湘潭大学张孝强获国家专利权
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龙图腾网获悉湘潭大学申请的专利一种采空区瓦斯与煤自燃复合灾害模拟系统及预测方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN119400065B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-12-05发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202411528113.9,技术领域涉及:G09B25/00;该发明授权一种采空区瓦斯与煤自燃复合灾害模拟系统及预测方法是由张孝强;孙靖鸿;邹家兴;陈文彬;唐郭;张琪设计研发完成,并于2024-10-30向国家知识产权局提交的专利申请。
本一种采空区瓦斯与煤自燃复合灾害模拟系统及预测方法在说明书摘要公布了:本发明公开一种采空区瓦斯与煤自燃复合灾害模拟系统及预测方法,属于煤矿热动力灾害演化过程模拟试验技术领域。模拟系统包括透明罩体、模拟试验台、开采工作面相似模拟模型、供气单元、监测单元、摄像装置和配重块。通过调节可伸缩支撑腿调整底座的倾斜角度,利用水袋模拟煤层,煤柱作为模拟开采过程中甲烷的释放通道。模拟开采过程并输送气体,监测甲烷与氧气浓度数据演化规律,绘制相关等值线图和进行插值重构空间危险区域,最终采用相空间重构方法进行混沌预测,分析灾害空间形态变化。本发明可实现瓦斯与煤自燃复合灾害演化过程模拟试验及可视化,定量表征危险区域,为灾害防治提供理论基础,保障能源安全与工人生命安全。
本发明授权一种采空区瓦斯与煤自燃复合灾害模拟系统及预测方法在权利要求书中公布了:1.一种采空区瓦斯与煤自燃复合灾害模拟方法,其特征在于,基于采空区瓦斯与煤自燃复合灾害模拟系统,所述采空区瓦斯与煤自燃复合灾害模拟系统包括: 透明罩体,所述透明罩体密闭,所述透明罩体上设置有排气口,所述排气口上设置有排气装置; 模拟试验台,所述模拟试验台设置在所述透明罩体内;所述模拟试验台包括支撑单元、底座和框架,所述框架设置在所述底座上,所述框架呈截面为矩形的筒形,且所述框架的每个侧壁都由多个水平放置的槽钢叠放而成;所述支撑单元包括至少三个可伸缩支撑腿,所述可伸缩支撑腿的顶端通过球铰与所述底座的底端铰接;通过调节各个所述可伸缩支撑腿能够调整所述底座的倾斜角度; 开采工作面相似模拟模型,所述开采工作面相似模拟模型的底端与所述底座接触,且所述开采工作面相似模拟模型位于所述框架内;所述开采工作面相似模拟模型包括通风巷道、运煤巷道、由下至上分布的模拟煤层和模拟岩层,所述模拟煤层包括多个依次沿水平方向排列的水袋,所述水袋中充满有水,且相邻所述水袋相互接触,用一排注满水的所述水袋来模拟煤层,所述模拟煤层外还套设有一圈煤柱,所述煤柱位于所述模拟岩层下方且所述煤柱的顶端与所述模拟煤层抵接,所述煤柱具有作为甲烷气体扩散到采空区和所述模拟岩层的通道的作用,也具有作为氧气气体扩散到所述模拟岩层的通道的作用;每个所述水袋都一端连接有通水管,所述通水管上设置有流量计和阀门;所述通风巷道与所述运煤巷道并排设置在所述底座上,且所述通风巷道和所述运煤巷道与所述模拟煤层的同一端连通,所述通风巷道包括进风巷道和回风巷道;所述槽钢上固设有多个甲烷含量监测仪和多个氧气含量监测仪,所述甲烷含量监测仪和所述氧气含量监测仪的探杆均伸入所述模拟岩层内; 供气单元,所述供气单元包括甲烷储罐和氧气储罐,所述氧气储罐通过管路与所述进风巷道连通,所述甲烷储罐通过管路与所述煤柱相通; 监测单元,所述监测单元包括计算机,所述甲烷含量监测仪和所述氧气含量监测仪分别与所述计算机信号连接; 摄像装置,所述摄像装置用于在试验过程中对所述透明罩体内部进行拍摄; 若干个配重块,所述配重块设置在所述开采工作面相似模拟模型的上方,所述配重块用于对所述开采工作面相似模拟模型施加荷载; 所述采空区瓦斯与煤自燃复合灾害预测方法包括以下步骤: 1设计与需要模拟的采空区匹配的所述开采工作面相似模拟模型; 2根据设计的模型,选择满足模型搭建所需要的槽钢的数量,在底座上,构建模拟试验台的框架; 3在所述框架内设置所述开采工作面相似模拟模型;并安装连接所有部件以形成所述采空区瓦斯与煤自燃复合灾害模拟系统; 4从靠近所述运煤巷道的一端至远离所述运煤巷道的一端,按预设速度依次减少各个水袋中的水量来实现模拟开采,同时,通过甲烷储罐和氧气储罐向模型输送设定浓度的甲烷与氧气气体; 5通过甲烷含量监测仪和氧气含量监测仪监测演化过程,并通过计算机自动记录所述甲烷含量监测仪和所述氧气含量监测仪在不同时间的监测数据,从而得到所述开采工作面相似模拟模型中与所述甲烷含量监测仪和所述氧气含量监测仪对应的位置处的氧气浓度数据与甲烷数据;同时利用高速摄像机观测上覆岩开始垮落产生裂隙的演化规律; 6根据所得到的氧气浓度数据与甲烷浓度数据,基于发生瓦斯与煤复合灾害的条件,并利用Origin软件绘制等值线图,利用Matlab软件进行空间插值,重构基于采空区上覆岩层裂隙场、氧气浓度场、甲烷爆炸浓度场耦合的瓦斯与煤复合灾害的危险区域; 7采用相空间重构的非线性建模方法对测点处下一时刻的气体浓度数据进行混沌预测;进而重构得到下一阶段采空区瓦斯与煤复合灾害的危险区域。
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