一种测试地下煤田火区覆岩温度变化的模型试验方法

摘要

一种测试地下煤田火区覆岩温度变化的模型试验方法，属于测试煤田火区温度变化的模型试验方法。首先根据火区原型范围、地层情况以及确定的火区模型与原型几何比尺和相似关系ν_m＝v_p、ε_m＝ε_p、(ρc)_sp＝(ρc)_sm、λ_sp＝λ_sm、β_m＝β_p、L_m＝L_pC_L、U_m＝U_pC_L、确定模型火区材料的物性参数和模型火区尺寸；然后根据原型火区及确定的模型火区尺寸和材料参数搭建模型火区，获得燃烧层开采后的覆岩情况；最后根据速度相似关系和体积火源产热速率相似关系控制模型火区风速和火源产热速率，同时利用布置的测温元件监测模型火区覆岩的温度变化，解决了现有地下煤田火区模型试验无法实现含内热源热流固耦合条件下火区覆岩温度变化测试的不足，测试结果较热流、流固耦合模型试验更准确，在本领域内具有广泛的实用性。

主权项

一种测试地下煤田火区覆岩温度变化的模型试验方法，其特征是：模型测试方法，步骤如下：(1)根据原型火区情况以及确定的火区模型与原型几何比尺和相似关系ν_m＝v_p、ε_m＝ε_p、(ρc)_sp＝(ρc)_sm、λ_sp＝λ_sm、β_m＝β_p、L_m＝L_pC_L、U_m＝U_pC_L、确定模型火区材料的物性参数，其中G_m和G_p分别为模型和原型的剪切模量，MPa；C_L为模型与原型的几何比尺，量纲为1；为模型与原型的煤岩固体密度比，量纲为1；E_m和E_p分别为模型和原型的弹性模量，MPa；ν_m和ν_p分别为模型与原型的泊松比，量纲为1；λ_m和λ_p分别为模型和原型的拉梅常量，MPa；ε_m和ε_p分别为模型和原型的体积应变，量纲为1；(ρc)_sm和(ρc)_sp分别为模型和原型的煤岩体积热容，J/(K·m³)；λ_sm和λ_sp分别为模型和原型的固体的导热系数，W/(m·K)；β_m和β_p分别为模型和原型的固体的热膨胀系数，K^‑1；L_m和L_p分别为模型和原型的特征长度，m；U_m和U_p分别为模型和原型的位移，m；d_m和d_p分别为模型和原型的粒子直径，m；(2)按照原型火区范围、地层情况和火区模型与原型几何比尺确定模型火区各地质层以及燃烧层采空区与燃烧区的尺寸和位置，然后根据步骤(1)中确定的物性参数，搭建模型火区并在模型火区燃烧层上部布置测温元件和在燃烧层采空区内等间距布置热量可控的电加热器；(3)根据步骤(2)中已经确定的模型火区燃烧层采空区的尺寸和位置对模型燃烧层开挖，达到预先确定的燃烧层采空区开挖尺寸后停止开挖，获得燃烧层开采后的覆岩情况；(4)根据速度相似关系和体积火源产热速率相似关系确定模型火区风速和燃烧层电加热器的产热速率，其中V_m和V_p分别为模型和原型的火区风速，m/s；和分别为模型和原型的体积火源产热速率，W；(5)选择燃烧层点、线、面的某一加热方式，根据已确定的风速对火区供风，将电加热器调整至已确定的产热速率，开启电加热器，同时打开火区覆岩内的测温元件和火区外部的红外热成像仪对供热条件下火区覆岩各测点的火区温度进行监测和记录；(6)根据各测点的温度记录结果和外红热成像图，作出火区各测点温度随测试时间的变化曲线，即得到火区覆岩温度的变化情况。