[发明专利]综放工作面非均质采空区流场模拟实验装置

说明书

本发明涉及综放工作面非均质采空区流场模拟实验装置，技术方案是，箱体内水平设置有沿滑车出入口伸出箱体的轨道，轨道上设置有滑车，滑车上设置有用于驱动其沿轨道滑动的千斤顶，侧挡板下端面下方的箱体内填充有底部相似岩层，工作面挡板、侧挡板与箱体内壁之间填充有顶面高于顶板上表面的煤层，高出部分的煤层延伸到顶板上表面并覆盖顶板上表面，煤层上方的箱体内填充有顶部相似岩层，顶板、工作面挡板、侧挡板和底部相似岩层共同围成模拟煤层空间，本发明通过推拉滑车模拟采煤过程，上覆煤岩层在失去滑车支撑后，依靠自重产生变形破坏直至冒落，整个过程为自然冒落，形成的非均质采空区与现场的相似度大大提高。

技术领域

本发明涉及采空区流场模拟实验装置，特别是一种综放工作面非均质采空区流场模拟实验装置。

背景技术

我国是煤自燃较为严重的国家，每年煤自燃造成的资源和环境损失难以估量，由于回采率低、推进速度慢等原因，综放采煤工作面更易出现煤自燃问题。据统计，95％以上的煤自燃发生在人员不能直视或到达的采空区内部，从而难以准确获取煤自燃火源理化参数，造成灭火效果不佳，因此，有必要建立一定的技术方法研究综放工作面采空区煤自燃的分布和蔓延规律，指导现场采空区煤自燃灭火。

近年来，学者在实验室里主要从数值模拟和物理模拟两个方面对综放工作面采空区煤自燃问题进行了研究。数值模拟参数的选取存在较多的估计值，从而使得模拟结果偏离实际，必须借助物理模型或现场数据进行修正。由于现场数据受多种因素制约，获取不易且存在误差，因此，搭建采空区物理模型进行物理模拟成为较可靠解决采空区煤自燃的方法。目前，已有的采空区物理模型多是用碎石、碎煤及其他人工材料填充形成采空区，这些填充物上部未加载上覆岩层形成压力，且这些人工充填形成的采空区物理模型加载了上覆压力后，研究结果也不能很好的与现场实际吻合。

为了形成与现场相似度高的采空区物理模型，发明人于2014年申请并授权的专利号为ZL201410453668.1的“综放/采长壁工作面采空区流场模拟试验装置及方法”，经过后期的研究发现，该装置存在以下问题：①与现场相似度不高。例如，液压升降杆下降过程中上覆煤岩层会和滑块一起下降，难以形成相似度高的非均质采空区；滑块宽度均匀设置，使得每次采煤的进度相等；现场综放采煤工作面的通风高度为支架高度，装置中的通风高度为支架和放煤高度；装置中工作面采空区方向没有挡板，上覆煤岩层冒落后存在堵塞工作面的情况。②液压升降杆多，管理复杂，容易毁坏，难以更换。例如，此装置长为3800mm，除掉两端保护煤壁长度400mm，按照每次模拟采煤50mm，那么需要68排液压升降杆，按每个滑块下面有两个液压升降杆，则需要136个液压升降杆；每个液压升降杆需要油管或气管，管理复杂；液压杆存在残次率问题，其中一个毁坏，会影响实验正常进行；考虑下部安全及尺寸，液压升降杆、热电偶等电子元件毁坏后难以更换。③装置控制复杂，成本高，现有技术条件下不易实现。例如，68排滑块下降时需要两个液压升降杆同步稳定下降，使得装置成本大幅度增高；当滑块之间存在倾斜和杂物时会增加滑块间的摩擦力，从而阻止滑块下降到指定位置；滑块为金属材质，装置未考虑滑块下部散热问题；滑块下降过程中，会扰动采场流场，影响测量数据的准确性；由于现场每天采煤进度不同，需要把滑块变窄，这使液压升降杆变得更多，且市场上不易买到合适的液压升降杆。因此，其改进和创新势在必行。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种综放工作面非均质采空区流场模拟实验装置，可有效解决利用滑车抽拉模拟工作面采煤，依靠上覆煤岩层自重自然冒落形成非均质采空区，与现场相似度更高，且实验过程可靠易操作，获取的实验数据可信度更高的问题。

本发明解决的技术方案是：