CN106290654B - 一种煤自然发火标志气体试验装置及其试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于煤与瓦斯共生条件下的煤自然发火标志气体及其试验方法，试验装置包括空气源、甲烷气源、支流量计、三通阀、水封缓冲器、总流量计、干燥器、单向气阀、阻火呼吸阀、腔体和气相色谱仪，空气源、甲烷气源连通后的气管插入腔体的进气口，腔体中部设有隔爆板及与温度控制系统相连接的电热线圈，隔爆板内部设有与温度监控器相连接感温探头和微天平托盘，腔体的上端设有密封盖、爆破片和出气口，腔体的两端设有进水口、出水口，温度控制系统、温度监控器、微天平与数据采集系统相连接。本发明结构简单，适用于煤与瓦斯共生条件下的煤自然发火标志气体研究，具有防火防爆特性，防止试验过程中瓦斯爆炸造成破坏情况的发生。

Description

一种煤自然发火标志气体试验装置及其试验方法

技术领域

本发明涉及煤矿灾害防治研究领域，具体涉及一种基于煤与瓦斯共生条件下的煤自然发火标志气体试验装置及其试验方法。

背景技术

煤炭自燃火灾是矿井安全生产的主要灾害之一。煤炭自燃火灾的早期预测预报能够在煤体冒烟和出现明火之前，根据煤氧化放热时引起的标志气体、温度等参数的变化情况，较早发现自燃征兆，可将煤炭自燃火灾处理在萌芽之中。因此，煤炭自燃早期的预测预报是行之有效的方法，达到防止火灾或减少损失的目的。目前，预报方法主要有标志气体分析法。煤在氧化升温过程中，会释放出CO、烷烃、烯烃以及炔烃等标志性气体。这些气体的产生率随煤温上升而发生规律性的变化，通过检测分析工作面、掘进工作面是否有煤炭自燃而释放的气体产物，可以进行煤炭自燃的早期预测预报。但井下气体的分析结果不能系统地了解到煤温和标志气体的定量关系，所以必须要通过人工氧化模拟实验过程中的气体的形成特征建立这种关系。

现有煤自然发火标志气体实验主要利用煤自然发火标志气体实验装置，基本方法为将一定量的空气流或氧气流与煤样均匀地充分接触，并加热使煤样以一定的程序升温至一定温度，然后检测煤中放出的气体成分及含量，分析放出的气体随温度升高而变化的规律，并进一步优选出标志气体，建立各种标志气体含量与煤温的定量关系。然而传统的煤自然发火标志气体实验装置在煤与瓦斯共生条件下，由于瓦斯在高温条件下易发生爆炸，造成机器损坏和研究人员受伤，所以传统的煤自然发火标志气体实验装置不适宜研究煤与瓦斯共生条件下煤自然发火标志气体。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述问题，提供一种基于煤与瓦斯共生条件下的煤自然发火标志气体试验装置及其试验方法，该试验装置操作简单，具有防火防爆特性，适用于煤与瓦斯共生条件下煤自然发火标志气体研究。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现：

一种基于煤与瓦斯共生条件下的煤自然发火标志气体试验装置，包括空气源、甲烷气源、支流量计、三通阀、水封缓冲器、总流量计、干燥器、单向气阀、阻火呼吸阀、腔体和气相色谱仪，所述空气源、甲烷气源的输出气管通过三通阀相连通，且空气源、甲烷气源的气管上各设有一个支流量计，连通后的气管依次经过水封缓冲器、干燥器、单向气阀、阻火呼吸阀插入腔体的进气口，所述水封缓冲器、干燥器之间的气管上设有总流量计；所述腔体中部设有管状隔爆板，所述隔爆板的外部设有电热线圈，所述隔爆板内部设有感温探头和托盘，所述腔体的上端设有密封盖、爆破片和出气口，所述腔体的两端分别设有进水口、出水口，所述进水口和出水口之间通过水管连接有恒温循环水槽，所述电热线圈与温度控制系统相连接，所述感温探头与温度监控器相连接，所述托盘连接有位于腔体外部的微天平，所述温度控制系统、温度监控器、微天平与数据采集系统相连接，所述气相色谱仪的输入端与出气口相连接，输出端与数据采集系统相连接。

进一步地，所述空气源及甲烷气源为瓶装气源。

进一步地，所述腔体为带夹层的双层结构，所述进水口和出水口与腔体的夹层相连通。

进一步地，所述隔爆板由铸铁或含镁量重量百比不大于6％的轻合金或阻燃塑料制成。

进一步地，所述爆破片整体呈圆环形状，底端中部的截面形状为向上的预拱形。

进一步地，所述恒温循环水槽中设有循环驱动水泵。

上述基于煤与瓦斯共生条件下的煤自然发火标志气体试验装置的一种试验方法，包括如下步骤：

1)启动恒温循环水槽，设定腔体需要保持的温度；

2)恒温循环水槽达到设定温度后，依次打开数据采集系统、微天平、温度监控器和温度控制系统，并设定温度控制系统程序升温的起始温度、终止温度、升温速率和样品编号；

3)依次打开总流量计、支流量计、空气源和甲烷气源，通过调节支流量计改变甲烷气体与空气的比重，以得到实验所需要的煤与瓦斯共生气氛；

4)程序控温箱内腔炉体达到设定的起始温度后，将密封盖打开，将样品托盘放到微天平托盘上，利用微天平进行质量清零，然后将样品托盘取出加入适量的待测煤样，再重新将样品托盘放在微天平托盘上，盖好密封盖，启动升温程序，通过气相色谱仪实时检测煤热解过程所释放出来的气体，通过数据采集系统记录煤体温度、所释放气体变化情况；

5)实验温度达到设定的终止温度后开始降温，当温度低于50℃时取出样品托盘，关闭气源、流量计及各系统，即完成整个试验过程。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、各部件结构简单，试验操作方便，适用于基于煤与瓦斯共生条件下的煤自然发火标志气体研究。

2、试验装置具有防火防爆特性，采用了水封缓冲器、单向气阀、阻火呼吸阀、隔爆板、爆破片等安全装置，可有效防止试验过程中由于瓦斯爆炸使得机器损坏、研究人员受伤情况的发生。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-空气源，2-甲烷气源，3-支流量计，4-三通阀，5-水封缓冲器，6-总流量计，7-干燥器，8-单向气阀，9-阻火呼吸阀，10-密封盖，11-爆破片，12-出气口，13-进水口，14-出水口，15-电热线圈，16-隔爆板，17-感温探头，18-托盘，19-进气口，20-温度控制系统，21-温度监控器，22-微天平，23-数据采集系统，24-恒温循环水槽，25-腔体，26-气相色谱仪。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

参阅图1所示，本发明为一种基于煤与瓦斯共生条件下煤自然发火标志气体试验装置，包括空气源1、甲烷气源2、支流量计3、三通阀4、水封缓冲器5、总流量计6、干燥器7、单向气阀8、阻火呼吸阀9、腔体25和气相色谱仪26，空气源1、甲烷气源2的输出气管通过三通阀4相连通，且空气源1、甲烷气源2的气管上各设有一个支流量计3，连通后的气管依次经过水封缓冲器5、干燥器7、单向气阀8、阻火呼吸阀9插入腔体25的进气口19，水封缓冲器5、干燥器7之间的气管上设有总流量计6；腔体25中部设有管状隔爆板16，隔爆板16的外部设有电热线圈15，隔爆板16内部设有感温探头17和托盘18，感温探头17位于托盘18下方，腔体25的上端设有密封盖10、爆破片11和出气口12，腔体25的两端分别设有进水口13、出水口14，进水口13和出水口14之间通过水管连接有恒温循环水槽24，电热线圈15与温度控制系统20相连接，感温探头17与温度监控器21相连接，托盘18连接有位于腔体25外部的微天平22，温度控制系统20、温度监控器21、微天平22与数据采集系统23相连接，气相色谱仪26的输入端与出气口12相连接，输出端与数据采集系统23相连接。

其中，空气源1及甲烷气源2为瓶装气源，腔体25为带夹层的双层结构，进水口13和出水口14与腔体25的夹层相连通，隔爆板16由铸铁或含镁量重量百比不大于6％的轻合金或阻燃塑料制成，爆破片11整体呈圆环形状，底端中部的截面形状为向上的预拱形，恒温循环水槽24中设有循环驱动水泵。

上述基于煤与瓦斯共生条件下的煤自然发火标志气体试验装置的一种试验方法，包括如下步骤：

1)启动恒温循环水槽24，设定腔体25需要保持的温度；

2)恒温循环水槽24达到设定温度后，依次打开数据采集系统23、微天平22、温度监控器21和温度控制系统20，并设定温度控制系统20程序升温的起始温度、终止温度、升温速率和样品编号；

3)依次打开总流量计6、支流量计3、空气源1和甲烷气源2，通过调节支流量计3改变甲烷气体与空气的比重，以得到实验所需要的煤与瓦斯共生气氛；

4)程序控温箱内腔炉体达到设定的起始温度后，将密封盖10打开，将样品托盘放到微天平托盘18上，利用微天平22进行质量清零，然后将样品托盘取出加入适量的待测煤样，再重新将样品托盘放在微天平托盘18上，盖好密封盖10，启动升温程序，通过气相色谱仪26实时检测煤热解过程所释放出来的气体，通过数据采集系统23记录煤体温度、所释放气体变化情况；

5)实验温度达到设定的终止温度后开始降温，当温度低于50℃时取出样品托盘，关闭气源、流量计及各系统，即完成整个试验过程。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (3)

1.一种基于煤与瓦斯共生条件下的煤自然发火标志气体试验装置，其特征在于：包括空气源(1)、甲烷气源(2)、支流量计(3)、三通阀(4)、水封缓冲器(5)、总流量计(6)、干燥器(7)、单向气阀(8)、阻火呼吸阀(9)、腔体(25)和气相色谱仪(26)，所述空气源(1)、甲烷气源(2)的输出气管通过三通阀(4)相连通，且空气源(1)、甲烷气源(2)的气管上各设有一个支流量计(3)，连通后的气管依次经过水封缓冲器(5)、干燥器(7)、单向气阀(8)、阻火呼吸阀(9)插入腔体(25)的进气口(19)，所述水封缓冲器(5)、干燥器(7)之间的气管上设有总流量计(6)；所述腔体(25)中部设有管状隔爆板(16)，所述隔爆板(16)的外部设有电热线圈(15)，所述隔爆板(16)内部设有感温探头(17)和托盘(18)，所述感温探头(17)位于托盘(18)下方，所述腔体(25)的上端设有密封盖(10)、爆破片(11)和出气口(12)，所述腔体(25)的两端分别设有进水口(13)、出水口(14)，所述进水口(13)和出水口(14)之间通过水管连接有恒温循环水槽(24)，所述电热线圈(15)与温度控制系统(20)相连接，所述感温探头(17)与温度监控器(21)相连接，所述托盘(18)连接有位于腔体(25)外部的微天平(22)，所述温度控制系统(20)、温度监控器(21)、微天平(22)与数据采集系统(23)相连接，所述气相色谱仪(26)的输入端与出气口(12)相连接，输出端与数据采集系统(23)相连接；所述腔体(25)为带夹层的双层结构，所述进水口(13)和出水口(14)与腔体(25)的夹层相连通；所述隔爆板(16)由铸铁或含镁量重量百比不大于6％的轻合金或阻燃塑料制成；所述爆破片(11)整体呈圆环形状，底端中部的截面形状为向上的预拱形；所述空气源(1)及甲烷气源(2)为瓶装气源。

2.根据权利要求1所述基于煤与瓦斯共生条件下的煤自然发火标志气体试验装置，其特征在于：所述恒温循环水槽(24)中设有循环驱动水泵。

3.根据权利要求1所述煤自然发火标志气体试验装置的一种试验方法，其特征在于包括如下步骤：

1)启动恒温循环水槽(24)，设定腔体(25)需要保持的温度；

2)恒温循环水槽(24)达到设定温度后，依次打开数据采集系统(23)、微天平(22)、温度监控器(21)和温度控制系统(20)，并设定温度控制系统(20)程序升温的起始温度、终止温度、升温速率和样品编号；

3)依次打开总流量计(6)、支流量计(3)、空气源(1)和甲烷气源(2)，通过调节支流量计(3)改变甲烷气体与空气的比重，以得到实验所需要的煤与瓦斯共生气氛；

4)程序控温箱内腔炉体达到设定的起始温度后，将密封盖(10)打开，将样品托盘放到微天平托盘(18)上，利用微天平(22)进行质量清零，然后将样品托盘取出加入适量的待测煤样，再重新将样品托盘放在微天平托盘(18)上，盖好密封盖(10)，启动升温程序，通过气相色谱仪(26)实时检测煤热解过程所释放出来的气体，通过数据采集系统(23)记录煤体温度、所释放气体变化情况；

5)实验温度达到设定的终止温度后开始降温，当温度低于50℃时取出样品托盘，关闭气源、流量计及各系统，即完成整个试验过程。