一种模拟煤矿采动裂隙中颗粒沉积行为的实验系统及方法
阅读说明：本技术 一种模拟煤矿采动裂隙中颗粒沉积行为的实验系统及方法 (Experimental system and method for simulating particle deposition behavior in coal mine mining-induced fracture ) 是由 刘应科 戴宇航 问小江 王熙 袁满 王凤超 于 2021-05-26 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种模拟煤矿采动裂隙中颗粒沉积行为的实验系统及方法,实验系统包括供风单元、供料单元、裂隙实验单元和数据采集单元。本发明利用供风单元模拟煤矿井下负压抽采工况、利用裂隙实验单元模拟煤矿井下采动裂隙,先通过断面扫描仪对扁平裂隙实验段进行断面扫描生成初始实验裂隙建模模型,再通过供风单元推动颗粒物进入扁平裂隙实验段,待扁平裂隙实验段前后两端的压差数据稳定在设定范围后,再进行断面扫描、生成二次实验裂隙建模模型,然后将二次实验裂隙建模模型与初始实验裂隙建模模型进行比对、确定滞留于扁平裂隙实验段内部的颗粒物的具体坐标位置和重量数据,可以为优化煤矿井下现场矿井瓦斯抽采工艺参数设计提供理论基础和实验数据。(The invention discloses an experimental system and method for simulating particle deposition behavior in a coal mine mining fracture. The method comprises the steps of simulating a coal mine underground negative pressure extraction working condition by using the air supply unit, simulating a coal mine underground mining fracture by using the fracture experiment unit, carrying out section scanning on a flat fracture experiment section by using a section scanner to generate an initial experiment fracture modeling model, pushing particulate matters into the flat fracture experiment section by using the air supply unit, carrying out section scanning after pressure difference data of the front end and the rear end of the flat fracture experiment section are stabilized in a set range, generating a secondary experiment fracture modeling model, comparing the secondary experiment fracture modeling model with the initial experiment fracture modeling model, determining specific coordinate positions and weight data of the particulate matters retained in the flat fracture experiment section, and providing theoretical basis and experimental data for optimizing the design of coal mine underground on-site mine gas extraction process parameters.)
技术领域
本发明涉及一种气固两相流实验系统及方法，具体是一种模拟煤矿采动裂隙中颗粒沉积行为的实验系统及方法，属于煤矿瓦斯高效开发技术领域。
背景技术
矿井瓦斯是煤在漫长的生成和变质过程中，由于物理和化学作用产生的一种有害气体。煤层瓦斯在煤炭开采过程中会释放到采掘空间中而导致瓦斯超限，从而给矿井生产带来危险隐患、严重制约煤矿的安全生产。建立安全高效的瓦斯抽采技术是治理煤矿瓦斯灾害的根本措施。目前煤层瓦斯的开采方法主要有两种：一是通过地面钻井负压抽采，二是通过井下钻孔进行负压抽采。在采动影响下，煤层及上覆岩层中会形成由离层裂隙和竖向裂隙互相连通形成的采动裂隙网络，这些裂隙网络为煤层及采空区卸压瓦斯流动提供了充足的通道。负压抽采条件下，煤层内或采空区内游离瓦斯流可经采动裂隙网络进入瓦斯抽采钻孔，或被抽至地面加以利用。
但在矿井瓦斯抽采过程中，由于瓦斯抽采气流中不可避免地携带有一定量的煤岩颗粒物，这些颗粒物在采动裂隙内难免会发生沉降，特别是在裂隙缩径等局部阻力较大的区域，颗粒物发生沉降的概率更大，且随着瓦斯抽采工作的进行，沉降颗粒物会逐渐增多并堆积，从而会减小裂隙过流截面，甚至完全堵塞裂隙、形成局部栓塞，导致裂隙场渗透率降低、增大瓦斯抽采难度。因此矿井瓦斯抽采过程中会出现瓦斯流量突然地或逐渐地下降、煤矿瓦斯抽采效率降低。研究颗粒物在采动裂隙内的运移沉降规律、进而采取相应措施提高瓦斯抽采效率，具有重要的工程意义。
目前针对矿井瓦斯抽采过程中颗粒物在裂隙中沉积行为的研究较少。研究矿井瓦斯抽采过程中颗粒物在裂隙中沉积行为，不仅需要了解负压抽采环境下颗粒物在采动裂隙内的运移规律，即分析负压抽采特征量(负压压差)、裂隙形态对裂隙内沉积颗粒物运动的作用机制，而且还需要研究不同岩性的上覆岩层或不同煤质的煤层形成裂隙的特点、不同量纲的颗粒物等问题，以便确定不同岩性的上覆岩层或不同煤质的煤层形成裂隙的类别、形态以及不同量纲的颗粒物对应的负压抽采特征量，进而最大限度避免颗粒物堵塞采动裂隙、实现有效避免因采动裂隙局部栓塞而导致的裂隙场渗透率降低的问题。本申请人申请的申请号为201210029891.4的中国发明专利公开了一种模拟固相颗粒封堵煤岩裂隙的实验系统，实验系统主要包括通风管路、二次封孔送料装置和裂隙平台等，虽然其可对二次封孔过程中颗粒在裂隙中的运移和封堵特性进行更为直观的研究，但该发明专利的发明目的是为了确定二次封孔技术的关键工艺参数。二次封孔技术即在第一次钻孔封孔的基础上，利用压缩空气以一定压力将微细膨胀粉料送入煤层钻孔内，微细膨胀粉料渗入煤层周围的孔(裂)隙区域，增加裂隙内气体的流动阻力，阻隔外界空气的进入，使钻孔内的漏风量明显减少，从而大幅度提高第一次钻孔封孔内瓦斯抽放的浓度。也就是说，该发明专利实质上是模拟并研究人为采用压缩气体在第一次钻孔封孔外部的煤层钻孔中送入大量颗粒物后大量颗粒物进入裂隙形成大面积栓塞、隔绝外界空气进入的封堵特性，而非研究在第一次钻孔封孔内部的煤层钻孔中避免少量颗粒物进入裂隙形成局部栓塞而导致的裂隙场渗透率降低、进而导致瓦斯抽采效率降低的问题，利用该发明的技术方案无法实现研究在负压抽采环境下如何有效避免因采动裂隙局部栓塞而导致的裂隙场渗透率降低的问题，无法为优化煤矿井下现场矿井瓦斯抽采工艺参数设计提供理论基础和实验数据。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种模拟煤矿采动裂隙中颗粒沉积行为的实验系统及方法，研究在最大限度避免颗粒物堵塞采动裂隙的前提下颗粒物在裂隙中沉积行为，可以为优化煤矿井下现场矿井瓦斯抽采工艺参数设计提供理论基础和实验数据。
为实现上述目的，本模拟煤矿采动裂隙中颗粒沉积行为的实验系统包括供风单元、供料单元、裂隙实验单元和数据采集单元；
所述的供风单元包括变频风机和供风管路，包括变频控制器Ⅰ的变频风机的输出端与供风管路的输入端连接，供风管路上设有流量计和截止阀Ⅰ；
所述的供料单元包括料仓、带式输送机和颗粒物施加器，料仓的底部通过截止阀Ⅱ与带式输送机的输入端对接连接，带式输送机的驱动电机包括变频控制器Ⅱ，带式输送机的输出端与颗粒物施加器的输入端对接连接；
所述的裂隙实验单元自后向前依次包括颗粒物混合输入段、扁平裂隙实验段和集尘盒；颗粒物混合输入段是文丘里管结构，包括进气管、混合室、喉道和扩径管，进气管的后端与供风管路的输出端密闭安装连接，进气管的前端是密闭伸入至混合室内部的、前小后大的缩径管，混合室上贯穿设有与颗粒物施加器的输出端密闭连通连接的进料管、且进料管对应缩径管的外壁设置，喉道对应缩径管的出口贯通设置在混合室的前端、且喉道的内径尺寸小于缩径管出口端的内径尺寸，前大后小的扩径管对接设置在喉道的前端；扁平裂隙实验段是具有扁平结构内腔的箱型结构，扁平结构内腔的高度尺寸远小于扁平结构内腔的宽度尺寸，扁平裂隙实验段的后端与扩径管的前端密闭固定安装连接；通过滤网与外界连通的集尘盒的后端与扁平裂隙实验段的前端密闭固定安装连接；
所述的数据采集单元包括中央控制器、称重传感器、断面扫描仪、压差计、供风控制回路、供料控制回路和数据采集存储控制回路，两件称重传感器分别设置在料仓和集尘盒的底部，断面扫描仪设置在扁平裂隙实验段的左侧或右侧或顶侧或底侧，压差计的两个检测端分别与扁平裂隙实验段内腔的前后两端连通连接，中央控制器分别与变频风机、变频控制器Ⅰ、驱动电机、变频控制器Ⅱ、称重传感器、断面扫描仪和压差计电连接。
作为本发明的一种实施方式，扁平裂隙实验段是可开合并密闭定位安装的开合定位安装结构，通过安装3D打印裂隙模型模拟裂隙。
作为本发明的另一种实施方式，扁平裂隙实验段内沿左右方向走向设有断面小间隙形成结构，通过断面小间隙形成结构模拟裂隙。
作为本发明的进一步改进方案，裂隙实验单元还包括设置在扁平裂隙实验段前后两端的前置扁平渐变段和后置扁平渐变段；后置扁平渐变段的后端与扩径管的前端密闭固定安装连接、后置扁平渐变段的前端与扁平裂隙实验段的后端密闭固定安装连接，且后置扁平渐变段的内腔纵截面是自后至前由圆形结构过渡为扁平结构的圆滑渐变结构；前置扁平渐变段的后端与扁平裂隙实验段的前端密闭固定安装连接、前置扁平渐变段的前端与集尘盒密闭固定安装连接，且前置扁平渐变段的内腔纵截面是自后至前由扁平结构过渡为圆形结构的圆滑渐变结构。
作为本发明的进一步改进方案，截止阀Ⅰ和截止阀Ⅱ均是与中央控制器电连接的电控截止阀。
作为本发明的进一步改进方案，流量计上还设有与中央控制器电连接的电控流量控制阀。
作为本发明的进一步改进方案，料仓和颗粒物施加器均是便于颗粒物滑落的锥形底结构。
一种模拟煤矿采动裂隙中颗粒沉积行为的实验方法，针对通过安装3D打印裂隙模型模拟裂隙，具体实验包括以下步骤：
a.实验准备：对煤样或岩样进行扫描并计算机建模生成裂隙建模模型，然后通过3D打印生成包括裂隙顶面模型和裂隙底面模型的3D打印裂隙模型，打开扁平裂隙实验段后将裂隙顶面模型和裂隙底面模型的3D打印裂隙模型分别密闭对应定位安装在扁平结构内腔的顶平面和底平面上，将扁平裂隙实验段密闭定位安装为一体后，将扁平裂隙实验段的前后两端分别密闭连接安装集尘盒和颗粒物混合输入段，完成裂隙实验单元的整体组装，连接各管路和电路后中央控制器记录空载的料仓和集尘盒的初始重量，并将断面扫描仪反馈的裂隙形态数据与计算机建模生成的裂隙建模模型进行同一基准坐标点的拟合、生成初始实验裂隙建模模型；
b.数据采集与输出：打开截止阀Ⅰ，中央控制器启动变频风机后，通过控制变频控制器Ⅰ调节设定变频风机的频率参数至实验目标工况，同时将颗粒物置入料仓，中央控制器记录料仓的重量、且变频风机通过流量计的反馈运行稳定后，中央控制器启动带式输送机的驱动电机、并通过控制变频控制器Ⅱ调节设定驱动电机的频率参数至实验目标工况，待带式输送机运行稳定后打开截止阀Ⅱ，然后中央控制器根据压差计的反馈处理并记录实验数据；待料仓的称重传感器反馈料仓恢复至初始数值、且压差计反馈的数据稳定在设定范围后，中央控制器记录集尘盒的称重传感器反馈的实际重量数据、并将该数据与集尘盒的初始重量数据取差值计算并存储输出滞留于扁平裂隙实验段内部的颗粒物的重量数据，同时中央控制器控制断面扫描仪对扁平裂隙实验段进行断面扫描、生成二次实验裂隙建模模型，然后中央控制器将二次实验裂隙建模模型与初始实验裂隙建模模型进行比对、定位滞留于扁平裂隙实验段内部的颗粒物的具体坐标位置并存储输出。
一种模拟煤矿采动裂隙中颗粒沉积行为的实验方法，针对通过断面小间隙形成结构模拟裂隙，具体实验包括以下步骤：
a.实验准备：连接各管路和电路后，中央控制器记录空载的料仓和集尘盒的初始重量，并通过断面扫描仪对扁平裂隙实验段进行断面扫描生成初始实验裂隙建模模型；
b.数据采集与输出：打开截止阀Ⅰ，中央控制器启动变频风机后，通过控制变频控制器Ⅰ调节设定变频风机的频率参数至实验目标工况，同时将颗粒物置入料仓，中央控制器记录料仓的重量、且变频风机1通过流量计的反馈运行稳定后，中央控制器启动带式输送机的驱动电机、并通过控制变频控制器Ⅱ调节设定驱动电机的频率参数至实验目标工况，待带式输送机运行稳定后打开截止阀Ⅱ，然后中央控制器根据压差计的反馈处理并记录实验数据；待料仓的称重传感器反馈料仓恢复至初始数值、且压差计反馈的数据稳定在设定范围后，中央控制器记录集尘盒的称重传感器反馈的实际重量数据、并将该数据与集尘盒的初始重量数据取差值计算并存储输出滞留于扁平裂隙实验段内部的颗粒物的重量数据，同时中央控制器控制断面扫描仪对扁平裂隙实验段进行断面扫描、生成二次实验裂隙建模模型，然后中央控制器将二次实验裂隙建模模型与初始实验裂隙建模模型进行比对、定位滞留于扁平裂隙实验段内部的颗粒物的具体坐标位置并存储输出。
与现有技术相比，本模拟煤矿采动裂隙中颗粒沉积行为的实验系统利用供风单元模拟煤矿井下负压抽采工况、利用裂隙实验单元模拟煤矿井下采动裂隙，先通过断面扫描仪对扁平裂隙实验段进行断面扫描生成初始实验裂隙建模模型，再通过供风单元推动供料单元供入的颗粒物进入扁平裂隙实验段，待扁平裂隙实验段前后两端的压差数据稳定在设定范围后，再通过断面扫描仪对扁平裂隙实验段进行断面扫描、生成二次实验裂隙建模模型，然后将二次实验裂隙建模模型与初始实验裂隙建模模型进行比对、确定滞留于扁平裂隙实验段内部的颗粒物的具体坐标位置和重量数据，不仅能够模拟分析负压抽采特征量(负压压差)、裂隙形态对裂隙内沉积颗粒物运动的作用机制，还可以通过更换不同粒度规格和重量的颗粒物、不同的送风频率参数、不同的供料频率参数以及不同的间隙量裂隙模型分析不同岩性的上覆岩层或不同煤质的煤层形成裂隙的类别、形态以及不同量纲的颗粒物对应的负压抽采特征量，研究在最大限度避免颗粒物堵塞采动裂隙的前提下颗粒物在裂隙中沉积行为，可以为优化煤矿井下现场矿井瓦斯抽采工艺参数设计提供理论基础和实验数据。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明颗粒物混合输入段的结构示意图。
图中：1、变频风机，2、变频控制器Ⅰ，3、流量计，4、截止阀Ⅰ，5、料仓，6、截止阀Ⅱ，7、带式输送机，8、变频控制器Ⅱ，9、驱动电机，10、颗粒物施加器，11、颗粒物混合输入段，11-1、进气管，11-2、缩径管，11-3、进料管，11-4、混合室，11-5、喉道，11-6、扩径管，12-1、后置扁平渐变段，12-2、前置扁平渐变段，13、扁平裂隙实验段，14、断面小间隙形成结构，15、压差计，16、集尘盒。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明(以下以颗粒物在扁平裂隙实验段中的运行方向为前方进行描述)。
如图1所示，本模拟煤矿采动裂隙中颗粒沉积行为的实验系统包括供风单元、供料单元、裂隙实验单元和数据采集单元。
所述的供风单元包括变频风机1和供风管路，包括变频控制器Ⅰ2的变频风机1的输出端与供风管路的输入端连接，供风管路上设有流量计3和截止阀Ⅰ4。
所述的供料单元包括料仓5、带式输送机7和颗粒物施加器10，料仓5的底部通过截止阀Ⅱ6与带式输送机7的输入端对接连接，带式输送机7的驱动电机9包括变频控制器Ⅱ8，带式输送机7的输出端与颗粒物施加器10的输入端对接连接，为防止颗粒物受到外界影响偏离原来的运移轨迹，带式输送机7和颗粒物施加器10的周围可安装密封罩板。
所述的裂隙实验单元自后向前依次包括颗粒物混合输入段11、扁平裂隙实验段13和集尘盒16；如图2所示，颗粒物混合输入段11是文丘里管结构，包括进气管11-1、混合室11-4、喉道11-5和扩径管11-6，进气管11-1的后端与供风管路的输出端密闭安装连接，进气管11-1的前端是密闭伸入至混合室11-4内部的、前小后大的缩径管11-2，混合室11-4上贯穿设有与颗粒物施加器10的输出端密闭连通连接的进料管11-3、且进料管11-3对应缩径管11-2的外壁设置，喉道11-5对应缩径管11-2的出口贯通设置在混合室11-4的前端、且喉道11-5的内径尺寸小于缩径管11-2出口端的内径尺寸，前大后小的扩径管11-6对接设置在喉道11-5的前端；扁平裂隙实验段13是具有扁平结构内腔的箱型结构，扁平结构内腔的高度尺寸远小于扁平结构内腔的宽度尺寸，可直接通过扁平结构内腔模拟裂隙宽度均匀的裂隙，扁平裂隙实验段13的扁平结构内腔内也可以直接简单地沿左右方向走向设置断面小间隙形成结构14，断面小间隙形成结构14能够沿左右走向形成间隙面或间隙线，断面小间隙形成结构14可以是沿上下方向向扁平结构内腔内部凸出设置的单向定位凸起结构或双向定位凸起结构、也可以是沿上下方向向扁平结构内腔内部伸缩设置的单向伸缩凸起结构或双向伸缩凸起结构，通过断面小间隙形成结构14可以实现模拟小间隙面裂隙或小间隙线裂隙，为了真实反映裂隙形态，扁平裂隙实验段13是可开合并密闭定位安装的开合定位安装结构，可以在扁平结构内腔的顶平面和底平面上设置沿前后方向设置的安装凹槽，可以将真实裂隙扫描并计算机建模后通过3D打印生成包括裂隙顶面模型和裂隙底面模型的裂隙模型、并将裂隙顶面模型和裂隙底面模型分别通过设置在安装凹槽上的裂隙面安装孔密闭对应定位安装在扁平结构内腔内，扁平裂隙实验段13的前后两端均设有法兰板，法兰板上设有安装有O型垫片的O型垫片安装槽，扁平裂隙实验段13的后端与扩径管11-6的前端通过法兰板和O型垫片密闭固定安装连接；通过滤网与外界连通的集尘盒16的后端与扁平裂隙实验段13的前端通过法兰板和O型垫片密闭固定安装连接。
所述的数据采集单元包括中央控制器、断面扫描仪、称重传感器、压差计15、供风控制回路、供料控制回路和数据采集存储控制回路，断面扫描仪设置在扁平裂隙实验段13的左侧或右侧或顶侧或底侧，两件称重传感器分别设置在料仓5和集尘盒16的底部，压差计15的两个检测端分别与扁平裂隙实验段13内腔的前后两端连通连接，中央控制器分别与变频风机1、变频控制器Ⅰ2、驱动电机9、变频控制器Ⅱ8、断面扫描仪、称重传感器和压差计15电连接。
针对简单的断面小间隙形成结构14，利用本实验系统进行实验前，连接各管路和电路后中央控制器记录空载的料仓5和集尘盒16的初始重量，并通过断面扫描仪对扁平裂隙实验段13进行断面扫描生成初始实验裂隙建模模型，即可进行实验；打开截止阀Ⅰ4，中央控制器启动变频风机1后，通过控制变频控制器Ⅰ2调节设定变频风机1的频率参数至实验目标工况，同时将设定粒度规格和重量的煤粒、或岩粒、或煤岩颗粒混合物等颗粒物置入料仓5，变频风机1产生的正压风依次经进气管11-1、缩径管11-2、混合室11-4、喉道11-5、扩径管11-6进入扁平裂隙实验段13、并通过裂隙顶面模型和裂隙底面模型之间的间隙后经集尘盒16的滤网排出，中央控制器记录料仓5的重量、且变频风机1通过流量计3的反馈运行稳定后，中央控制器启动带式输送机7的驱动电机9、并通过控制变频控制器Ⅱ8调节设定驱动电机9的频率参数，待带式输送机7运行稳定后，打开截止阀Ⅱ6，颗粒物即通过带式输送机7匀速输送、并经颗粒物施加器10和进料管11-3进入混合室11-4，在正压风的正压作用下，颗粒物进入扁平裂隙实验段13内、并通过断面小间隙形成结构14的间隙，然后中央控制器根据压差计15的反馈处理并记录实验数据；待料仓5的称重传感器反馈料仓5恢复至初始数值(即料仓5中的颗粒物全部经颗粒物施加器10和进料管11-3进入混合室11-4)、且压差计15反馈的数据稳定在设定范围后，中央控制器记录集尘盒16的称重传感器反馈的实际重量数据、并将该数据与集尘盒16的初始重量数据取差值计算并存储输出滞留于扁平裂隙实验段13内部的颗粒物的重量数据，同时中央控制器控制断面扫描仪对扁平裂隙实验段13进行断面扫描、生成二次实验裂隙建模模型，然后中央控制器将二次实验裂隙建模模型与初始实验裂隙建模模型进行比对、定位滞留于扁平裂隙实验段13内部的颗粒物的具体坐标位置并存储输出，完成该设定粒度规格和重量的颗粒物在设定的变频风机1频率参数、设定的驱动电机9频率参数前提下针对该断面小间隙形成结构14的沉积行为实验。可以通过更换不同粒度规格和重量的颗粒物、不同的变频风机1频率参数、不同的驱动电机9频率参数以及不同的断面小间隙形成结构14的间隙量，模拟研究颗粒物在裂隙中的沉积行为。
为了真实模拟裂隙形态，针对3D打印裂隙模型，利用本实验系统进行实验前，可以对煤样或岩样进行扫描并计算机建模生成裂隙建模模型，然后通过3D打印生成包括裂隙顶面模型和裂隙底面模型的3D打印裂隙模型，打开扁平裂隙实验段13后将裂隙顶面模型和裂隙底面模型的3D打印裂隙模型分别密闭对应定位安装在扁平结构内腔的顶平面和底平面上，将扁平裂隙实验段13密闭定位安装为一体后，将扁平裂隙实验段13的前后两端分别密闭连接安装集尘盒16和颗粒物混合输入段11，即完成裂隙实验单元的整体组装，连接各管路和电路后中央控制器记录空载的料仓5和集尘盒16的初始重量，并将断面扫描仪反馈的裂隙形态数据与计算机建模生成的裂隙建模模型进行同一基准坐标点的拟合、生成初始实验裂隙建模模型，即可进行实验；打开截止阀Ⅰ4，中央控制器启动变频风机1后，通过控制变频控制器Ⅰ2调节设定变频风机1的频率参数至实验目标工况，同时将设定粒度规格和重量的煤粒、或岩粒、或煤岩颗粒混合物等颗粒物置入料仓5，变频风机1产生的正压风依次经进气管11-1、缩径管11-2、混合室11-4、喉道11-5、扩径管11-6进入扁平裂隙实验段13、并通过裂隙顶面模型和裂隙底面模型之间的间隙后经集尘盒16的滤网排出，中央控制器记录料仓5的重量、且变频风机1通过流量计3的反馈运行稳定后，中央控制器启动带式输送机7的驱动电机9、并通过控制变频控制器Ⅱ8调节设定驱动电机9的频率参数，待带式输送机7运行稳定后，打开截止阀Ⅱ6，颗粒物即通过带式输送机7匀速输送、并经颗粒物施加器10和进料管11-3进入混合室11-4，在正压风的正压作用下，颗粒物进入扁平裂隙实验段13内裂隙顶面模型和裂隙底面模型之间的间隙，然后中央控制器根据压差计15的反馈处理并记录实验数据；待料仓5的称重传感器反馈料仓5恢复至初始数值(即料仓5中的颗粒物全部经颗粒物施加器10和进料管11-3进入混合室11-4)、且压差计15反馈的数据稳定在设定范围后，中央控制器记录集尘盒16的称重传感器反馈的实际重量数据、并将该数据与集尘盒16的初始重量数据取差值计算并存储输出滞留于扁平裂隙实验段13内部的颗粒物的重量数据，同时中央控制器控制断面扫描仪对扁平裂隙实验段13进行断面扫描、生成二次实验裂隙建模模型，然后中央控制器将二次实验裂隙建模模型与初始实验裂隙建模模型进行比对、定位滞留于扁平裂隙实验段13内部的颗粒物的具体坐标位置并存储输出，完成该设定粒度规格和重量的颗粒物在设定的变频风机1频率参数、设定的驱动电机9频率参数前提下针对该3D打印裂隙模型中的沉积行为实验。可以通过更换不同粒度规格和重量的颗粒物、不同的变频风机1频率参数、不同的驱动电机9频率参数以及不同的3D打印裂隙模型，模拟研究颗粒物在裂隙中的沉积行为。
实验过程中，可以通过定位设置扁平裂隙实验段13的空间角度实现模拟具有空间走向方位角度的裂隙，实现研究颗粒物的自身重力和裂隙走向方位角对颗粒物沉积行为的影响。
为了实现正压气流经过扁平裂隙实验段13的均匀性，作为本发明的进一步改进方案，裂隙实验单元还包括设置在扁平裂隙实验段13前后两端的前置扁平渐变段12-2和后置扁平渐变段12-1；后置扁平渐变段12-1的后端与扩径管11-6的前端密闭固定安装连接、后置扁平渐变段12-1的前端与扁平裂隙实验段13的后端通过法兰板和O型垫片密闭固定安装连接，且后置扁平渐变段12-1的内腔纵截面是自后至前由圆形结构过渡为扁平结构的圆滑渐变结构；前置扁平渐变段12-2的后端与扁平裂隙实验段13的前端通过法兰板和O型垫片密闭固定安装连接、前置扁平渐变段12-2的前端与集尘盒16密闭固定安装连接，且前置扁平渐变段12-2的内腔纵截面是自后至前由扁平结构过渡为圆形结构的圆滑渐变结构。压差计15的两个检测端可以分别与前置扁平渐变段12-2和后置扁平渐变段12-1的内腔连通连接。
为了实现自动控制，作为本发明的进一步改进方案，截止阀Ⅰ4和截止阀Ⅱ6均是与中央控制器电连接的电控截止阀。
为了便于调节气流流量，作为本发明的进一步改进方案，流量计3上还设有与中央控制器电连接的电控流量控制阀。
为了便于颗粒物顺利进入混合室11-4，作为本发明的进一步改进方案，料仓5和颗粒物施加器10均是便于颗粒物滑落的锥形底结构。
本模拟煤矿采动裂隙中颗粒沉积行为的实验系统利用供风单元模拟煤矿井下负压抽采工况、利用裂隙实验单元模拟煤矿井下采动裂隙，不仅能够模拟分析负压抽采特征量(负压压差)、裂隙形态对裂隙内沉积颗粒物运动的作用机制，还可以通过更换不同粒度规格和重量的颗粒物、不同的送风频率参数、不同的供料频率参数以及不同的间隙量裂隙模型分析不同岩性的上覆岩层或不同煤质的煤层形成裂隙的类别、形态以及不同量纲的颗粒物对应的负压抽采特征量，研究在最大限度避免颗粒物堵塞采动裂隙的前提下颗粒物在裂隙中沉积行为，可以为优化煤矿井下现场矿井瓦斯抽采工艺参数设计提供理论基础和实验数据。
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