一种检测煤矿采空区瓦斯抽采对煤自燃影响的装置

技术领域

本发明属于煤层自燃防治技术领域；具体的说是涉及一种检测煤矿采空区瓦斯抽采对煤自燃影响的装置。

背景技术

高瓦斯矿井和易自燃煤层是煤矿安全生产过程中的两大威胁，特别对于高瓦斯易自燃的矿井,在进行瓦斯抽采减轻危害的同时，现有的瓦斯抽采技术会加剧采空区漏风，进而造成遗煤自燃，采空区瓦斯抽采技术已在我国得到了广泛应用，在负压抽采条件下，漏风的加剧势必会产生对采空区遗煤氧化升温的扰动效应，因此，通过具体的模拟装置，在不同的负压抽采条件下，展开采空区漏风动力和遗煤自燃特性的研究，找到合理的采空区瓦斯抽采条件，对协调瓦斯治理与煤自燃防治，保障煤矿安全生产工作顺利进行具有重要意义。

发明内容

本发明的发明目的：

主要是为了提供一种煤矿采空区瓦斯抽采对遗煤自燃影响的检测检验装置，在于试验研究在不同的瓦斯抽采量下，采空区遗煤的氧化升温进程中温度、气压、内部的空隙风压的变化，并通过对比分析，判定瓦斯抽采量对遗煤自燃的扰动效应。

本发明的技术方案为：

提供了一种检测煤矿采空区瓦斯抽采对煤自燃影响的装置，包括保温箱体，在保温箱体的下层设置有煤样反应室，在保温箱体的上层设置有负压室，在煤样反应室和负压室之间设置有裂隙模拟区，在负压室内设置有均流腔体，均流腔体直接与外部的抽风机相连接，在均流腔体和抽风机之间还依次设置有气体流量计、流量调节阀和U型水柱计，U型水柱计还直接与皮托管相连接，在保温箱体内部还设置有监测断面，监测断面内设置有监测点，监测点直接与外部的气相色谱仪相连接，煤样反应室内还设置有电加热棒，其直接与外部的温度控制仪相连接，温度控制仪和气相色谱仪直接与分析主机相连接。

在保温箱体的上部设置有保温盖板，且保温箱体的高度为1.6米。

在保温箱体的底部设置有钢结构筛网骨架，在钢结构筛网骨架的下部设置有工字钢。

所述的监测断面设置在保温箱体内部的裂隙模拟区和煤样反应室内，且从上而下等间距设置，监测断面的个数设置为五个。

在保温箱体内的煤样反应室设置有松散煤体，在裂隙模拟区内设置有碎石。

所述的均流腔体由孔板和倾斜的导板组成。

所述的煤样反应室内的电加热棒为均匀分布的四个。

在监测断面的监测点上设置有温度传感器。

本发明的有益效果是：

通过该试验装置可以实时监测煤矿采空区遗煤自燃氧化过程中温度、气体成分和气体相对压力的变化，辨识采空区内部漏风及自燃立体分布特征；同时通过不同抽采条件下煤样氧化升温进程分析，获得自燃临界抽采漏风速率，进而确定安全瓦斯抽采量；此外，通过固定抽采负压工况，监测自燃发生过程中导气管的流量及负压变化，确定自热松散煤体内的热风压效应。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的保温箱体的结构示意图。

图中；１为保温箱体；２为煤样反应室；３为裂隙模拟区；４为负压室；５为均流腔体；６为抽风机；７为气体流量计；８为Ｕ型水柱计；９为流量调节阀；10为皮托管；11为监测断面；12为监测点；13为气相色谱仪；14为电加热棒；15为温度控制仪；16为分析主机；17为保温盖板；18为筛网骨架；19为工字钢；20为碎石；21为孔板；22为导板；23为温度传感器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式做出详细的描述。

如图1～2所示，提供了一种检测煤矿采空区瓦斯抽采对煤自燃影响的装置，包括保温箱体1，在保温箱体1的下层设置有煤样反应室2，在保温箱体的上层设置有负压室4，在煤样反应室和负压室之间设置有裂隙模拟区3，在负压室4内设置有均流腔体5，均流腔体5直接与外部的抽风机6相连接，在均流腔体5和抽风机6之间还依次设置有气体流量计7、流量调节阀9和U型水柱计8，U型水柱计8还直接与皮托管10相连接，在保温箱体内部还设置有监测断面11，监测断面11内设置有监测点12，监测点12直接与外部的气相色谱仪13相连接，煤样反应室内还设置有电加热棒14，其直接与外部的温度控制仪15相连接，温度控制仪15和气相色谱仪13直接与分析主机16相连接。

在保温箱体1的上部设置有保温盖板17，且保温箱体的高度为1.6米；在保温箱体上部设置的保温盖板采用内嵌式水封处理，有效的确保了该装置在试验过程中的密封性能，而且为了验证煤样在低温氧化的过程中，由于煤样立体空间内温度梯度和气体密度之间存在差异，为了验证该差异所造成的压强变化，所以将该试验装置的保温箱体的高度设置为1.6米。

在保温箱体的底部设置有钢结构筛网骨架18，在钢结构筛网骨架的下部设置有工字钢19；通过设置筛网骨架使得保温箱体底部具有一定的承载强度，下部用工字钢托起以确保漏风风流均压分布于煤体空间。

所述的监测断面设置在保温箱体内部的裂隙模拟区3和煤样反应室2内，且从上而下等间距设置，监测断面11的个数设置为五个；采用该等间距设置的监测断面可使得监测取样过程更加均匀合理。

在保温箱体1内的煤样反应室2设置有松散煤体，在裂隙模拟区3内设置有碎石20。

所述的均流腔体5由孔板21和倾斜的导板22组成；设置有一定倾斜角的导板，以达到抽采负压作用均匀的目的，使得漏风空气均匀通过煤样反应室和裂隙模拟区，最终集中排出。

所述的煤样反应室2内的电加热棒14为均匀分布的四个；电加热棒与温度控制仪相连，可实时且均匀的进行试验装置的加热过程，以便及时控制煤体加热升温梯度。

在监测断面的监测点上设置有温度传感器；该监测点所监测到的数据通过温度传感器和气样采集装置，通过管路和气相色谱仪，在与主机分析单元相连，监测过程中可向检测孔口内放入导气管，连接U型水柱计，可以实现不同检测断面的气压变化过程的观测。

该煤体采空区检测试验装置的主要原理为通过模拟裂隙模拟区内碎石通过上部负压室的压力强度的改变而形成的碎石本身的压实程度的改变情况，模拟采空区上部覆岩的漏风通道形式，实时监测采空区遗煤自燃氧化过程中温度、气体成分、气体相对压力变化，辨识采空区内部漏风及自燃立体分布特征；同时通过不同抽采条件下煤样氧化升温进程分析，获得自燃临界抽采漏风速率，进而确定安全瓦斯抽采量；此外，通过固定抽采负压工况，监测自燃发生过程中导气管的流量及负压变化，确定自热松散体内的热风压效应。

该试验检测装置的检测流程为：

在实验开始之前对温度传感器23和气相色谱仪13进行校正，校正完毕后，将煤样自然堆积在煤样反应室2内，在煤样堆积过程中将含有温度传感器和气样采集装置的套管固定，同时调整和固定加热棒14的位置，随后在裂隙模拟区3填充碎石，碎石粒度自下而上逐渐增大，填充过程中同样将监测断面的套管固定；盖上保温盖板17后，打开抽出式通风机6，连接皮托管10和U型水柱计8，并根据气体流量计7和气体流量控制阀9调节实验工况点，在通过皮托管和U型水柱计进行测压时，首先将皮托管插入风筒中，正对风流方向，检测出风管内部的静压差，然后将皮托管连接至U型水柱计上通过U型水柱计检测出该风筒内的动压差，所述风流的相对全压就等于静压差和动压差的代数和，从而为试验提供了相应发风压数据。

然后将电加热棒14和温度传感器23与温度控制仪15相连，待实验工况点稳定后，在温度控制仪15上设定加热温度。主机分析单元即分析主机16开始记录分析煤的升温进程与气相色谱仪13所收集的气体成分变化，测试过程中通过向检测断面内开设的检测孔口放入导气管，连接U型水柱计记录不同断面的气体压力变化，观察不同抽采量下煤的自燃特性；待煤体上升至一定温度后，停止加热棒14加热，验证煤体内部由于不均衡温度场所形成的漏风动力。

本发明可以实时监测煤矿采空区遗煤自燃氧化过程中温度、气体成分和气体相对压力的变化，辨识采空区内部漏风及自燃立体分布特征；同时通过不同抽采条件下煤样氧化升温进程分析，获得自燃临界抽采漏风速率，进而确定安全瓦斯抽采量；此外，通过固定抽采负压工况，监测自燃发生过程中导气管的流量及负压变化，确定自热松散煤体内的热风压效应。