|应用场景

矿井采空区模拟实验系统是模拟井下采空区自然条件，对采空区自然环境、各种气体浓度监测及发展变化进行模拟研究的系统装置。可以在实验室条件下进行井下采空区的模拟研究，克服了井下采空区现场不便实验研究的缺陷。

依托配套气体分析、氧化动力学模块，量化煤层发火规律与灾害演化参数，对标煤矿安全相关国标，优化井下防灭火技术，降低采空区自燃、瓦斯耦合灾害风险，助力矿井安全开采与采空区资源化治理。

|实验系统介绍

采空区环境模拟实验系统示意图

l 实验系统长度约为5m，直径为约0.75m，共有1段组成，可以单独封闭进行实验。

l 在实验系统外侧配备气体加热装置，用于调节设备内部温度变化和模拟采空区发生火灾情况，温度调节范围室温-60℃。

l 实验系统布置2个气体注入点和气体浓度实时监测点。

l 实验系统布置2个温度点，可安装气体温度监测装置；

l 实验系统布置2个喷淋装置和湿度监测装置，可以保障模拟环境内湿度；

l 在实验系统外侧包裹隔热层和信号屏蔽层，考察信号在采空区的单向传输特性；

|核心模

依据《AQ 1019-2006 煤层自然发火标志气体色谱分析及指标优选方法》《煤矿安全规程》中煤层自燃防治相关规范要求，本系统对CO、C2H4、 C2H2、CO2 、 C2H6、C3H8、 CH4七类标志性气体精准定量检测，按照国标自燃分级判定逻辑，实现低温隐患→加速氧化→高温发火全周期分级预警，精准还原密闭采空区内部氧化演化规律，为本采空区模拟试验系统开展堵漏、注惰、充填等防灭火工艺试验提供量化数据支撑，同时可直接对标现场煤矿井下采空区日常发火监测应用标准。

·氧化逸出气体分析模块

（1）操作全自动化：仪器由微机自动控制，三柱同时自动进样和分析，同时自动打印分析报告，也可通过网络传输数据。
高稳定性：

（2）双氢焰、热导检测器、双柱箱、三柱并联，双柱箱装置保证在不同柱箱以不温度分析一氧化碳、烯、烷烃等气体组份，确保了各分析组份最好的分离度，确保预测预报的可靠性。
柱温箱采用双柱箱，支持分别独立控温，提供双柱箱结构图和实物照片，供货时现场验收。

（3）安全和长寿命：三根预柱装置，防止三根分析柱被污染，外加一根转化柱，能确保分析数据准确性和整套仪器长期不间断工作，提供色谱分析结构图和实物图。

（4） 可自动循环进样，无需人员值守。为保证进样速度，系统具备煤矿气体全组分分析双柱箱一次进样切换系统技术。提供文件证明材料。
      （5） 主要标志煤层自然发火进程的气体组份最小检测浓度：

以下此二套模块可对煤的自燃特性进行多方位的研究（吸氧法及氧化动力学法），得到更合理结果。

·氧化动力学分析模块

本模块为采空区气体分析系统核心配套单元，依托实测 CO、C₂H₄等特征气体数据，结合系统温湿度工况，测算遗煤氧化活化能、氧化速率等动力学参数。对照煤层自燃相关国标，量化低温缓慢氧化、加速氧化、高温燃变各阶段反应规律，精准划分自燃发展时序。依托试验数据反演采空区漏风蓄热演化特征，为防灭火注氮、密闭堵漏、充填工艺优化提供动力学理论依据，实现从气体检测到自燃机理研判的数据闭环。

(1) 绝热模式：采用主动补偿式绝热设计，实时追踪样品氧化放热温度，通过 PID闭环控制维持系统与样品温差≤±0.1℃

(2) 温度控制范围：环境温度 + 5℃~500℃，支持程序升温与绝热自升温两种运行模式控温精度：±0.1℃（25℃~300℃区间），±0.2℃（300℃~500℃区间）

(3) 绝热稳定性：连续运行 72 小时，系统温度波动≤±0.5℃，无明显热泄漏4、加热功率：最大加热功率 1500W，功率调节精度 ±1W，支持阶梯式功率补偿

·煤吸氧量分析模块
1、测量方法：双气路流动色谱法

2、测量范围：吸氧量 0.05～4.00cm3/g
3、载气：氮气，纯度大于 99.99%
4、吸附气 ：氧气，纯度大于 99.99%
5、漂移：小于 0.3mV/h
6、噪声：小于 0.1mV
7、灵敏度：峰高〉10mV/cm3（N2 载气、O2 峰高）
*8、重复性：峰面积重复性不大于 2%
9、温控精度：±0.2℃
10、供电电源：220V±22V ，50Hz±0.5Hz ，功率不大于 500W。