[发明专利]一种煤火空间演化过程相似模拟试验装置及试验方法

说明书

本发明公开一种煤火空间演化过程相似模拟试验装置及试验方法，涉及煤火燃烧过程相似模拟试验技术领域；该装置包括相似模拟试验台架、加热升温系统、地质雷达设备和数据采集分析系统；所述相似模拟试验台架包括煤岩层相似材料，所述煤岩层相似材料与所述加热升温系统连接，所述煤岩层相似材料顶部安装有所述地质雷达设备，所述相似模拟试验台架一侧设置有所述数据采集分析系统。以该装置为基础的试验方法能够模拟煤田火灾的发生过程，并探测煤田火区空间演化过程和温度变化数据。

技术领域

本发明涉及煤火燃烧过程相似模拟试验技术领域，特别是涉及一种煤火空间演化过程相似模拟试验装置及试验方法。

背景技术

煤田火灾是指地下煤层因自然或人为因素发火，沿煤层逐步发展，对煤炭资源与周围环境造成严重危害的大面积煤燃烧现象，也称地下煤火。煤田火灾严重危害煤矿企业的安全生产，对煤炭资源造成了极大损失。煤田火灾的存在也造成了大量的环境和生态问题，必须采取相关技术措施探测出煤田火灾。

煤火探测的目的是圈定煤田火区燃烧范围，指导灭火施工，为准确有效探测煤火位置，国内外煤田火灾探测技术主要包括遥感探测技术、磁法探测技术、电阻率探测技术、自然电位法探测技术、测氡法探测技术、瞬变电磁探测技术、直接测温技术以及气体探测技术等。遥感探测技术由于影像分辨率不够高，遥感影像的背景场无法准确校正，无法实现精细化探测，对地下深部煤火的探测比较困难；直接测温技术采用热电偶、红外测温仪等仪器直接测量地表或煤层钻孔中的温度，但是存在工作量大、时间长、投资多等问题；磁法探测深度和分辨率低，只能圈定火区的分布范围；测氡法探测技术、气体探测技术受煤层岩层地质构造影响较大，裂隙对气体流动影响大，可靠性差；电阻率探测技术的探测深度有限，受周围电器干扰大；瞬变电磁探测技术抗干扰能力差，主要由煤矿地表施工进行探测，对于靠近煤层群的采空区的探测无法实现精确定位；自然电位法探测技术适用探测煤层暴露或埋藏较浅的煤火，不能定量推断火区燃烧深度和程度。

这些煤火探测方法多为间接探测方法，需要在煤火发生熄灭后才能保证测试效果，煤火发生过程中的直接探测方法具有更高的实用性。目前，针对煤火燃烧过程中的空间发育规律研究较少。

发明内容

本发明的目的是提供一种煤火空间演化过程相似模拟试验装置及试验方法，以解决上述现有技术存在的问题，能够在煤火发生过程中的直接探测，实用性高，探测效果好。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种煤火空间演化过程相似模拟试验装置，包括相似模拟试验台架、加热升温系统、地质雷达设备和数据采集分析系统；所述相似模拟试验台架包括煤岩层相似材料，所述煤岩层相似材料与所述加热升温系统连接，所述煤岩层相似材料顶部安装有所述地质雷达设备，所述相似模拟试验台架一侧设置有所述数据采集分析系统。

可选的，所述相似模拟试验台架还包括底座、模型架、挡板和梁具夹；所述底座水平放置于实验室地面，两个所述模型架固定对称设置于所述底座上；多个所述挡板通过所述梁具夹固定设置于两个所述模型架两侧；所述煤岩层相似材料固定叠加设置于位于所述模型架两侧的所述挡板之间；底座为尺寸3m×1m×0.1m(长×宽×高)的水泥板；模型架尺寸0.25m×0.25m×1.5m(长×宽×高)，两模型架位于底座中线，相隔2m。

可选的，所述煤岩相似材料包括依次叠加设置的岩层相似材料和煤层相似材料；所述岩层相似材料包括配比混合的骨料和胶料，所述骨料为沙子，胶料为石膏和石灰；所述煤层相似材料采用真实煤。

可选的，所述挡板为槽型钢板，多个所述挡板依次上下叠加设置于所述模型架两侧；所述梁具夹采用调节范围为0.2m-0.4m的钢制梁具夹，所述梁具夹卡接于所述模型架和所述挡板的端部处，且所述梁具夹能够将所述模型架和所述挡板的端部夹紧固定连接。

可选的，所述加热升温系统包括控温装置和加热棒，所述加热棒位于所述煤层相似材料中；所述控温装置与所述加热棒电连接，且所述控温装置能够控制加热棒的温度。