；所述的真空泵與高抽巷管(8)相連接；所述的瓦斯源系統(tǒng)包括有瓦斯瓶(14)，瓦斯瓶通過減壓閥(15)與分流穩(wěn)壓罐(12)相連接，然后通過與流量計(13)相連的鄰近層瓦斯釋放板(10)上的釋放孔(20)和底層瓦斯釋放板(11)上的底層釋放孔(22)注入模擬采空區(qū)(I);所述的測試系統(tǒng)包括有模擬采空區(qū)(I)、模擬工作面(3)及進風(fēng)巷管(4)、回風(fēng)巷管(5)、外錯尾巷管(6)、內(nèi)錯尾巷管(7 )、高抽巷管(8 )上的多個參數(shù)測點。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種立體瓦斯抽采采空區(qū)流場模擬實驗裝置，其特征是所述的模擬工作面(3)在其靠近模擬支架(18) —側(cè)的壁上設(shè)有多個瓦斯釋放孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種立體瓦斯抽采采空區(qū)流場模擬實驗裝置，其特征是所述的鄰近層瓦斯釋放板(10)和底層瓦斯釋放板(11)上均設(shè)有多個瓦斯釋放孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種立體瓦斯抽采采空區(qū)流場模擬實驗裝置，其特征是所述的模擬采空區(qū)(I)的進風(fēng)側(cè)有多個進風(fēng)巷管(4)，模擬采空區(qū)的回風(fēng)側(cè)有多個內(nèi)錯尾巷管(7)，同時在不同水平及高度位置有多個高抽巷管(8)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種立體瓦斯抽采采空區(qū)流場模擬實驗裝置，其特征是所述的進風(fēng)巷管(4)、回風(fēng)巷管(5)、外錯尾巷管(6)、內(nèi)錯尾巷管(7)、高抽巷管(8)上均有巷道管路控制閥(9)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種立體瓦斯抽采采空區(qū)流場模擬實驗裝置，其特征是所述的鄰近層瓦斯釋放板(10)上有閥I (19)，所述的底層瓦斯釋放板(11)上有閥II (21)。
專利摘要本實用新型涉及一種煤礦礦井瓦斯檢測設(shè)備，具體涉及一種立體瓦斯抽采采空區(qū)流場模擬實驗裝置，該裝置利用在實驗室建立模擬模型，對立體瓦斯抽采采空區(qū)流場進行實驗研究，克服了現(xiàn)場實際中無法直觀的困難，與現(xiàn)場實際有很高的相似度，模擬采空區(qū)采用有機玻璃，便于直觀地觀測和分析采空區(qū)流場規(guī)律；根據(jù)需要研究立體瓦斯抽采不同巷道布置位置采空區(qū)瓦斯流場規(guī)律，配合現(xiàn)場實際全面考察立體瓦斯瓦斯抽采不同巷道布置位置的有關(guān)參數(shù)，對相關(guān)參數(shù)進行對比研究，指導(dǎo)現(xiàn)場實際巷道的優(yōu)化布置，為立體瓦斯抽采瓦斯治理和采空區(qū)防火提供提供科學(xué)的技術(shù)依據(jù)。
文檔編號G01M9/00GK202485891SQ201220090080
公開日2012年10月10日 申請日期2012年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月12日
發(fā)明者嚴(yán)家程, 宋萬新, 楊相玉, 楊勝強, 牛杰, 王麗斌, 秦毅, 馬旭東 申請人:徐州中礦安達礦山科技有限公司