专利名称：一种综放面多种通风方式下的采空区流场模拟实验装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种综放面采空区流场模拟实验，尤其是涉及一种综放面多种通风方式下的采空区流场模拟实验装置，适用于不同通风模式下判断分析采空区漏风流场、瓦斯流场，选择合适的通风方式，属煤矿安全设备技术领域。
背景技术：
在矿井生产过程中，综放面通风系统是矿井通风系统的重要组成部分，其选择合理与否直接影响整个矿井的安全生产及经济效益。我国几乎所有的矿井都是瓦斯矿井，随着煤炭开采深度的增加，瓦斯成为制约矿井安全生产的重要因素。我国煤矿主要通过通风来稀释瓦斯和抽采瓦斯瓦斯两种手段来治理瓦斯，而不同的综采面通风方式对采空区瓦斯流场和漏风流场及排放瓦斯能力有着直接影响。 目前，我国煤矿综放面主要有U型、U+I型、U+II型、U+L型、Y型、W型、E型、Z型等几种常见的通风方式，在矿井生产过程中通风方式的选择一般用经验来判断，并不是根据风排瓦斯及抽采能力来选择通风系统及通风参数，造成高瓦斯矿井在相当一段时间内仍然面临着瓦斯威胁，或者采空区漏风太大，造成采空区遗煤自燃，严重影响煤矿安全高效开采。同时，由于采空区内部有大量的垮落岩石，煤壁发生片帮，而且采空区内部空气中的氧气含量比较低，人员很难进入采空区对其进行实测来研究采空区流场，加上现场实测如实现不同通风系统之间的转变，需要消耗巨大的人力和财力，会影响工作面的正常生产过程，无法保证顺利的进行研究。因此，模拟实验研究综放面不同通风方式不同参数下采空区瓦斯流场和漏风流场规律，并对比研究不同通风方式和参数条件下采空区瓦斯流场和漏风流场的耦合关系，最终根据现场实际条件确定不同通风方式下的临界值，指导现场实际工作中综放面通风方式选择以及通风参数优化的确定，实现高效安全的通风系统，为煤矿综放面瓦斯防治和采空区防火提供科学的技术指导。
发明内容本发明的目的是为克服上述现有技术的不足之处，提供一种综放面多种通风方式下的采空区流场模拟实验装置，用于模拟实验研究综放面不同通风方式不同参数下采空区瓦斯流场和漏风流场规律，并对比研究不同通风方式和参数条件下采空区瓦斯流场和漏风流场的耦合关系，对巷道、综放面、采空区进行了相似模拟，通过该试验装置对不同通风条件下的有关参数进行对比分析，得出不同通风方式下采空区流场的流动规律，指导现场实际工作中综放面通风方式选择以及通风参数优化的确定，实现高效安全的通风系统，为煤矿综放面瓦斯防治和采空区防火提供科学的技术指导。本发明是以如下技术方案实现的一种综放面多种通风方式下的采空区流场模拟实验装置，其特征是该装置包括有模型主体、风机动力系统、瓦斯源系统及测试系统；所述的模型主体内有模拟工作面，模拟工作面后方有支架，模拟工作面上还分别设有进风巷管、回风巷管、通风管和回风管，同时设有内错尾巷管和外错尾巷管；所述的风机动力系统包括有风机，风机与回风巷管相连接；所述的瓦斯源系统包括有瓦斯瓶，瓦斯瓶通过减压阀连接到分流稳压器，然后与通过流量计相连的邻近层瓦斯释放板和底层瓦斯释放板，将瓦斯注入采空区；所述的测试系统包括有抽气泵、水隔气室，水隔气室布有多个水隔气室抽气管，通过采样支架上的多个U型管与采空区气体采样管连接。所述的风机可以与回风巷管、回风管和通风管多个巷道管相连。所述的回风巷管同时也是Y型通风方式和W型通风两进一回通风方式的进风巷管。所述的邻近层瓦斯释放板和底层瓦斯释放板上均设有瓦斯释放孔。所述的U型管在一端封闭，另一端设有采集采空区气体的取样管。本发明的有益效果是在实验室建立模拟实验装置，进行U型、U型、U+I型、U+II型、U+L型、Y型、W型、E型等多种通风方式下综放面采空区流场的实验研究，客服了实际现场工作中的难测试和难观察的困难，实验模型密封好，与现场实际有很高的相似度；通过调节控制阀门来实现多种通风方式的转换，操作方便简单，设备成本较低；实验模型主体采用有机玻璃，便于观测和分析流场流动情况，实验形象直观；根据需要研究多种通风方式下采空区瓦斯流场和漏风流场的规律，配合煤矿现场全面考察多种通风方式的有关参数，对不同通风下的相关参数进行对比研究，指导煤矿现场综放面通风方式的选择，为综放面瓦斯治理和采空区防火提供提供科学的技术依据。
以下结合附图
和实施例对本发明作进一步详细说明图I是本发明的结构示意图；图2是实验装置的A-A剖面图；图3是实验装置的横剖图；图4是邻近层多孔瓦斯释放板结构示意图；图5是底层多孔瓦斯释放板结构示意图；图6是采样系统原理图；图中，I.模拟工作面，2.进风巷管，3.回风巷管，4.通风管，5.内错尾巷管，6.夕卜错尾巷管，7.控制阀，8.模型主体，9.邻近层瓦斯释放板，10.底层瓦斯释放板，11.稳压分流器，12.流量计，13.瓦斯瓶，14.减压阀，15.风机，16.采样支架，17. U型管，18.采空区气体采样管，19.水隔气室抽气管，20.水隔气室，21.抽气泵，22.回风管，23.支架，24.邻近层瓦斯释放板瓦斯释放孔，25.底层瓦斯释放板瓦斯释放孔，26.取样管。
具体实施方式
如图I所示，本实用新型综放面多种通风方式下的采空区流场模拟实验装置，包括模型主体8，模型主体8内部有模拟工作面I和充填的泡沫材料,采空区泡沫的填充以《矿山压力与岩层控制》理论为依据，冒落带冒落岩石用泡沫小球和碎状泡沫堆砌，用体积计算的方式，在压实区和“0”型圈分别堆积不同压实特性的泡沫，使满足冒落带孔隙率和渗透率的分布特征，裂隙带按照采动围岩裂隙存在竖向裂隙和离层裂隙的特点，用块状泡沫填充，并在其上面施加一定的压力，使满足裂隙带裂隙分布规律；进风巷管2与模拟工作面I进风端相连，通过进风端与采空区相通，模拟向采空区内部漏风，回风巷管3与模拟工作面I回风端相连，模拟风排瓦斯经回风巷管3后通过风机15排出，内错尾巷管5和外错尾巷管6与模型主体8相连通，模拟采空区瓦斯排出；瓦斯源系统，瓦斯通过瓦斯瓶13输入稳压分流器11，通过流量计12与邻近层瓦斯释放板9和底层瓦斯释放板10相连，将瓦斯气体注入采空区。 图2和图3所示，通过选择不同的巷道管道，可以模拟不同通风方式下采空区流场，如U型通风，打开布置在进风巷管2、回风巷管3上的控制阀7，进风巷管2进风，回风巷管3回风，实现综放面U型通风方式，同时可以再进风侧布置按实验需要布置多个进风巷管2，实现不同综放面长度U型通风方式；U+I型通风，打开布置在内错尾巷5上的控制阀门7，同时按上述U型通风方式各操作方式，使进风巷管2进风，回风巷管3及内错尾巷管5回风，实现综放面U+I型通风方式，同时可以布置在不同位置布置多个内错尾巷管5，实现不同位置下的U+I型通风方式；U+II型通风，打开布置在内错尾巷管5上的控制阀门7，同时 按U+I通风方式各操作方式，布置两个内错尾巷管5，实现综放面U+II型通风方式，同时可以布置在不同位置布置多个内错尾巷管5，实现不同位置的U+II型通风模式；U+L型通风，打开布置在外错尾巷管6上的控制阀门7，进风巷管2进风，回风巷管3及外错尾巷6回风，实现综放面U+L型通风方式；Y型通风，打开布置在进风巷管2、回风巷管3和回风管22上的控制阀门7，进风巷管2和回风巷管3进风，回风管22回风，实现综放面Y型通风；W型通风，打开布置在通风管4、进风巷管2和回风巷管3上的控制阀7,进风巷管2和回风巷管3进风，通风管4回风，实现综放面两进一回式W型通风方式，通风管4进风，进风巷管2和回风巷管3回风，实现综放面一进两回式W型通风方式；E型通风，打开布置在通风管4、进风巷管2和回风巷管3上的控制阀7，进风巷管2和通风管4进风，回风巷管3回风，实现综放面E型通风方式；Z型通风，打开回风管22和进风巷管2上的控制阀7，回风管22进风，进风巷管2回风，实现综放面前进式Z型通风，进风巷管2进风、回风管22回风，实现综放面后退式Z型通风。如图6所示，在模拟采空区内部分层布置多个采样点，为了同时采集多个采样点的气体，U型管17、采空区气体采样管18、水隔气室抽气管19、隔气室20、抽气泵21构成一个复杂的采样系统，隔气室20装一定容量的水，将多个水隔气室抽气管19插入水中，另一端与U型管17相连，采样开始时，观察水隔气室抽气管19下端是否冒泡，确定管路是否畅通，开启抽气泵21，当抽气泵21的抽气量大于所有采空区气体采样管18的进气量时，则U型管17内的水柱由平衡位置逐渐向A处上升，当到达A处时，关闭抽气泵21，水隔气室20将水隔气室抽气管19内的气流隔断，U型管内由于有h水柱的压差，使采空区气体采样管18气流向U型管内流动，直到平衡为止，则采样停止。再从取样管26处用注射器取出气样，用色谱仪分析采空区内部气体浓度值。同时，利用补偿式微压计测出各点压力。
权利要求1.一种综放面多种通风方式下的采空区流场模拟实验装置，其特征是该装置包括有模型主体、风机动力系统、瓦斯源系统及测试系统；所述的模型主体(8)内有模拟工作面(1)，模拟工作面后方有支架(23)，模拟工作面上还分别设有进风巷管(2)、回风巷管(3)、通风管(4)和回风管(22)，同时设有内错尾巷管(5)和外错尾巷管(6);所述的风机动力系统包括有风机(15)，风机与回风巷管(3)相连接；所述的瓦斯源系统包括有瓦斯瓶(13)，瓦斯瓶通过减压阀(14)连接到分流稳压器(11 )，然后与通过流量计(12)相连的邻近层瓦斯释放板(9)和底层瓦斯释放板(10)，将瓦斯注入采空区；所述的测试系统包括有抽气泵(21)、水隔气室(20)，水隔气室布有多个水隔气室抽气管(19)，通过采样支架(16)上的多个U型管(17)与采空区气体采样管(18)连接。
2.根据权利要求I所述的一种综放面多种通风方式下的采空区流场模拟实验装置，其特征是所述的风机(15)可以与回风巷管(3)、回风管(22)和通风管(4)多个巷管道管相连。
3.根据权利要求I所述的一种综放面多种通风方式下的采空区流场模拟实验装置，其特征是所述的回风巷管(3)同时也是Y型通风方式和W型通风方式两进一回通风方式的进风巷管。
4.根据权利要求I所述的一种综放面多种通风方式下的采空区流场模拟实验装置，其特征是所述的邻近层瓦斯释放板(9)和底层瓦斯释放板(10)上均设有瓦斯释放孔。
5.根据权利要求I所述的一种综放面多种通风方式下的采空区流场模拟实验装置，其特征是所述的U型管(17)在一端封闭，另一端设有采集采空区气体的取样管(26)。
专利摘要本实用新型涉及一种综放面多种通风方式下的采空区流场模拟实验装置，该装置包括有模型主体、风机动力系统、瓦斯源系统及测试系统；所述的模型主体内有模拟工作面，模拟工作面后方有支架，模拟工作面上还分别设有进风巷管、回风巷管、通风管和回风管，同时设有内错尾巷管和外错尾巷管；所述的风机动力系统包括有风机，风机与回风巷管相连接；所述的瓦斯源系统包括有瓦斯瓶，瓦斯瓶通过减压阀连接到分流稳压器，然后与通过流量计相连的邻近层瓦斯释放板和底层瓦斯释放板，将瓦斯注入采空区；所述的测试系统包括有抽气泵水隔气室，水隔气室布有多个水隔气室抽气管，通过采样支架上的多个U型管与采空区气体采样管连接。
文档编号E21F1/02GK202560284SQ20122009008
公开日2012年11月28日 申请日期2012年3月12日 优先权日2012年3月12日
发明者杨胜强, 秦毅, 宋万新, 马旭东, 王丽斌, 牛杰, 严家程, 杨相玉 申请人:徐州中矿安达矿山科技有限公司