一种煤层采空区瓦斯抽采自燃模拟实验装置的制作方法

本实用新型涉及一种煤层开采领域中的煤层采空区瓦斯抽采自燃模拟实验装置。

背景技术：

在煤层开采过程中，瓦斯会从煤、岩内涌出。近年来，随着采深的增加，高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井越来越多，瓦斯事故不断。目前，对瓦斯治理采取的主要措施就是瓦斯抽放，其中就包括采空区瓦斯抽放，但有些煤矿在进行采空区瓦斯抽放治理上隅角瓦斯超限问题的同时伴有煤炭自燃的危险，煤炭自燃是因为煤炭与空气接触后产生氧化，氧化释热量，当热量达到一定值时，煤炭就会自燃。

如果瓦斯抽放负压过小，进入采空区的空气较少，煤炭自燃的危险也会减小，但采空区内涌出到尚隅角的瓦斯就会增多，造成瓦斯超限报警影响生产和煤矿安全。因此，找到合适的瓦斯抽放与煤炭自燃之间的关系对于控制上隅角瓦斯超限和煤炭自燃至关重要。中国专利CN103775122B公开了一种“易自燃高瓦斯煤层采空区瓦斯抽采与煤炭自燃模拟实验装置”，该模拟实验装置包括U形工作面采煤系统、通风系统、瓦斯系统、抽采系统和数据测试采集系统，U形工作面由进风巷道、回风巷道、工作面、采空区等组成，通风系统包括抽出式通风机、附属装置，瓦斯系统包括瓦斯瓶、阀门、压力表、管路，抽采系统包括瓦斯抽放泵、抽放管、阀门、流量计、负压表，数据测试采集系统包括风俗传感器、温度传感器、co传感器、连接线、数据采集模块、电源、工控机和数据处理软件等。

进风巷道模拟真实回采施工中的进风巷道，回风巷道模拟真实回采施工中的回风巷道，采空区模拟真实工况中的采空区。该文件中记载，试验时，首先，将碎煤和大小不一的岩石散落到采空区，将数据测试采集系统、通风系统、瓦斯系统、抽放系统依次打开，试验开始，最后，当监测数据显示co已产生，温度已升高，可判断煤炭发生自燃时试验结束。现有的这种煤炭自燃模拟试验装置存在的问题在于：煤炭分布情况与真实的地下煤炭分布情况严重不符，煤炭分布过少，而导致煤炭基本不可能实现自燃，大量的煤炭与空气发生反应才有可能产生自燃现象，在真实的地下采煤环境中，采空区的底部、顶部和侧壁均由煤炭，另外进风巷道、回风巷道的顶部、底部和侧壁上也有煤炭，这样经进风巷道进入采空区的气流本身就已经具备较长温更高的温度，再加上采空区大量的煤炭，最终导致自燃现象，而在上述实验中仅是在采空区的底部散落一些碎煤，实际实验中，煤块很难产生自燃现象，数据上看就是co的浓度基本上不会增加；另外，现有技术中利用实体带模拟煤层，不仅会造成材料的浪费，也会导致其它设备无位置安放，而最终导致煤炭自燃模拟实验装置的整体占用较大空间。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种煤层采空区瓦斯抽采自燃模拟实验装置，以解决现有技术中仅在采空区底部放置煤块，煤块数量与真实回采施工中数量差异较大而无法形成自燃的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下：

一种煤层采空区瓦斯抽采自燃模拟实验装置，包括由两个侧壁通道和连接于两个侧壁通道之间的底部通道构成的U形通道，其中一个侧壁通道形成进风巷道，另外一个侧壁通道形成回风巷道，底部通道的内孔形成采空区， U形通道的顶部和底部通道壁上设置有用于放置煤块的存煤夹层，存煤夹层邻近U形通道内腔一侧的夹层壁上设置有透气孔，U形通道的侧部通道壁上设置有多层沿上下方向间隔布置的用于放置煤块的存煤板。

U形通道的侧部通道壁包括侧壁外层板和位于侧壁外层板内侧的侧壁内层板，各存煤板均转动装配于对应的侧壁内层板上，侧壁外层板、侧壁内层板之间设置有驱动存煤板转动的存煤板驱动机构，存煤板在转动过程中具有处于水平位置以用于存煤的存煤位和内侧倾斜朝向以使煤块滑落的泄煤位。

所述存煤板驱动机构包括沿竖向导向移动装配于侧壁内层板外侧的传动杆，传动杆上间隔布置有分别与各层存煤板相对应的存煤板钩杆，存煤板钩杆与传动杆垂直设置，存煤板驱动机构还包括设置于侧壁外层板、侧壁内层板之间的减速电机，减速电机的动力输出端设置有传动齿轮，传动杆的底部设置有与所述传动齿轮啮合传动的齿条。

侧壁内层板上设置有与存煤板一一对应设置的沿水平方向延伸的条形安装槽，各存煤板的两端分别转动装配于对应条形安装槽的两侧壁上，存煤板上设置有用于与对应条形安装槽的上槽沿挡止配合以将存煤板挡止于存煤位并防止煤块进入侧壁外层板、侧壁内层板之间的限位挡板，限位挡板与存煤板垂直布置。

两个侧壁通道之间形成空的安置区，所述安置区内设置有向所述采空区供应瓦斯的瓦斯罐，安置区内还放置有瓦斯抽放泵。

U形通道的顶部的存煤夹层的上侧夹层壁为可翻转启开式夹层壁。

U形通道的底部的存煤夹层的上侧夹层壁为可翻转启开式夹层壁。

本实用新型的有益效果为：本实用新型中，整个U形通道的顶部和底部通道壁上均设置有用于放置煤块的存煤夹层，也就是说无论是进风巷道、回风巷道、采空区的顶部和底部均可以在存煤夹层中放置煤块，存煤夹层放煤，一方面可以保证放煤量，另外一方面也可以不影响U形通道底部的正常行走，方便实验人员在U形通道内走路，另外通过在进风巷道、回风巷道和采空区的侧壁上通过存煤板放置煤块，真正的实现了模拟地下回采过程中各煤块分布状态，有利于自燃的真正形成。

附图说明

图1是本实用新型的一个实施例的结构示意图；

图2是图1中进风巷道的结构示意图；

图3是图1中采空区的侧壁的结构示意图；

图4是图2中侧壁内层板的结构示意图；

图5是图2中存煤板的结构示意图；

图6是图2中的A处放大图；

图7是图6中存煤板处于卸煤位时的状态示意图；

图8是图2中传动杆的结构示意图。

具体实施方式

一种煤层采空区瓦斯抽采自燃模拟试验装置的实施例如图1~8所示：包括由两个侧壁通道和连接于两个侧壁通道之间的底部通道构成的U形通道，其中一个侧壁通道的内孔形成进风巷道7，另外一个侧壁通道的内孔形成回风巷道6，底部通道的内孔形成采空区2，回风巷道的巷道口处设置有巷道口封板9，巷道口封板上设置有抽出式通风机8。两个侧壁通道之间形成空的安置区5，安置区内设置有向采空区供应瓦斯的瓦斯罐4，安置区内还放置有瓦斯抽放泵3，瓦斯抽放泵通过气管与采空区相连。U形通道的顶部和底部通道壁上设置有用于放置煤块的存煤夹层，也就是说进风巷道、回风巷道和采空区的顶部和底部均设置有存煤夹层，U形通道的顶部的存煤夹层的上侧夹层壁为可翻转启开式夹层壁，U形通道的底部的存煤夹层的上侧夹层壁为可翻转启开式夹层壁，可翻转启开式夹层壁包括由可翻转的盖板1构成，通过翻转盖板可以打开存煤夹层，然后向存煤夹层中放入煤块后，再盖上翻转盖板，存煤夹层邻近U形通道内腔一侧的夹层壁14上设置有透气孔13。

U形通道的侧部通道壁包括侧壁外层板20和位于侧壁外层板内侧的侧壁内层板17，各存煤板16均转动装配于对应的侧壁内层板17上，侧壁外层板20、侧壁内层板17之间设置有驱动存煤板16转动的存煤板驱动机构，存煤板在转动过程中具有处于水平位置以用于存煤的存煤位和内侧倾斜朝向以使煤块滑落的泄煤位。存煤板驱动机构包括沿竖向导向移动装配于侧壁内层板外侧的传动杆18，侧壁内层板上设置有供传动杆沿上下方向导向装配的导向套19，传动杆为方杆结构，导向套19的内孔为与方杆适配的方孔，传动杆18上间隔布置有分别与各层存煤板相对应的存煤板钩杆28，存煤板钩杆28与传动杆18垂直设置，存煤板驱动机构还包括设置于侧壁外层板20、侧壁内层板17之间的减速电机23，减速电机23的动力输出端设置有传动齿轮22，减速电机中的电机为自锁电机，传动杆18的底部设置有与所述传动齿轮啮合传动的齿条21。侧壁内层板上设置有与存煤板一一对应设置的沿水平方向延伸的条形安装槽27，各存煤板的两端分别转动装配于对应条形安装槽的两侧壁上，存煤板16上设置有用于与对应条形安装槽的上槽沿挡止配合以将存煤板挡止于存煤位并防止煤块进入侧壁外层板、侧壁内层板之间的限位挡板15，限位挡板与存煤板垂直布置。

在采空区还设置有温度传感器和CO传感器。采空区的侧壁结构如图3所示，采空区的侧壁结构与进风巷道、回风巷道的区别在于，采空区的外侧罩了一层外壳24，外壳与采空区的侧壁间形成瓦斯缓冲空间26，瓦斯罐与瓦斯缓冲空间相连，瓦斯进入瓦斯缓冲空间内后，经采空区的侧壁外层板上的瓦斯气孔25进入采空区。

使用时，通过翻转盖板将对应的存煤夹层打开，可以在U形通道的顶部和底部设置煤块，存煤板驱动机构的减速电机带动传动杆18下移，传动杆上的各存煤板钩杆28分别钩着对应的存煤板翻转，止转，限位挡板15与对应条形安装槽的上槽沿挡止配合，此时存煤板处于存煤位，可以在各层的存煤板上放置煤块，以模拟地下回采过程中巷道壁侧壁及采空区侧壁上也分布有煤块的真实环境，存煤夹层中的煤块模拟了地下回采过程中巷道顶底及采空区顶底也分布有煤块的真实环境，向采空区内释放瓦斯，瓦斯抽放泵对瓦斯进行抽放模拟真实工况中的瓦斯抽放，抽出式通风机工作模拟真实环境中的巷道风，空气与煤块接触氧化升温，大量的升温会导致煤块自燃，通过对CO的监测来判断自燃的出现时刻，从而找出煤块自燃与瓦斯抽放的关系。