CN104977373A - 冲击地压模拟环境下煤自燃特性测试用实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冲击地压模拟环境下煤自燃特性测试用实验装置，包括气相色谱仪、上部开口的盛煤容器、用于向所述盛煤容器内的煤样施加冲击力的冲击力施加机构、用于采集所述盛煤容器内部气体的气体采集装置和用于检测所述盛煤容器内煤样温度的温度传感器，所述盛煤容器上开设有取气孔，所述取气孔通过所述气体采集装置与所述气相色谱仪的进气口连接。该实验装置能够有效模拟冲击地压环境，并进一步得到模拟冲击地压环境下煤的自燃特性，从而能够有效的指导煤矿火灾预防，完善煤自燃预测预报体系。

Description

冲击地压模拟环境下煤自燃特性测试用实验装置

技术领域

本发明属于煤自燃特性测试技术领域，具体是涉及一种冲击地压模拟环境下煤自燃特性测试用实验装置。

背景技术

全国煤矿中有56％的矿井存在自燃发火的危险，每年造成的直接和间接经济损失近百亿元。煤炭自燃发火受很多因素的影响，不同学者从水分、氧气浓度、煤粒度等方面对其进行研究，取得不同的成果。但鲜有学者研究矿压及冲击地压对煤自燃的影响，把矿山压力和煤自燃联系起来研究，造成这方面研究空缺。随着安全的要求越来越高，对这方面的研究越来越迫切。为了解决以上问题，结合煤矿井下实际条件，如何研制一种用于专门研究冲击地压与煤自燃关系的实验装置，是相关领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种冲击地压模拟环境下煤自燃特性测试用实验装置。该实验装置能够有效模拟冲击地压环境，并进一步得到模拟冲击地压环境下煤的自燃特性，从而能够有效的指导煤矿火灾预防，完善煤自燃预测预报体系。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：冲击地压模拟环境下煤自燃特性测试用实验装置，其特征在于：包括气相色谱仪、上部开口的盛煤容器、用于向所述盛煤容器内的煤样施加冲击力的冲击力施加机构、用于采集所述盛煤容器内部气体的气体采集装置和用于检测所述盛煤容器内煤样温度的温度传感器，所述盛煤容器上开设有取气孔，所述取气孔通过所述气体采集装置与所述气相色谱仪的进气口连接。

上述的冲击地压模拟环境下煤自燃特性测试用实验装置，其特征在于：所述冲击力施加机构包括电机、钢丝绳、定滑轮、引导筒、支撑板和基座，所述盛煤容器安装在所述基座上，所述支撑板位于所述盛煤容器的上方，所述基座和支撑板通过立柱连接，所述电机安装在所述基座上，所述定滑轮安装在所述支撑板上，所述电机的输出轴上安装有收卷轮，所述钢丝绳的一端连接有重锤，所述钢丝绳的另一端绕过所述定滑轮并固定在所述收卷轮上，所述引导筒的下端固定安装在盛煤容器的上端，所述引导筒的上端与支撑板连接，所述重锤位于所述引导筒内部。

上述的冲击地压模拟环境下煤自燃特性测试用实验装置，其特征在于：所述重锤为铜锤。

上述的冲击地压模拟环境下煤自燃特性测试用实验装置，其特征在于：所述立柱上且沿其高度方向开设有供所述钢丝绳穿过的贯通孔。

上述的冲击地压模拟环境下煤自燃特性测试用实验装置，其特征在于：所述气体采集装置包括气体管路以及串接在所述气体管路上的取气容器和真空泵，所述气体管路的一端与所述取气孔连接，所述气体管路的另一端与所述气相色谱仪的进气口连接，所述取气容器位于所述真空泵与盛煤容器之间，所述气体管路上位于真空泵与所述取气容器之间设置有第一截断阀，所述气体管路上位于真空泵与所述气相色谱仪之间设置有第二截断阀，所述气体管路上位于取气容器与盛煤容器之间设置有电磁阀，所述气体采集装置还包括用于根据重锤进入或移出所述盛煤容器进而控制电磁阀打开或关闭的阀门控制装置。

上述的冲击地压模拟环境下煤自燃特性测试用实验装置，其特征在于：所述阀门控制装置包括直射光源和用于接收所述直射光源发出的直射光并控制所述电磁阀的光控开关，所述光控开关串接在所述电磁阀的供电回路中，所述直射光源和光控开关均设置在所述盛煤容器的侧壁上且均靠近所述盛煤容器的上端，所述直射光源和光控开关相对设置。

上述的冲击地压模拟环境下煤自燃特性测试用实验装置，其特征在于：所述气体管路上位于所述第二截断阀与真空泵之间连接有排气管路，所述排气管路上设置有第三截断阀。

上述的冲击地压模拟环境下煤自燃特性测试用实验装置，其特征在于：所述排气管路上位于所述第一截断阀与取气容器之间设置有负压表。

上述的冲击地压模拟环境下煤自燃特性测试用实验装置，其特征在于：靠近所述盛煤容器上端的侧壁上设置有泄气孔。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明的结构简单，设计新颖合理。

2、本发明该实验装置通过冲击力施加机构对盛煤容器内的煤样施加冲击力从而有效的模拟冲击地压，并进一步通过气体采集装置采集盛煤容器内部气体，然后通过气相色谱仪分析气体成分及浓度，从而得到氧气浓度和一氧化碳浓度，同时，通过温度传感器测得盛煤容器内煤样的温度。进而得到模拟冲击地压环境下氧气消耗特性和放热特性这两个主要的煤自燃特性指标，从而能够有效的指导煤矿火灾预防，完善煤自燃预测预报体系。

3、本发明气体采集装置结构简单，能够有效、快速的采集取气容器内的所有气体，保证气体采集的有效性和准确性。

4、本发明阀门控制装置的结构简单，能够有效、自动的根据重锤是否下落来实现盛煤容器与取气容器的通断。

5、本发明靠近所述盛煤容器上端的侧壁上设置有泄气孔。通过设置泄气孔，可以将重锤下落时压缩的空气快速排出，从而防止重锤下落引起煤尘飞扬和影响重锤下落的速度。

6、本发明的实现成本低，使用效果好，便于推广使用。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1中A处的放大图。

图3为本发明盛煤容器的结构示意图。

附图标记说明:

1—冲击力施加机构；   1-1—收卷轮；         1-2—基座；

1-3—电机；           1-4—贯通孔；         1-5—立柱；

1-6—支撑板；         1-7—定滑轮；         1-8—钢丝绳；

1-9—重锤；           1-10—引导筒；        2—气相色谱仪；

3—气体采集装置；     3-1—气体管路；       3-2—取气容器；

3-3—真空泵；         3-4—第一截断阀；     3-5—第二截断阀；

3-6—电磁阀；         3-7—排气管路；       3-8—第三截断阀；

3-9—阀门控制装置；   3-9-1—直射光源；     3-9-2—光控开关；

3-10—负压表；        4—盛煤容器；         4-1—取气孔；

4-2—泄气孔；         4-3—开关安装孔；     4-4—光源安装孔；

4-5—穿线孔；         5—温度传感器。

具体实施方式

如图1所示的一种冲击地压模拟环境下煤自燃特性测试用实验装置，包括气相色谱仪2、上部开口的盛煤容器4、用于向所述盛煤容器4内的煤样施加冲击力的冲击力施加机构1、用于采集所述盛煤容器4内部气体的气体采集装置3和用于检测所述盛煤容器4内煤样温度的温度传感器5，所述盛煤容器4上开设有取气孔4-1，所述取气孔4-1通过所述气体采集装置3与所述气相色谱仪2的进气口连接。

本实施例中，该实验装置通过冲击力施加机构1对盛煤容器4内的煤样施加冲击力从而有效的模拟冲击地压，并进一步通过气体采集装置3采集盛煤容器4内部气体，然后通过气相色谱仪2分析气体成分及浓度，从而得到氧气浓度和一氧化碳浓度，同时，通过温度传感器5测得盛煤容器4内煤样的温度。由于在一般情况下，煤自然特性包括氧气消耗特性和放热特性。通过气相色谱仪2分析得出氧气浓度变化值和一氧化碳浓度变化值得出氧气消耗特性，另外，通过温度传感器5检测煤样的温度，进而得到放热特性，进而得到模拟冲击地压环境下煤的自燃特性，从而能够有效的指导煤矿火灾预防，完善煤自燃预测预报体系。

如图1所示，所述冲击力施加机构1包括电机1-3、钢丝绳1-8、定滑轮1-7、引导筒1-10、支撑板1-6和基座1-2，所述盛煤容器4安装在所述基座1-2上，所述支撑板1-6位于所述盛煤容器4的上方，所述基座1-2和支撑板1-6通过立柱1-5连接，所述电机1-3安装在所述基座1-2上，所述定滑轮1-7安装在所述支撑板1-6上，所述电机1-3的输出轴上安装有收卷轮1-1，所述钢丝绳1-8的一端连接有用于冲击所述盛煤容器4内煤样的重锤1-9，所述钢丝绳1-8的另一端绕过所述定滑轮1-7并固定在所述收卷轮1-1上，所述引导筒1-10的下端固定安装在盛煤容器4的上端，所述引导筒1-10的上端与支撑板1-6连接，所述重锤1-9位于所述引导筒1-10内部。

本实施例中，所述冲击力施加机构1在使用时，开启电机1-3，所述电机1-3带动收卷轮1-1顺时针方向快速转动，进而带动钢丝绳1-8收卷在所述收卷轮1-1上，此时重锤1-9被提升，随后电机1-3快速反转，此时重锤1-9以接近自由落体的速度下落并对盛煤容器4内的煤样进行冲击，从而有效的实现了模拟冲击地压。在具体实验时，可以更换不同质量的重锤1-9，得到不同冲击能量下的实验结果。

本实施例中，所述重锤1-9采用铜锤。通过采用铜锤，能够避免其与煤样撞击时产生火花，确保了实验过程中的安全。

本实施例中，所述立柱1-5上且沿其高度方向开设有供所述钢丝绳1-8穿过的贯通孔1-4。通过将钢丝绳1-8设置在所述贯通孔1-4内，确保了钢丝绳1-8在使用过程中不受外界的干扰，确保了钢丝绳1-8收卷和放卷时的安全。

如图2所示，所述气体采集装置3包括气体管路3-1以及串接在所述气体管路3-1上的取气容器3-2和真空泵3-3，所述气体管路3-1的一端与所述取气孔4-1连接，所述气体管路3-1的另一端与所述气相色谱仪2的进气口连接，所述取气容器3-2位于所述真空泵3-3与盛煤容器4之间，所述气体管路3-1上位于真空泵3-3与所述取气容器3-2之间设置有第一截断阀3-4，所述气体管路3-1上位于真空泵3-3与所述气相色谱仪2之间设置有第二截断阀3-5，所述气体管路3-1上位于取气容器3-2与盛煤容器4之间设置有电磁阀3-6，所述气体采集装置3还包括用于在重锤1-9进入所述盛煤容器4时控制所述电磁阀3-6打开的阀门控制装置3-9。

如图2所示，所述排气管路3-7上位于所述第一截断阀3-4与取气容器3-2之间设置有负压表3-10。

本实施例中，所述气体采集装置3能够实现对盛煤容器4内气体的有效采集，并能够将采集到的气体输送至气相色谱仪2内进行分析。所述气体采集装置3在使用时，在该实验装置开启之前，关闭电磁阀3-6并打开第一截断阀3-4，开启真空泵3-3给取气容器3-2进行抽真空处理，当负压表3-10显示1MPa时就可以判定取气容器3-2达到真空，然后再关闭第一截断阀3-4，接下来该实验装置开始工作时，通过所述冲击力施加机构1给盛煤容器4内的煤样施加冲击力时，由于所述阀门控制装置3-9与所述冲击力施加机构1配合工作，即重锤1-9下落时，所述阀门控制装置3-9控制所述电磁阀3-6打开，此时盛煤容器4内的气体在取气容器3-2负压的作用下吸入到取气容器3-2内，当重锤1-9上升时，所述阀门控制装置3-9控制所述电磁阀3-6回复关闭状态，此时再次打开真空泵3-3，通过真空泵3-3将取气容器3-2内的气体输送至气相色谱仪2内。所述气体采集装置3结构简单，能够有效、快速的采集取气容器3-2内的所有气体，保证气体采集的有效性和准确性。

如图2所示，所述阀门控制装置3-9包括直射光源3-9-1和用于接收所述直射光源3-9-1发出的直射光并控制所述电磁阀3-6的光控开关3-9-2，所述光控开关3-9-2串接在所述电磁阀3-6的供电回路中，所述直射光源3-9-1和光控开关3-9-2均设置在所述盛煤容器4的侧壁上且均靠近所述盛煤容器4的上端，所述直射光源3-9-1和光控开关3-9-2相对设置。

本实施例中，所述阀门控制装置3-9在使用时，由于盛煤容器4内的煤样装煤线B低于直射光源3-9-1和光控开关3-9-2的安装位置，所以直射光源3-9-1无障碍的直接照射在所述光控开关3-9-2上，此时光控开关3-9-2打开，电磁阀3-6失电保持在常闭状态，但是，当重锤1-9下落至盛煤容器4的煤样上时，此时重锤1-9阻挡在直射光源3-9-1和光控开关3-9-2之间，此时光控开关3-9-2闭合，电磁阀3-6得电打开，从而使盛煤容器4内的气体进入取气容器3-2内。所述阀门控制装置3-9的结构简单，能够有效、自动的根据重锤1-9是否下落来实现盛煤容器4与取气容器3-2的通断。

本实施例中所述光控开关3-9-2采用型号为AS-10的光控开关，所述电磁阀3-6采用力典牌LD7401.5A型真空电磁阀。

如图2所示，所述气体管路3-1上位于所述第二截断阀3-5与真空泵3-3之间连接有排气管路3-7，所述排气管路3-7上设置有第三截断阀3-8。

本实施例中，通过设置排气管路3-7，能够在实验结束时，将第二截断阀3-5关闭，把第三截断阀3-8打开进而通过真空泵3-3将取气容器3-2内的气体由排气管路3-7排出。

如图3所示，靠近所述盛煤容器4上端的侧壁上设置有泄气孔4-2。通过设置泄气孔4-2，可以将重锤1-9下落时压缩的空气快速排出，从而防止重锤1-9下落引起煤尘飞扬和影响重锤1-9下落的速度。

如图3所示，所述盛煤容器4上靠近其上端的侧壁上开设有用于安装光控开关3-9-2的开关安装孔4-3和用于安装直线光源3-9-1的光源安装孔4-4，所述泄气孔4-2位于在开关安装孔4-3的上方，所述取气孔4-1设置在盛煤容器4的侧壁上且位于所述开关安装孔4-3的下方，所述盛煤容器4的底壁开设有供温度传感器5的数据线穿过的穿线孔4-5，所述数据线穿过穿线孔4-5后用密封圈对所述安装孔4-5进行密封。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (9)

1.冲击地压模拟环境下煤自燃特性测试用实验装置，其特征在于：包括气相色谱仪(2)、上部开口的盛煤容器(4)、用于向所述盛煤容器(4)内的煤样施加冲击力的冲击力施加机构(1)、用于采集所述盛煤容器(4)内部气体的气体采集装置(3)和用于检测所述盛煤容器(4)内煤样温度的温度传感器(5)，所述盛煤容器(4)上开设有取气孔(4-1)，所述取气孔(4-1)通过所述气体采集装置(3)与所述气相色谱仪(2)的进气口连接。

2.根据权利要求1所述的冲击地压模拟环境下煤自燃特性测试用实验装置，其特征在于：所述冲击力施加机构(1)包括电机(1-3)、钢丝绳(1-8)、定滑轮(1-7)、引导筒(1-10)、支撑板(1-6)和基座(1-2)，所述盛煤容器(4)安装在所述基座(1-2)上，所述支撑板(1-6)位于所述盛煤容器(4)的上方，所述基座(1-2)和支撑板(1-6)通过立柱(1-5)连接，所述电机(1-3)安装在所述基座(1-2)上，所述定滑轮(1-7)安装在所述支撑板(1-6)上，所述电机(1-3)的输出轴上安装有收卷轮(1-1)，所述钢丝绳(1-8)的一端连接有重锤(1-9)，所述钢丝绳(1-8)的另一端绕过所述定滑轮(1-7)并固定在所述收卷轮(1-1)上，所述引导筒(1-10)的下端固定安装在盛煤容器(4)的上端，所述引导筒(1-10)的上端与支撑板(1-6)连接，所述重锤(1-9)位于所述引导筒(1-10)内部。

3.根据权利要求2所述的冲击地压模拟环境下煤自燃特性测试用实验装置，其特征在于：所述重锤(1-9)为铜锤。

4.根据权利要求2所述的冲击地压模拟环境下煤自燃特性测试用实验装置，其特征在于：所述立柱(1-5)上且沿其高度方向开设有供所述钢丝绳(1-8)穿过的贯通孔(1-4)。

5.根据权利要求2所述的冲击地压模拟环境下煤自燃特性测试用实验装置，其特征在于：所述气体采集装置(3)包括气体管路(3-1)以及串接在所述气体管路(3-1)上的取气容器(3-2)和真空泵(3-3)，所述气体管路(3-1)的一端与所述取气孔(4-1)连接，所述气体管路(3-1)的另一端与所述气相色谱仪(2)的进气口连接，所述取气容器(3-2)位于所述真空泵(3-3)与盛煤容器(4)之间，所述气体管路(3-1)上位于真空泵(3-3)与所述取气容器(3-2)之间设置有第一截断阀(3-4)，所述气体管路(3-1)上位于真空泵(3-3)与所述气相色谱仪(2)之间设置有第二截断阀(3-5)，所述气体管路(3-1)上位于取气容器(3-2)与盛煤容器(4)之间设置有电磁阀(3-6)，所述气体采集装置(3)还包括用于根据重锤(1-9)进入或移出所述盛煤容器(4)进而控制电磁阀(3-6)打开或关闭的阀门控制装置(3-9)。

6.根据权利要求5所述的冲击地压模拟环境下煤自燃特性测试用实验装置，其特征在于：所述阀门控制装置(3-9)包括直射光源(3-9-1)和用于接收所述直射光源(3-9-1)发出的直射光并控制所述电磁阀(3-6)的光控开关(3-9-2)，所述光控开关(3-9-2)串接在所述电磁阀(3-6)的供电回路中，所述直射光源(3-9-1)和光控开关(3-9-2)均设置在所述盛煤容器(4)的侧壁上且均靠近所述盛煤容器(4)的上端，所述直射光源(3-9-1)和光控开关(3-9-2)相对设置。

7.根据权利要求5所述的冲击地压模拟环境下煤自燃特性测试用实验装置，其特征在于：所述气体管路(3-1)上位于所述第二截断阀(3-5)与真空泵(3-3)之间连接有排气管路(3-7)，所述排气管路(3-7)上设置有第三截断阀(3-8)。

8.根据权利要求5所述的冲击地压模拟环境下煤自燃特性测试用实验装置，其特征在于：所述排气管路(3-7)上位于所述第一截断阀(3-4)与取气容器(3-2)之间设置有负压表(3-10)。

9.根据权利要求1所述的冲击地压模拟环境下煤自燃特性测试用实验装置，其特征在于：靠近所述盛煤容器(4)上端的侧壁上设置有泄气孔(4-2)。