一种矿用泡沫流体材料防灭火特性测试装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及矿井安全领域，特别涉及一种矿用泡沫流体材料防灭火特性测试 装置。
【背景技术】
[0002] 煤炭自燃是煤矿生产中的主要自然灾害之一，它不仅烧毁或冻结大量煤炭资源， 而且常会引发重特大瓦斯爆炸灾害事故，造成人员伤亡和经济损失。目前用于矿井煤自燃 防治的方法主要有注浆、注惰气、注阻化剂、注凝胶和注泡沫等，这些技术在矿井煤自燃防 治中起到了重要的作用，其中泡沫流体材料防灭火效果显著，优点突出，不仅可以有效地防 治煤炭自燃，而且还能很好地封堵破碎煤体防止漏风，特别适用于采空区不明位置火源和 高冒区煤炭自燃的防治，是一种具有广阔应用前景和推广价值的新型矿用防灭火材料。而 泡沫流体压注是一个非常复杂的过程，为了使泡沫流体能够有效的到达需要封堵的裂隙及 高温火源点区域，有必要开展压注过程中其本身的渗流、扩散、运移规律研究；同时为了达 到灭火效果，必须对泡沫流体防灭火特性进行测试。目前学术上虽然有很多关于矿用防灭 火材料性能相关的研究，但是没有具体涉及到一种全面测试矿用泡沫流体防灭火特性的装 置与方法。如学者秦波涛在《防灭火三相泡沫流体特性实验研究》一文中虽有涉及泡沫流体 材料特性研究，但没有具体涉及到泡沫流体材料的防灭火特性，也没有提供一套成型的的 测试装置。中国专利申请号CN201220745453.3，公开日2013.07.03，公开了一种煤矿用堵漏 材料隔风性能测试装置，该发明装置虽然能够测试堵漏材料隔风性能，但是并不能用来研 究矿用泡沫流体材料渗流、扩散、运移规律以及降温效果。综上所述，有必要发明一套能够 全面测试矿用泡沫流体材料防灭火特性测试装置与方法。
【发明内容】
[0003] 为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种能够同时检测材料渗流规律、降温 特性以及堵漏风特性，并模拟测定出泡沫流体对隐蔽火源降温效果的矿用泡沫流体材料防 灭火特性测试装置。
[0004] 本实用新型解决上述问题的技术方案是:一种矿用泡沫流体材料防灭火特性测试 装置，包括升降式灌注装置、模型试验架、填充介质模型和监测装置，所述升降式灌注装置 与模型试验架连接完成泡沫流体的灌注，所述填充介质模型置于模型试验架内，填充介质 模型内埋设一个隐蔽高温火源点和多个土压力计、热电偶，所述土压力计、热电偶通过导线 与模型试验架外的检测系统相连。
[0005] 上述矿用泡沫流体材料防灭火特性测试装置中，所述模型试验架分为上半部分的 模拟区和下半部分的真空测试腔体，填充介质模型置于模拟区内，模拟区的侧壁上设有用 于连接升降式灌注装置的灌注口，模拟区的底板上设有与真空测试腔体相连通的连通孔， 真空测试腔体内设有抽屉，抽屉与真空测试腔体四周用玻璃胶密封。
[0006] 上述矿用泡沫流体材料防灭火特性测试装置中，所述模型试验架的模拟区为透明 的有机玻璃材质，模型试验架的真空测试腔体为木材质。
[0007] 上述矿用泡沫流体材料防灭火特性测试装置中，所述升降式灌注装置包括铁桶， 所述铁桶挂在升降梯上，铁桶的上部用绑带与起重机相连，铁桶的底部设有出口，所述出口 通过管道与模型试验架上的灌注口相连，管道上设有阀门。
[0008] 上述矿用泡沫流体材料防灭火特性测试装置中，所述监测装置包括渗流压力监测 系统、渗流扩散平面图像实时采集系统、真空腔室负压监测系统及隐蔽高温点温度监测系 统，所述渗流压力监测系统包括静态应变仪和第一计算机，第一计算机与静态应变仪相连， 静态应变仪与土压力计相连，所述渗流扩散平面图像实时采集系统包括动态分析仪和第二 计算机，第二计算机与动态分析仪相连，动态分析仪正对模型试验架设置，所述真空腔室负 压监测系统包括真空压力表和真空栗，真空压力表安装在真空测试腔体侧壁上，真空栗通 过真空测试腔体侧壁上的抽真空口与真空测试腔体相连，所述隐蔽高温点温度监测系统包 括数字测温表，数字测温表与热电偶相连。
[0009] 上述矿用泡沫流体材料防灭火特性测试装置中，所述填充介质模型中充填物为煤 颗粒和煤矸石岩石，并采用分层铺设。
[0010] 上述矿用泡沫流体材料防灭火特性测试装置中，所述隐蔽高温火源点为点燃的蜂 窝煤。
[0011] 本实用新型的有益效果在于：
[0012] 1、本实用新型装置只需完成一次模拟实验，就能够同时完成泡沫流体防灭火特性 三个指标的测定，其中包括渗流规律、降温特性以及堵漏风特性，大大降低了测定实验的繁 琐性，并且装置中设有隐蔽高温火源点，能够模拟测定出泡沫流体对隐蔽火源的降温效果。
[0013] 2、本实用新型装置中模型试验架的模型区为透明的有机玻璃材质，动态分析仪能 够直接从模型试验架表面观察到泡沫流体的渗流现象，通过埋设在模拟区内土压力计监测 到泡沫流体在填充介质模型内部的渗流情况，结合两组数据分析，能够真实的反应出泡沫 流体的渗流规律。
【附图说明】
[0014] 图1为本实用新型测试装置的结构示意图。
[0015] 图2为图1中填充介质模型的剖面图。
[0016] 图3为本实用新型的监测点布置示意图。
[0017] 图4为本实用新型测试装置测定无机固化泡沫流体粘度随时间变化曲线图。
[0018] 图5为本实用新型测试装置测得高温点底部、中间、上部(T1、T2、T3)温度变化曲线 图。
[0019] 图6为本发明测试装置测得真空测试腔体内压力随温度变化曲线图。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。
[0021] 如图1、图2所示，本实用新型的测试装置包括升降式灌注装置1、模型试验架2、填 充介质模型3和监测装置，所述升降式灌注装置1与模型试验架2连接完成泡沫流体的灌注， 所述填充介质模型3置于模型试验架2内，填充介质模型3内部不同层位、不同坐标处埋设一 个隐蔽高温火源点303和多个土压力计301、热电偶302,所述土压力计301、热电偶302通过 导线与模型试验架2外的检测系统相连。
[0022]所述模型试验架2分为上半部分的模拟区201和下半部分的真空测试腔体202,模 型试验架2的模拟区201为透明的有机玻璃材质，模型尺寸：长为1000mm、宽为800mm、高为 500mm，填充介质模型3置于模拟区201内，模拟区201的侧壁上设有用于连接升降式灌注装 置1的灌注口 204,模拟区201的底板上设有两排与真空测试腔体202相连通的连通孔203,每 排各5个、共10个;模型试验架2的真空测试腔体202为木材质，真空测试腔体202内设有抽 屉207，抽屉207与真空测试腔体202四周用玻璃胶密封。
[0023]所述升降式灌注装置1用来放置泡沫流体，其包括一个直径为800mm，高为800mm， 容积为400L的铁桶102,所述铁桶102挂在升降梯101上，铁桶102的上部用绑带与起重机相 连，可通过升降梯101实现不同的泡沫流体灌注压头，铁桶102的底部设有出口 103,所述出 口 103通过管道与模型试验架2上的灌注口 204相连，管道上设有阀门104。升降梯101为一垂 直放置的梯子，通过将铁桶102挂在升降梯101上不同的高度档位来实现铁桶102不同高度， 有不同的高度后就能靠重力作用使得泡沫流体流出，流出的时候就带有不同的压头。
[0024]所述填充介质模型3位于模拟区201内，如图3所示，煤柱模块及周边裂隙模块的相 似尺寸主要根据两方面来选择，其一是具体煤矿煤柱受到顶板压力作用而破碎变形后测量 得到的煤柱宽度;其二是根据采空区顶板垮落"0"型圈理论划定的周边裂隙范围分布，所有 模块中充填的煤颗粒和煤矸石岩石应去除杂色，整体呈深黑色。根据某矿现场实际情况，本 次实验煤柱模块中裂隙孔隙率设置为0.15;周边裂隙区域孔隙率设置为0.35,孔隙率的控 制采用体积填充法。整个填充介质模型3铺设高度为350mm，采用分层铺设，每层铺设高度为 50mm。根据图3所示在模型中间不同层位、坐标处埋设微型土压力计301、热电偶302(LB-3上 限1300°C，短时1600°C)、隐蔽高温火源点303。
[0025]所述监测装置包括渗流压力监测系统401、渗流扩散平面图像实时采集系统404、 真空腔室负压监测系统403及隐蔽高温点温度监测系统402,所述渗流压力监