一種礦井井巷物理相似模擬試驗系統(tǒng)及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種試驗系統(tǒng)及方法，尤其適用于在實驗室條件下對礦井高溫巷道進行物理相似模擬試驗。
【背景技術】
[0002]淺部礦產資源隨著礦山的逐年開采已逐漸枯竭，深部開采已然成為一個必然趨勢。伴隨著這個趨勢是礦井高地溫問題的凸顯，進而影響井下工人工作環(huán)境和工作效率，從而導致礦井生產效率的下降。而礦井井下地質狀況使得井下不具備進行相應試驗的條件。此外，相應的數值模擬亦需要通過相應的物理實驗得到的參數進行賦值且數值模擬得出的結論很大程度上受各項地質參數及邊界條件的影響。因此，物理試驗的方法是研宄這一類問題重要的手段，這就要求設計出一套切實可行的物理試驗模型及方法。

【發(fā)明內容】

[0003]技術問題:本發(fā)明的目的針對礦井巷道的高溫環(huán)境，提供的一種在實驗室條件下進行對其相應的物理相似模擬試驗的系統(tǒng)及方法。
[0004]技術方案:本發(fā)明的礦井井巷物理相似模擬試驗系統(tǒng)，包括巷道模擬筒、設在巷道模擬筒下方的模擬筒承載底座，模擬筒承載底座的下方對稱設有單體液壓支柱；所述巷道模擬筒的入口處設有風筒，風筒的入口處設有恒溫恒濕機，風筒的出口內設有向巷道模擬筒內鼓風的風扇；巷道模擬筒內間隔設有測量溫度和風速的多組溫度傳感器，多組溫度傳感器經信號傳輸線與信號轉換器相連，信號轉換器經數據總線與計算機相連接；巷道模擬筒內設有經電纜與加熱器相連的加熱電極。
[0005]所述的井巷道模擬筒包括經法蘭連接在一起的多節(jié)筒體，筒體的前部連接有整流罩，筒體的后部連接有整流器，筒體內部澆筑有模擬巷道的圍巖相似材料，圍巖相似材料與筒體之間設有與加熱電極相連的加熱合金網，多組溫度傳感器沿徑向等距布置在圍巖相似材料內部。
[0006]所述的筒體承載底座包括底座底盤、設在底座底盤上的承載桁架，承載桁架一端經連接板鉸接在底座底盤上，底座底盤下設有滾輪，底座底盤上設有可將承載桁架抬起Θ角的連桿機構，所述的連桿機構包括液壓支柱、經鉸座鉸接在液壓支柱上的上下兩個連桿，上連桿一端連接在承載桁架上，下連桿一端連接在底座底盤上。
[0007]所述可將承載桁架抬起的Θ角〈30°。
[0008]一種使用上述系統(tǒng)的礦井井巷物理相似模擬試驗方法，包括以下步驟:
[0009]a、將溫度傳感器沿巷道模擬筒體的軸向和徑向等距布置好，將溫度傳感器用信號傳輸線引出筒體外，經信號轉換器連接到計算機上，在巷道模擬筒體的內設置與加熱器電纜相連的加熱電極，將圍巖相似材料按照試驗要求裝放入巷道模擬筒體中；
[0010]b、打開計算機，檢查數據采集線路連接是否完好，并對溫度傳感器進行校正設置；
[0011]C、依次在巷道模擬筒體的入口處連接風筒、風扇和恒溫恒濕機，用棉布簾封閉巷道模擬筒體出風口；
[0012]d、啟動加熱器，根據實驗要求選擇模擬現(xiàn)場巷道內的溫度，通過與加熱電極相連的加熱合金網對巷道模擬筒體內部進行加熱，同時通過信號轉換器采集溫度傳感器的信號，選取圍巖相似材料和筒體內壁連接處的溫度傳感器作為溫度控制點，加熱控制點處的溫度達到實驗要求后，降低電流繼續(xù)加熱，直至所有溫度傳感器測得的溫度近似相等，誤差±0.30C ；
[0013]e、保持筒體內圍巖相似材料的恒定溫度達6?8h ;
[0014]f、恒溫階段結束后，撤掉出風口的棉布簾，打開恒溫恒濕機和風扇，模擬現(xiàn)場實際工況，按照實驗要求，選擇風溫、濕度、風速相關參數，向巷道模擬筒體內送風，直至各控制點處的溫度降到實驗要求，此時，通過溫度傳感器將采集的溫度數據經信號傳輸線傳給信號轉換器，再由信號轉換器傳給計算機進行數據處理，繪制圍巖相似材料內的溫度場分布情況，分析相關參數，獲取高地溫巷道圍巖溫度場及其演化規(guī)律；
[0015]g、停止恒溫恒濕機和風扇運行，結束實驗。
[0016]有益效果:由于采用了上述技術方案，本發(fā)明能在實驗室中進行礦井井巷常規(guī)通風降溫模擬、空調降溫、井巷圍巖噴注隔熱材料降溫等模擬試驗，為開展高地溫巷道圍巖溫度場及其演化規(guī)律的研宄提供了數據，從而為改善井下工人工作環(huán)境，提高工作效率提供了依據，其相比于現(xiàn)場試驗研宄可控性高，安全系數高，其結構簡單，操作方便，在本技術領域內具有廣泛的實用性。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明的試驗系統(tǒng)示意圖。
[0018]圖2為本發(fā)明的巷道模擬筒體結構簡圖。
[0019]圖3為本發(fā)明的底座配合示意圖。
[0020]圖4為本發(fā)明筒體截面示意圖。
[0021]圖中:1 一巷道模擬筒，2 —模擬筒承載底座，3 —溫度傳感器，4 一單體液壓支柱，5 —電纜，6 —加熱器，7 —恒溫恒濕機，8 —風筒，9 一風扇，10 一信號傳輸線，11 一信號轉換器，12 一數據總線，13 一計算機，14 一整流罩，15 一筒體，16 一整流器，17 一法蘭，18 一螺柱和螺帽，19 一筒體直接承載桁架，20 —底座底盤，21 —連接板，22 —液壓支柱，23 —連桿，24 —鉸座，25 —加熱電極，26 —圍巖相似材料，27 —加熱合金網。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖對本發(fā)明的一個實施例作進一步的闡述:
[0023]如圖1所示，本發(fā)明的高地溫巷道熱濕環(huán)境相似模擬試驗系統(tǒng)，主要由巷道模擬筒1、筒體承載底座2、溫度傳感器3、加熱器6、恒溫恒濕機7、風扇9、信號轉換器11和計算機13組成。所述的模擬筒承載底座2設在巷道模擬筒I的下方，模擬筒承載底座2的下方對稱設有單體液壓支柱4 ;所述巷道模擬筒I的入口處設有風筒8，風筒8的入口處設有恒溫恒濕機7，風筒8的出口內設有向巷道模擬筒I內鼓風的風扇9 ;可對巷道模擬筒I內提供穩(wěn)定溫度、風速和濕度的風流。巷道模擬筒I內間隔設有測量溫度和風速的多組溫度傳感器3，多組溫度傳感器3經信號傳輸線10與信號轉換器11相連，信號轉換器11經數據總線12與計算機13相連接；巷道模擬筒I內設有經電纜5與加熱器6相連的加熱電極25。
[0024]如圖2圖4所示，所述的井巷道模擬筒I包括多節(jié)筒體15，筒體15截面成六邊形，內部中空，多節(jié)筒體15經法蘭17、螺柱和螺帽18連接在一起，筒體15的前部連接有整流罩14，筒體15的后部連接有整流器16，筒體15內部澆筑有模擬巷道的圍巖相似材料26，圍巖相似材料26與筒體15之間設有與加熱電極相連的加熱合金網27，多組溫度傳感器3沿徑向等距布置在圍巖相似材料26內，由試驗要求布置其種類及位置。
[0025]如圖3所示，所述的筒體承載底座2包括底座底盤20、設在底座底盤20上的承載桁架19，承載桁架19 一端經連接板21鉸接在底座底盤20上，底座底盤20下設有滾輪，底座底盤20上設有可將承載桁架19抬起Θ角的連桿機構，所述可將承載桁架19抬起的Θ角〈30° ;所述的連桿機構包括