[发明专利]模拟煤层自燃过程及高温异常区域探测的试验装置及方法

权利要求书

1.模拟煤层自燃过程及高温异常区域探测的试验装置，其特征在于，包括自燃试验台腔体、升温系统、声波测试系统、电阻测试系统、测温系统和控制系统，所述自燃试验台腔体包括底座、中间竖向腔体和顶盖三部分，所述升温系统设置在自燃试验台腔体上并受控制系统调节，声波测试系统、电阻测试系统和测温系统对自燃试验台腔体内部空间进行探测；

所述升温系统控制自燃试验台腔体内的温度，所述声波测试系统探测并分析升温燃烧过程中的声波信息，所述测温系统用于对自燃试验台腔体内的温度进行监测并分析，所述控制系统控制升温系统和测温系统用于引领升温；

所述自燃试验台腔体上设置有多个监测通道，波导杆伸至试验台腔体的监测通道内，波导杆上安装有声波探头和电阻率探头；煤岩试样铺设在自燃试验台腔体内；升温系统的升温通道从底座通向煤岩试样；

所述试验台腔体的底座自下至上分别是水泥层、钢结构层、耐火砖层和钢结构网层，中间竖向腔体由内及外分别是耐火砖层、聚氨酯保温层、双层空心钢结构升温通道层、聚氨酯保温层、钢板层，顶盖为钢结构材料并设置有挂扣；

所述底座的水泥层直径大于钢结构层直径1m以上，底座的耐火砖层中部设置有注气孔；所述中间竖向腔体的耐火砖层与底座的耐火砖层堆砌相接；所述顶盖上还设置有排气管；

所述监测通道沿自燃试验台腔体的径向布置，所述监测通道的截面为正方形，沿自燃试验台腔体的侧面均匀布置；

所述波导杆伸入监测通道的一端设置有电阻率探头和热电偶传感器，另一端设置有声波探头；电阻率探头、声波探头和热电偶传感器通过波导杆上的数据线将探测数据传输至数据采集器，数据分析模块对探测数据进行处理，对高温异常区域进行定位，并反演模拟煤层自燃的过程。

2.根据权利要求1所述的模拟煤层自燃过程及高温异常区域探测的试验装置，其特征在于，所述升温系统包括电热管、升温通道、空气压缩泵和热交换器，所述升温通道从双层空心钢结构升温通道层延伸至底座上的注气孔，电热管通过加热热交换器中的水或油控制温度，空气压缩泵带动空气流经热交换器送至注气孔。

3.模拟煤层自燃过程及高温异常区域探测的方法，利用权利要求1所述的模拟煤层自燃过程及高温异常区域探测的试验装置进行试验，其特征在于，步骤包括：

步骤一.铺设煤岩试样，筛选粒径相同的煤样，在自燃试验台腔体铺设，铺设过程中在监测通道的位置处放置截面为正方形的木杆，试样铺设完成并压实后将木杆抽出，形成监测通道；

步骤二.布置声波测试系统、电阻测试系统、测温系统和控制系统，在波导杆上安装声波探头、电阻率探头和热电偶传感器，波导杆伸至试验台腔体的监测通道内，并密封波导杆与监测通道之间的缝隙，通过数据线连接控制系统与接声波测试系统、电阻测试系统和测温系统；

步骤三.模拟煤层自燃，通过升温系统的升温通道送风加热，升温过程中通过测温系统观测煤体温度，控制系统根据温度引领值控制升温系统注气温度，实现引领升温；

步骤四.采集模拟煤层自燃过程中温度探测数据、电阻率探测数据和声波探测数据，分析温度、电阻率和声波变化及对应关系；当温度升高，模拟煤层发生氧化升温，声波和电阻率探测值产生波动；根据声波和电阻率持续的增减判定模拟煤层自燃演化的过程；根据多个测点的声波探测和温度探测数据确定高温异常区域的位置。