[发明专利]综放工作面非均质采空区流场模拟实验方法

摘要

本发明涉及综放工作面非均质采空区流场模拟实验方法，技术方案是，A、安装模拟实验装置；B、模拟开采；通过千斤顶移动滑车，形成模拟的采空区，顶部相似岩层开始冒落后，开启冒落区域下方的加热管，升温至200‑300℃，同时通过热电偶监控采空区实时温度，并间隔一定时间通过抽气管对冒落区域进行抽气取样，并编号及备注信息，把收集的气样运到实验室用气相色谱仪化验气体成分，完成采空区温度及气体实验数据的获取，本发明根据现场煤岩层情况，在箱体和滑车上铺设相似煤岩层，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。

主权项

1.一种综放工作面非均质采空区流场模拟实验方法，其特征在于，包括以下步骤：A、安装模拟实验装置所述的模拟实验装置包括箱体(1)，箱体(1)为中空结构，箱体的前面板(11a)上设置有内外贯通的滑车出入口(29)，箱体内水平设置有沿滑车出入口(29)伸出箱体的轨道(7)，轨道(7)上设置有滑车(2)，滑车(2)上设置有用于驱动其沿轨道滑动的千斤顶(14)，滑车(2)顶部设置有水平的顶板(10)，顶板(10)前端设置有向下伸出的工作面挡板(19)，顶板(10)两侧设置有向下竖直伸出的侧挡板(30)，侧挡板(30)下端面下方的箱体内填充有底部相似岩层(3a)，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(4)，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(4)上方的箱体内填充有顶部相似岩层(3b)，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(31)；两侧的侧挡板(30)内侧面上分别设置有沿纵向布置的进风巷道(9a)和回风巷道(9b)，工作面挡板(19)内侧设置有沿横向布置的工作面巷道(18)，进风巷道(9a)和回风巷道(9b)分别与工作面巷道(18)的两端相连通，构成U型通风结构，工作面挡板(19)下部均布有多个与工作面巷道相连通的漏风孔(21)，进风巷道、回风巷道、工作面巷道及漏风孔构成采空区的模拟漏风系统，回风巷道(9b)的出风口与鼓风机相连；箱体(1)的底板(6)上沿滑车滑动方向设置有多组均布的加热孔(20a)，加热孔(20a)上方的底部相似岩层内设置有与模拟煤层空间(31)相连通的加热通道(32a)，加热通道(32a)内装有加热管(25)，加热孔(20a)四周在底板上设置有均布的多个抽气测温孔(20b)，抽气测温孔(20b)上方的底部相似岩层内设置有与模拟煤层空间(31)相连通的抽气测温通道(32b)，抽气测温通道(32b)内分别设置有热电偶(22)和抽气管(23)；所述的热电偶(22)和抽气管(23)的下端均伸出抽气测温孔(20b)，热电偶的输出端与温度采集器相连，抽气管(23)的下端与真空泵连接，热电偶(22)、抽气管与抽气测温孔之间设置有密封(24)；安装时，首先把滑车从箱体中拉出，在箱体底板上布置加热管、热电偶、抽气管，把滑车推到箱体内，使得加热管、热电偶、抽气管的上端低于工作面挡板以及侧挡板的下端面，把滑车拉出箱体，在底板上铺设底部相似岩层(3a)，并在相似岩层上铺5mm厚的煤层，把滑车在箱体内来回移动，使得相似岩层上部5mm厚的煤层与工作面挡板以及侧挡板的下端面紧密接触，把滑车推至箱体最里端，然后在工作面挡板、侧挡板与箱体内壁之间填充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，再在煤层上填充顶部相似岩层3b；B、模拟开采根据设计步距和设计间隔时间，通过千斤顶移动滑车，形成模拟的采空区(28)，同时开启鼓风机，风流从进风巷道(9a)进入，经过工作面巷道(18)从回风巷道(9b)排出，在经过工作面巷道时，风流通过漏风孔(21)向采空区漏风，形成采空区漏风流场；随着滑车的移动，顶部相似岩层失去顶板的支撑，矿压作用逐步增大，当达到顶部相似岩层的破坏极限时，即产生变形破坏，直至垮落，从而模拟采空区冒落的场景，顶部相似岩层开始冒落后，开启冒落区域下方的加热管，升温至200‑300℃，同时通过热电偶监控采空区实时温度，并间隔一定时间通过抽气管对冒落区域进行抽气取样，并编号及备注信息，把收集的气样运到实验室用气相色谱仪化验气体成分，分析O2、N2、CO、CO2、CH4、C2H6、C2H4、C3H8、C2H2气体的体积分数，即可完成采空区温度及气体实验数据的获取。