一種綜放面多種通風方式下的採空區流場模擬實驗裝置的製作方法

2023-06-25 16:04:16 3

專利名稱：一種綜放面多種通風方式下的採空區流場模擬實驗裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種綜放面採空區流場模擬實驗，尤其是涉及一種綜放面多種通風方式下的採空區流場模擬實驗裝置，適用於不同通風模式下判斷分析採空區漏風流場、瓦斯流場，選擇合適的通風方式，屬煤礦安全設備技術領域。
背景技術：
在礦井生產過程中，綜放面通風系統是礦井通風系統的重要組成部分，其選擇合理與否直接影響整個礦井的安全生產及經濟效益。我國幾乎所有的礦井都是瓦斯礦井，隨著煤炭開採深度的增加，瓦斯成為制約礦井安全生產的重要因素。我國煤礦主要通過通風來稀釋瓦斯和抽採瓦斯瓦斯兩種手段來治理瓦斯，而不同的綜採面通風方式對採空區瓦斯流場和漏風流場及排放瓦斯能力有著直接影響。 目前，我國煤礦綜放面主要有U型、U+I型、U+II型、U+L型、Y型、W型、E型、Z型等幾種常見的通風方式，在礦井生產過程中通風方式的選擇一般用經驗來判斷，並不是根據風排瓦斯及抽採能力來選擇通風系統及通風參數，造成高瓦斯礦井在相當一段時間內仍然面臨著瓦斯威脅，或者採空區漏風太大，造成採空區遺煤自燃，嚴重影響煤礦安全高效開採。同時，由於採空區內部有大量的垮落巖石，煤壁發生片幫，而且採空區內部空氣中的氧氣含量比較低，人員很難進入採空區對其進行實測來研究採空區流場，加上現場實測如實現不同通風系統之間的轉變，需要消耗巨大的人力和財力，會影響工作面的正常生產過程，無法保證順利的進行研究。因此，模擬實驗研究綜放面不同通風方式不同參數下採空區瓦斯流場和漏風流場規律，並對比研究不同通風方式和參數條件下採空區瓦斯流場和漏風流場的耦合關係，最終根據現場實際條件確定不同通風方式下的臨界值，指導現場實際工作中綜放面通風方式選擇以及通風參數優化的確定，實現高效安全的通風系統，為煤礦綜放面瓦斯防治和採空區防火提供科學的技術指導。
發明內容本發明的目的是為克服上述現有技術的不足之處，提供一種綜放面多種通風方式下的採空區流場模擬實驗裝置，用於模擬實驗研究綜放面不同通風方式不同參數下採空區瓦斯流場和漏風流場規律，並對比研究不同通風方式和參數條件下採空區瓦斯流場和漏風流場的耦合關係，對巷道、綜放面、採空區進行了相似模擬，通過該試驗裝置對不同通風條件下的有關參數進行對比分析，得出不同通風方式下採空區流場的流動規律，指導現場實際工作中綜放面通風方式選擇以及通風參數優化的確定，實現高效安全的通風系統，為煤礦綜放面瓦斯防治和採空區防火提供科學的技術指導。本發明是以如下技術方案實現的一種綜放面多種通風方式下的採空區流場模擬實驗裝置，其特徵是該裝置包括有模型主體、風機動力系統、瓦斯源系統及測試系統；所述的模型主體內有模擬工作面，模擬工作面後方有支架，模擬工作面上還分別設有進風巷管、迴風巷管、通風管和迴風管，同時設有內錯尾巷管和外錯尾巷管；所述的風機動力系統包括有風機，風機與迴風巷管相連接；所述的瓦斯源系統包括有瓦斯瓶，瓦斯瓶通過減壓閥連接到分流穩壓器，然後與通過流量計相連的鄰近層瓦斯釋放板和底層瓦斯釋放板，將瓦斯注入採空區；所述的測試系統包括有抽氣泵、水隔氣室，水隔氣室布有多個水隔氣室抽氣管，通過採樣支架上的多個U型管與採空區氣體採樣管連接。所述的風機可以與迴風巷管、迴風管和通風管多個巷道管相連。所述的迴風巷管同時也是Y型通風方式和W型通風兩進一回通風方式的進風巷管。所述的鄰近層瓦斯釋放板和底層瓦斯釋放板上均設有瓦斯釋放孔。所述的U型管在一端封閉，另一端設有採集採空區氣體的取樣管。本發明的有益效果是在實驗室建立模擬實驗裝置，進行U型、U型、U+I型、U+II型、U+L型、Y型、W型、E型等多種通風方式下綜放面採空區流場的實驗研究，客服了實際現場工作中的難測試和難觀察的困難，實驗模型密封好，與現場實際有很高的相似度；通過調節控制閥門來實現多種通風方式的轉換，操作方便簡單，設備成本較低；實驗模型主體採用有機玻璃，便於觀測和分析流場流動情況，實驗形象直觀；根據需要研究多種通風方式下採空區瓦斯流場和漏風流場的規律，配合煤礦現場全面考察多種通風方式的有關參數，對不同通風下的相關參數進行對比研究，指導煤礦現場綜放面通風方式的選擇，為綜放面瓦斯治理和採空區防火提供提供科學的技術依據。
以下結合附圖
和實施例對本發明作進一步詳細說明圖I是本發明的結構示意圖；圖2是實驗裝置的A-A剖面圖；圖3是實驗裝置的橫剖圖；圖4是鄰近層多孔瓦斯釋放板結構示意圖；圖5是底層多孔瓦斯釋放板結構示意圖；圖6是採樣系統原理圖；圖中，I.模擬工作面，2.進風巷管，3.迴風巷管，4.通風管，5.內錯尾巷管，6.夕卜錯尾巷管，7.控制閥，8.模型主體，9.鄰近層瓦斯釋放板，10.底層瓦斯釋放板，11.穩壓分流器，12.流量計，13.瓦斯瓶，14.減壓閥，15.風機，16.採樣支架，17. U型管，18.採空區氣體採樣管，19.水隔氣室抽氣管，20.水隔氣室，21.抽氣泵，22.迴風管，23.支架，24.鄰近層瓦斯釋放板瓦斯釋放孔，25.底層瓦斯釋放板瓦斯釋放孔，26.取樣管。
具體實施方式
如圖I所示，本實用新型綜放面多種通風方式下的採空區流場模擬實驗裝置，包括模型主體8，模型主體8內部有模擬工作面I和充填的泡沫材料,採空區泡沫的填充以《礦山壓力與巖層控制》理論為依據，冒落帶冒落巖石用泡沫小球和碎狀泡沫堆砌，用體積計算的方式，在壓實區和「0」型圈分別堆積不同壓實特性的泡沫，使滿足冒落帶孔隙率和滲透率的分布特徵，裂隙帶按照採動圍巖裂隙存在豎向裂隙和離層裂隙的特點，用塊狀泡沫填充，並在其上面施加一定的壓力，使滿足裂隙帶裂隙分布規律；進風巷管2與模擬工作面I進風端相連，通過進風端與採空區相通，模擬向採空區內部漏風，迴風巷管3與模擬工作面I迴風端相連，模擬風排瓦斯經迴風巷管3後通過風機15排出，內錯尾巷管5和外錯尾巷管6與模型主體8相連通，模擬採空區瓦斯排出；瓦斯源系統，瓦斯通過瓦斯瓶13輸入穩壓分流器11，通過流量計12與鄰近層瓦斯釋放板9和底層瓦斯釋放板10相連，將瓦斯氣體注入採空區。 圖2和圖3所示，通過選擇不同的巷道管道，可以模擬不同通風方式下採空區流場，如U型通風，打開布置在進風巷管2、迴風巷管3上的控制閥7，進風巷管2進風，迴風巷管3迴風，實現綜放面U型通風方式，同時可以再進風側布置按實驗需要布置多個進風巷管2，實現不同綜放面長度U型通風方式；U+I型通風，打開布置在內錯尾巷5上的控制閥門7，同時按上述U型通風方式各操作方式，使進風巷管2進風，迴風巷管3及內錯尾巷管5迴風，實現綜放面U+I型通風方式，同時可以布置在不同位置布置多個內錯尾巷管5，實現不同位置下的U+I型通風方式；U+II型通風，打開布置在內錯尾巷管5上的控制閥門7，同時 按U+I通風方式各操作方式，布置兩個內錯尾巷管5，實現綜放面U+II型通風方式，同時可以布置在不同位置布置多個內錯尾巷管5，實現不同位置的U+II型通風模式；U+L型通風，打開布置在外錯尾巷管6上的控制閥門7，進風巷管2進風，迴風巷管3及外錯尾巷6迴風，實現綜放面U+L型通風方式；Y型通風，打開布置在進風巷管2、迴風巷管3和迴風管22上的控制閥門7，進風巷管2和迴風巷管3進風，迴風管22迴風，實現綜放面Y型通風；W型通風，打開布置在通風管4、進風巷管2和迴風巷管3上的控制閥7,進風巷管2和迴風巷管3進風，通風管4迴風，實現綜放面兩進一回式W型通風方式，通風管4進風，進風巷管2和迴風巷管3迴風，實現綜放面一進兩回式W型通風方式；E型通風，打開布置在通風管4、進風巷管2和迴風巷管3上的控制閥7，進風巷管2和通風管4進風，迴風巷管3迴風，實現綜放面E型通風方式；Z型通風，打開迴風管22和進風巷管2上的控制閥7，迴風管22進風，進風巷管2迴風，實現綜放面前進式Z型通風，進風巷管2進風、迴風管22迴風，實現綜放面後退式Z型通風。如圖6所示，在模擬採空區內部分層布置多個採樣點，為了同時採集多個採樣點的氣體，U型管17、採空區氣體採樣管18、水隔氣室抽氣管19、隔氣室20、抽氣泵21構成一個複雜的採樣系統，隔氣室20裝一定容量的水，將多個水隔氣室抽氣管19插入水中，另一端與U型管17相連，採樣開始時，觀察水隔氣室抽氣管19下端是否冒泡，確定管路是否暢通，開啟抽氣泵21，當抽氣泵21的抽氣量大於所有採空區氣體採樣管18的進氣量時，則U型管17內的水柱由平衡位置逐漸向A處上升，當到達A處時，關閉抽氣泵21，水隔氣室20將水隔氣室抽氣管19內的氣流隔斷，U型管內由於有h水柱的壓差，使採空區氣體採樣管18氣流向U型管內流動，直到平衡為止，則採樣停止。再從取樣管26處用注射器取出氣樣，用色譜儀分析採空區內部氣體濃度值。同時，利用補償式微壓計測出各點壓力。
權利要求1.一種綜放面多種通風方式下的採空區流場模擬實驗裝置，其特徵是該裝置包括有模型主體、風機動力系統、瓦斯源系統及測試系統；所述的模型主體(8)內有模擬工作面(1)，模擬工作面後方有支架(23)，模擬工作面上還分別設有進風巷管(2)、迴風巷管(3)、通風管(4)和迴風管(22)，同時設有內錯尾巷管(5)和外錯尾巷管(6);所述的風機動力系統包括有風機(15)，風機與迴風巷管(3)相連接；所述的瓦斯源系統包括有瓦斯瓶(13)，瓦斯瓶通過減壓閥(14)連接到分流穩壓器(11 )，然後與通過流量計(12)相連的鄰近層瓦斯釋放板(9)和底層瓦斯釋放板(10)，將瓦斯注入採空區；所述的測試系統包括有抽氣泵(21)、水隔氣室(20)，水隔氣室布有多個水隔氣室抽氣管(19)，通過採樣支架(16)上的多個U型管(17)與採空區氣體採樣管(18)連接。
2.根據權利要求I所述的一種綜放面多種通風方式下的採空區流場模擬實驗裝置，其特徵是所述的風機(15)可以與迴風巷管(3)、迴風管(22)和通風管(4)多個巷管道管相連。
3.根據權利要求I所述的一種綜放面多種通風方式下的採空區流場模擬實驗裝置，其特徵是所述的迴風巷管(3)同時也是Y型通風方式和W型通風方式兩進一回通風方式的進風巷管。
4.根據權利要求I所述的一種綜放面多種通風方式下的採空區流場模擬實驗裝置，其特徵是所述的鄰近層瓦斯釋放板(9)和底層瓦斯釋放板(10)上均設有瓦斯釋放孔。
5.根據權利要求I所述的一種綜放面多種通風方式下的採空區流場模擬實驗裝置，其特徵是所述的U型管(17)在一端封閉，另一端設有採集採空區氣體的取樣管(26)。
專利摘要本實用新型涉及一種綜放面多種通風方式下的採空區流場模擬實驗裝置，該裝置包括有模型主體、風機動力系統、瓦斯源系統及測試系統；所述的模型主體內有模擬工作面，模擬工作面後方有支架，模擬工作面上還分別設有進風巷管、迴風巷管、通風管和迴風管，同時設有內錯尾巷管和外錯尾巷管；所述的風機動力系統包括有風機，風機與迴風巷管相連接；所述的瓦斯源系統包括有瓦斯瓶，瓦斯瓶通過減壓閥連接到分流穩壓器，然後與通過流量計相連的鄰近層瓦斯釋放板和底層瓦斯釋放板，將瓦斯注入採空區；所述的測試系統包括有抽氣泵水隔氣室，水隔氣室布有多個水隔氣室抽氣管，通過採樣支架上的多個U型管與採空區氣體採樣管連接。
文檔編號E21F1/02GK202560284SQ20122009008
公開日2012年11月28日 申請日期2012年3月12日 優先權日2012年3月12日
發明者楊勝強, 秦毅, 宋萬新, 馬旭東, 王麗斌, 牛傑, 嚴家程, 楊相玉 申請人:徐州中礦安達礦山科技有限公司