[发明专利]煤田火灾演化过程相似模拟试验装置及方法

权利要求书

1.煤田火灾演化过程相似模拟试验装置，其特征在于包括供气部(1)、物理相似模拟部(2)、引燃部(3)、数据采集及分析部(4)、起吊部(5)；

所述供气部(1)包括氧气源(10)、无油空气压缩机(11)、入口质量流量计(12)；所述氧气源(10)的出口端与所述无油空气压缩机(11)的入口端相连，所述无油空气压缩机(11)的出口端与所述入口质量流量计(12)的入口端相连；

所述物理相似模拟部(2)包括物理相似模型(20)、试验箱体(21)、底座(22)；

所述物理相似模型(20)包括煤层(200)、岩层、隔热岩层(205)；

所述试验箱体(21)包括顶面板(211)、前面板(212)、后面板(213)、左面板(214)、右面板(215)、底面板(216)、可调支架(217)；

所述左面板(214)的下部设置有入气口(218)，所述顶面板(211)上设置有出气口(219)；所述入气口(218)与所述入口质量流量计(12)的出口端相连；

所述前面板(212)设置有观察窗(2121)；

所述底座(22)上设置有液压缸(222)、轴承(223)；所述液压缸(222)设置在所述底座(22)的一端，并由液压站(221)提供液压动力；所述轴承(223)设置在所述底座(22)的设置有所述液压缸(222)一端相对的另外一端；

引燃部(3)包括控温柜(30)、加热棒以及温度传感器(31)；

数据采集及分析部(4)包括计算机(40)、应力探头(41)、温度探头(42)、视频采集装置(43)、出口质量流量计(44)、烟气分析仪(45)、A/D转换装置(46)；所述应力探头(41)、所述温度探头(42)布置在所述物理相似模型(20)中；所述应力探头(41)、所述温度探头(42)均和所述A/D转换装置(46)相连，所述A/D转换装置(46)与所述计算机(40)相连，所述出口质量流量计(44)的入口端与所述出气口(219)相连，所述出口质量流量计(44)的出口端与所述烟气分析仪(45)的入口端相连，所述烟气分析仪(45)与所述计算机(40)相连，所述视频采集装置(43)固定在所述前面板(212)的前方；

起吊部(5)包括电动葫芦(51)、起吊臂(52)、起吊立柱(53)、行走机构(54)。

2.如权利要求1所述的煤田火灾演化过程相似模拟试验装置，其特征在于：所述试验箱体(21)的外层尺寸为2200mm×2200mm×1800mm，所述试验箱体(21)的内层尺寸为2000mm×2000mm×1600mm；各面板的外层为Q235-B钢板、内层为316L钢板，两层钢板之间由槽钢连接及支撑，并充填耐高温的纤维棉保温。

3.如权利要求1所述的煤田火灾演化过程相似模拟试验装置，其特征在于：所述顶面板(211)、所述前面板(212)、所述后面板(213)通过法兰由M16×40螺栓固定。

4.如权利要求1所述的煤田火灾演化过程相似模拟试验装置，其特征在于：所述液压缸(222)的数量为2且相互远离。

5.如权利要求1所述的煤田火灾演化过程相似模拟试验装置，其特征在于：所述应力探头(41)布置在所述隔热岩层(205)与所述可调支架(217)之间。

6.使用如权利要求1～5任一所述的煤田火灾演化过程相似模拟试验装置的试验方法，其特征在于包括以下步骤：

S1搭建物理相似模型：根据不同煤田火灾的实际条件，合理选择材料和尺寸，搭建所述物理相似模型(20)；

S2探头及热源布置：搭建所述物理相似模型(20)的过程中，将所述温度探头(42)布置在所述煤层(200)以及所述岩层中，将所述应力探头(41)布置在所述隔热岩层(205)与所述可调支架(217)之间；将所述加热棒以及温度传感器(31)布置在所述煤层(200)中；

S3风干：将所述物理相似模型(20)静置风干；

S4调节倾斜角：根据煤田火灾的实际情况，通过调节所述液压缸(222)的伸缩并配合所述轴承(223)，调节所述物理相似模型(20)的倾斜角A；

S5气体输送：所述无油空气压缩机(11)将由所述氧气源(10)提供的氧气，经过所述入口质量流量计(12)输送至所述试验箱体(21)，经过所述物理相似模型(20)后，从所述试验箱体(21)顶部的所述出口质量流量计(44)流出；

S6加热引燃：由所述控温柜(30)控制所述加热棒以及温度传感器(31)加热到指定温度，引燃煤层；

S7数据采集及分析：启动所述计算机(40)、所述视频采集装置(43)、烟气分析仪(45)，采集并分析烟气成分、温度、应力、视频数据。