[发明专利]一种高地温矿井采空区热湿风流交换模拟实验方法

权利要求书

1.一种高地温矿井采空区热湿风流交换模拟实验方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

步骤一、构建高地温矿井采空区热湿风流交换模拟实验平台：构建高地温矿井采空区热湿风流交换模拟实验平台，所述高地温矿井采空区热湿风流交换模拟实验平台包括保温箱(1)、设置在保温箱(1)内的矿井采空区模拟实验台和设置在保温箱(1)外的热湿风流发生机构，所述保温箱(1)的顶部为透明结构，所述矿井采空区模拟实验台包括采空区模拟实验箱和工作面模拟实验箱，所述采空区模拟实验箱为立方体结构，所述工作面模拟实验箱为U形结构，所述工作面模拟实验箱包括与采空区模拟实验箱等宽的工作面巷道(4)、以及分别设置在工作面巷道(4)两端且均与工作面巷道(4)连通的进风巷(2)和回风巷(3)，所述采空区模拟实验箱和工作面巷道(4)通过镂空板连通，所述采空区模拟实验箱内沿长度方向两端为风巷填充区(5)，所述采空区模拟实验箱内位于两个风巷填充区(5)之间且沿长度方向依次划分为采空区第一填充区(6)、采空区第二填充区(7)和采空区第三填充区(8)，采空区第一填充区(6)靠近工作面巷道(4)划分，采空区第一填充区(6)内填充有第一陶瓷粒子，采空区第二填充区(7)内填充有第二陶瓷粒子，采空区第三填充区(8)内填充有第三陶瓷粒子，风巷填充区(5)内填充有第四陶瓷粒子，第一陶瓷粒子、第二陶瓷粒子、第三陶瓷粒子和第四陶瓷粒子的粒径依次减小；

所述热湿风流发生机构包括与进风巷(2)连通的进风管道(9)、安装在进风管道(9)远离进风巷(2)一端的风机(10)和安装在保温箱(1)顶部用于采集采空区模拟实验箱内温度分布的红外热像仪(17)，回风管(14)的一端与进风管道(9)靠近进风巷(2)的一端连通，回风管(14)的另一端与风机(10)连通，进风管道(9)靠近进风巷(2)的一端安装有第一电磁阀(16)，回风管(14)与进风管道(9)连通的一端安装有第二电磁阀(15)，进风管道(9)位于回风管(14)和风机(10)之间的管段上安装有水雾发生器(11)、加热片(12)和温湿度测量仪(13)；

步骤二、根据采空区模拟实验箱内孔隙率称取陶瓷粒子：根据公式获取采空区第一填充区(6)中第一陶瓷粒子的称取质量采空区第二填充区(7)中第二陶瓷粒子的称取质量采空区第三填充区(8)中第三陶瓷粒子的称取质量和风巷填充区(5)中第四陶瓷粒子的称取质量其中，ρ为陶瓷的体积密度，单位为g/cm3或kg/cm³，为采空区第一填充区(6)的体积，为采空区第二填充区(7)的体积，为采空区第三填充区(8)的体积，为两个风巷填充区(5)的总体积，P¹为采空区第一填充区(6)的孔隙率，P²为采空区第二填充区(7)的孔隙率，P³为采空区第三填充区(8)的孔隙率，P⁴为风巷填充区(5)的孔隙率；

步骤三、陶瓷粒子预热并放入采空区模拟实验箱：将第一陶瓷粒子、第二陶瓷粒子、第三陶瓷粒子和第四陶瓷粒子预先预热至指定的第一温度后，放入采空区模拟实验箱内密封；

步骤四、采集采空区模拟实验箱内初始条件下温度场分布：利用红外热像仪(17)和多个温度计(18)采集采空区模拟实验箱内初始条件下温度场分布数据，并将数据传输至计算机(19)；

步骤五、第一湿度且第一通风速度下采空区热湿风流交换模拟实验：关闭第一电磁阀(16)，打开第二电磁阀(15)，启动风机(10)，风流以第一通风速度输出，利用水雾发生器(11)对风流加湿，利用加热片(12)对风流加热，利用温湿度测量仪(13)测量第一通风速度下风流的温度和湿度，当第一通风速度下风流的温度达到第一温度且其湿度达到第一湿度时，打开第一电磁阀(16)，关闭第二电磁阀(15)，风流以第一温度、第一湿度且第一通风速度进入采空区模拟实验箱；

利用红外热像仪(17)和多个温度计(18)采集采空区模拟实验箱内当前温度场分布数据，并将数据传输至计算机(19)，计算机(19)获取风流扩散速度和路径范围；

步骤六、第一湿度且第二通风速度下采空区热湿风流交换模拟实验：关闭第一电磁阀(16)，打开第二电磁阀(15)，启动风机(10)，风流以第二通风速度输出，利用水雾发生器(11)对风流加湿，利用加热片(12)对风流加热，利用温湿度测量仪(13)测量第二通风速度下风流的温度和湿度，当第二通风速度下风流的温度达到第一温度且其湿度达到第一湿度时，打开第一电磁阀(16)，关闭第二电磁阀(15)，风流以第一温度、第一湿度且第二通风速度进入采空区模拟实验箱；

利用红外热像仪(17)和多个温度计(18)采集采空区模拟实验箱内当前温度场分布数据，并将数据传输至计算机(19)，计算机(19)获取风流扩散速度和路径范围；

其中，第二通风速度不等于第一通风速度；

步骤七、第二湿度且第一通风速度下采空区热湿风流交换模拟实验：关闭第一电磁阀(16)，打开第二电磁阀(15)，启动风机(10)，风流以第一通风速度输出，利用水雾发生器(11)对风流加湿，利用加热片(12)对风流加热，利用温湿度测量仪(13)测量第一通风速度下风流的温度和湿度，当第一通风速度下风流的温度达到第一温度且其湿度达到第二湿度时，打开第一电磁阀(16)，关闭第二电磁阀(15)，风流以第一温度、第二湿度且第一通风速度进入采空区模拟实验箱；

利用红外热像仪(17)和多个温度计(18)采集采空区模拟实验箱内当前温度场分布数据，并将数据传输至计算机(19)，计算机(19)获取风流扩散速度和路径范围；

其中，第二湿度不等于第一湿度；

步骤八、更新采空区模拟实验箱内孔隙率，重复步骤二至步骤七，获取采空区模拟实验箱内不同孔隙率下的风流扩散速度和路径范围。