[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

说明书

本发明公开了一种高地温矿井采空区热湿风流交换模拟实验方法，包括步骤：一、根据采空区模拟实验箱内孔隙率称取陶瓷粒子；二、陶瓷粒子预热；三、采集采空区模拟实验箱内初始条件下温度场分布；四、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；五、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；六、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；七、更新采空区模拟实验箱内孔隙率，获取不同孔隙率下的风流扩散速度和路径范围。本发明通过模拟热湿风流交换，了解采空区内部高温分布特点，为高地温矿井采空区煤自燃的防治提供理论依据。

技术领域

本发明属于高地温矿井采空区模拟技术领域，具体涉及一种高地温矿井采空区热湿风流交换模拟实验方法。

背景技术

煤炭作为我国的主要能源之一，随着经济社会的不断发展，煤炭资源消耗量增大，煤矿开采逐渐向深部发展。随着矿井深度的增加，地温逐渐升高导致矿井内部空气及巷道壁面温度逐渐上升；随着开采技术的不断发展，煤炭的高效开采以及机械化程度大大提升，提高了煤炭生产量，从而使得矿井的高温高湿问题逐渐凸显，增加了煤层自燃的可能性。采空区内留有大量遗煤，当采空区内持续供氧，并有良好的蓄热条件时，高地温矿井更容易造成煤自燃现象。由于采空区范围大，结构极其复杂，内部遗煤不均匀分布，并且难以实现监测预警。

由于采空区范围较大，探测采空区高温区域位置需要对采空区内部松散煤体的煤自燃演变过程进行深入研究，而目前现场缺少对该问题的检测方式，建立相似模拟实验系统是研究工作面采空区内部流场分布以及煤自燃规律方法之一，通过相似模拟实验对工作面采空区流场和煤自燃演变过程进行研究，明确采空区内流场的分布、温度场分布、热量传递过程及影响矿井采空区内部高温区域位置分布的各种因素，从而为实际条件下采空区高温区域的定位、其动态发展变化的过程以及高地温采空区煤自燃的防治提供理论和实验支撑。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种高地温矿井采空区热湿风流交换模拟实验方法，其设计新颖合理，预热陶瓷粒子模拟高地温矿井采空区，利用孔隙率模拟高地温矿井不同开采状态，通过模拟不同通风条件不同湿度风流交换，了解采空区内部高温分布特点，用于深井高地温矿井的复杂条件下工作面热湿风流与采空区遗煤的热交换作用，以便模拟采空区内部煤自燃演变过程，为高地温矿井采空区煤自燃的防治提供理论依据，便于推广使用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：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、设置在保温箱内的矿井采空区模拟实验台和设置在保温箱外的热湿风流发生机构，所述保温箱的顶部为透明结构，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、以及分别设置在工作面巷道两端且均与工作面巷道连通的进风巷和回风巷，所述采空区模拟实验箱和工作面巷道通过镂空板连通，所述采空区模拟实验箱内沿长度方向两端为风巷填充区，所述采空区模拟实验箱内位于两个风巷填充区之间且沿长度方向依次划分为采空区第一填充区、采空区第二填充区和采空区第三填充区，采空区第一填充区靠近工作面巷道划分，采空区第一填充区内填充有第一陶瓷粒子，采空区第二填充区内填充有第二陶瓷粒子，采空区第三填充区内填充有第三陶瓷粒子，风巷填充区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连通的进风管道、安装在进风管道远离进风巷一端的风机和安装在保温箱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，回风管的一端与进风管道靠近进风巷的一端连通，回风管的另一端与风机连通，进风管道靠近进风巷的一端安装有第一电磁阀，回风管与进风管道连通的一端安装有第二电磁阀，进风管道位于回风管和风机之间的管段上安装有水雾发生器、加热片和温湿度测量仪；