阅读说明：本技术 一种地下煤田火区典型产物动态析出释放模拟实验系统 (Underground coal field fire area typical product dynamic precipitation and release simulation experiment system ) 是由 苏贺涛 季淮君 李芸卓 于 2019-09-02 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种地下煤田火区典型产物动态析出释放模拟实验系统,地下煤田火区产物动态模拟实验装置根据实验原理被划分为含裂隙煤层地质模块、通风模块、火区温度测试模块、产物检测模块,各模块设置于外部保护层内,所述通风模块通过增加加热带的进风巷,为预先进行漏风裂隙设计的含裂隙煤层地质模块通入热气流及适宜氧气,所述含裂隙煤层地质模块通过回风巷与产物检测模块连接,本发明构建分析了煤田火区演化产物特征的模拟实验系统,有助于深化对煤火发展规律的认识,为有针对性地制定防灭火措施提供理论支撑,对于煤火治理、灾情防控等均具有十分重要的意义。(The invention discloses a simulation experiment system for dynamic precipitation and release of typical products in an underground coal field fire area, wherein the simulation experiment device for the dynamic products in the underground coal field fire area is divided into a crack-containing coal seam geological module, a ventilation module, a fire area temperature testing module and a product detection module according to the experiment principle, each module is arranged in an external protective layer, the ventilation module is used for introducing hot air flow and proper oxygen into the fractured coal seam geological module which is designed for air leakage fracture in advance by adding an air inlet lane of a heating zone, the coal seam geological module containing the cracks is connected with the product detection module through the return airway, and the simulation experiment system for analyzing the characteristics of the evolution products of the coal field fire zone is constructed, so that the understanding of the development law of the coal fire is deepened, theoretical support is provided for making fire prevention and extinguishing measures in a targeted manner, and the method has very important significance for coal fire control, disaster prevention and control and the like.)

一种地下煤田火区典型产物动态析出释放模拟实验系统

技术领域

本发明涉及地下煤火产物检测领域，具体是指一种地下煤田火区典型产物动态析出释放模拟实验系统。

背景技术

地下煤火是地下破碎煤体发生煤氧复合作用而形成一定规模的燃烧，并能够影响环境的煤自燃现象。我国是世界上煤火灾害最为严重的国家，煤田火灾不仅烧毁大量煤炭资源，影响煤田开发，还产生大量有毒有害物质,污染环境、破坏生态。现有针对地下煤火的治理工作主要偏重于工程，研究工作主要集中在火区遥感探测及环境监测方面，尚缺乏针对地下煤火赖以存在、发展的空间特性的专门研究，导致地下煤火的发生发展机理研究依然十分薄弱，基础理论研究的不足，致使人们至今尚无法准确阐释地下煤火的发生与致灾机理，无法准确界定地下煤火的燃烧位置及其状态，治理方法也较为单一且治理过程缺乏有效性管理和控制，因此也就难以实现大面积地下煤火的高效治理，火区治理工作一直面临非常严峻的形势，一些火区的治理速度甚至明显落后于新火区的发展速度。

煤田火区的发生和发展是一个动态变化过程，本发明构建分析了煤田火区演化产物特征的模拟实验系统，有助于深化对煤火发展规律的认识，为有针对性地制定防灭火措施提供理论支撑，对于煤火治理、灾情防控等均具有十分重要的意义。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种地下煤田火区典型产物动态析出释放模拟实验系统，地下煤田火区产物动态模拟实验装置根据实验原理被划分为含裂隙煤层地质模块、通风模块、火区温度测试模块、产物检测模块，各模块设置于外部保护层内，所述通风模块通过增加加热带的进风巷，为预先进行漏风裂隙设计的含裂隙煤层地质模块通入热气流及适宜氧气，所述通风模块包括通风机，所述通风机沿出口管道依次设置三通阀、流量计，进风通过设有加热带的进风巷与含裂隙煤层地质模块一端连通，所述含裂隙煤层地质模块另一端通过回风巷与产物检测模块连接，所述产物检测模块设有依次串联的扫描电镜SEM、电子探针EPMA、X射线荧光光谱仪XRF、傅里叶红外光谱分析仪FTIR，所述火区温度测试模块包括温度采集单元及与温度采集单元电气连接的温度测点，所述温度测点为20个排列紧密、分布均匀的热电偶形成的温度测点，用以监测温度场变化规律和探测监控实验系统中温度的实时分布情况。

作为改进，含裂隙煤层地质模块设有带有隔翅的双层箱体，包括外部保温层、内部钢质层及其表面伸出的隔翅构成，所述隔翅有利于内部散热，所述外部保温层和内部钢质层之间形成保温预热空间，可对进风进行预热，极大地降低室温进风流对实验的干扰。

作为改进，所述产物检测模块在回风处设置烟气分析仪，用以分析煤火的烟气组分及浓度，并通过扫描电镜SEM、电子探针EPMA、X射线荧光光谱仪XRF、傅里叶红外光谱分析仪FTIR测定火区岩样微观结构、矿物组分、特征元素含量等参数。

作为改进，其实现方法具体包括以下步骤：

(1)将含裂隙煤层地质模块进行预先漏风缝隙设计，并将该模块根据所模拟煤火区域的实际情况划分为煤层、岩层和土壤层进行划分。

(2)利用加热带和通风模块确保实验煤田火区稳定的热风流供给；

(3)停止加热带工作并合理调节通风机通风参数，观察煤火的发展、演化过程，通过火区温度测试模块检测火区的温度、烟气组分浓度，根据温度场变化特征分析烟气运移速率及影响范围，阐述烟气在上覆烧变岩孔裂隙中的流动特征；

(4)通过回风管收集烟气和选取不同位置处岩样，测定其温度、组分及含量等参数，分析特征元素赋予形态在运移降温过程中的转化规律，高效快速的揭示燃烧动力作用下火区产物的运移特征。

与现有技术相比，本发明把煤田火区分为含裂隙煤层地质模块、通风模块、火区温度测试模块、产物检测模块，含裂隙煤层地质模块预先进行漏风裂隙的设计，主要包括三种地质层，煤层、岩层和土壤层，设计漏风裂隙很好的模拟了现实情况下地下煤火发生时的存在环境；通风模块的主要目的是为实验模拟煤火发生提供稳定的热风流，利用通风机提供煤火燃烧必要时所需氧气，利用三通阀稳定风流，并且使用玻璃转子流量计监测风流流量，确保实验系统中风流在稳定范围内流动，利用多种探测检测分析设备，组合形成分析产物的装置，更加准确高效的分析其微观构成，为地下煤火发生灾情后减少火情蔓延及控制火情，提供了理论实验基础，具有很好的实用价值。

附图说明

图1是本发明一种煤田火区典型产物动态析出释放模拟实验系统的结构主视图。

图2是本发明一种煤田火区典型产物动态析出释放模拟实验系统的结构俯视图。

如图-1-图2所示：1、含裂隙煤层地质模块 2、通风模块,201、通风机，202、三通阀，203、流量计，204、进风，205、回风管，206、加热带，207、进风巷，3、火区温度测试模块，301、温度采集单元，302、温度测点，4、产物检测模块，401、烟气分析仪，5、外部保温层，6、隔翅，7、内部钢质层,8、保温预热空间。

具体实施方式

结合附图1-附图2，一种地下煤田火区典型产物动态析出释放模拟实验系统，地下煤田火区产物动态模拟实验装置根据实验原理被划分为含裂隙煤层地质模块1、通风模块2、火区温度测试模块3、产物检测模块4，各模块设置于外部保护层内，所述通风模块2通过增加加热带206的进风巷207，为预先进行漏风裂隙设计的含裂隙煤层地质模块1通入热气流及适宜氧气，所述通风模块2包括通风机201，所述通风机201沿出口管道依次设置三通阀202、流量计203，进风204通过设有加热带206的进风巷207与含裂隙煤层地质模块1一端连通，所述含裂隙煤层地质模块1另一端通过回风巷与产物检测模块4连接，所述产物检测模块4设有依次串联的扫描电镜SEM、电子探针EPMA、X射线荧光光谱仪XRF、傅里叶红外光谱分析仪FTIR，所述火区温度测试模块3包括温度采集单元301及与温度采集单元301电气连接的温度测点302，所述温度测点302为20个排列紧密、分布均匀的热电偶形成的温度测点302，用以监测温度场变化规律和探测监控实验系统中温度的实时分布情况。

作为本实施例较佳实施方案的是，含裂隙煤层地质模块1设有带有隔翅6的双层箱体，包括外部保温层5、内部钢质层7及其表面伸出的隔翅6构成，所述隔翅6有利于内部散热，所述外部保温层5和内部钢质层7之间形成保温预热空间8，可对进风204进行预热，极大地降低室温进风流对实验的干扰。

作为本实施例较佳实施方案的是，所述产物检测模块4在回风处设置烟气分析仪401，用以分析煤火的烟气组分及浓度，并通过扫描电镜SEM、电子探针EPMA、X射线荧光光谱仪XRF、傅里叶红外光谱分析仪FTIR测定火区岩样微观结构、矿物组分、特征元素含量等参数。

作为本实施例较佳实施方案的是，其实现方法具体包括以下步骤：

(1)将含裂隙煤层地质模块1进行预先漏风缝隙设计，并将该模块根据所模拟煤火区域的实际情况划分为煤层、岩层和土壤层进行划分。

(2)利用加热带206和通风模块2确保实验煤田火区稳定的热风流供给；

(3)停止加热带2工作并合理调节通风机201通风参数，观察煤火的发展、演化过程，通过火区温度测试模块3检测火区的温度、烟气组分浓度，根据温度场变化特征分析烟气运移速率及影响范围，阐述烟气在上覆烧变岩孔裂隙中的流动特征；

(4)通过回风管205收集烟气和选取不同位置处岩样，测定其温度、组分及含量等参数，分析特征元素赋予形态在运移降温过程中的转化规律，高效快速的揭示燃烧动力作用下火区产物的运移特征。

以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。