CN107014864B - 高温松散煤体诱导可燃易爆气体爆炸耦合测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高温松散煤体诱导可燃易爆气体爆炸耦合测试装置及方法，该装置包括煤体反应器、加热控温子系统、配气子系统、数据采集子系统和上位机；该方法包括步骤：一、装入实验煤粒并检验煤体反应器的气密性；二、确定真空气瓶的真空状态；三、松散煤体的高温加热及高温监测；四、配比可燃易爆气体并调节煤体反应器内压力平衡；五、高温松散煤体诱导可燃易爆气体爆炸耦合数据的采集及传输；六、高温松散煤体诱导可燃易爆气体爆炸耦合的数据分析及存储。本发明可用于精确测试可燃易爆气体与高温松散煤体爆炸性相互促进关系，并可重复使用，分别确定多种条件下各参数的演化规律，对矿井煤火热动力灾害防治具有重大的指导意义。

Description

高温松散煤体诱导可燃易爆气体爆炸耦合测试装置及方法

技术领域

本发明属于松散煤体诱导可燃气体爆炸技术领域，具体涉及一种高温松散煤体诱导可燃易爆气体爆炸耦合测试装置及方法。

背景技术

近年来，随着煤层开采工艺、技术不断进步和深度加大，造成的矿井热动力灾害事故发生极为频繁，其中瓦斯爆炸及煤自燃事故具有隐蔽性强、预测预报不精确、治理难度大、后果严重等显著特点。在煤矿发生的热动力灾害事故中，大多数情况下都有松散煤体有关，其中与松散煤体有关的瓦斯爆炸导致的死亡人数约占80％以上，然而当隐蔽的高温松散煤体不能完全氧化时，会生成CO、C2H4、C2H2等易燃易爆气体，这在一定程度上加重了爆炸危险性及后果。尽管其他易燃易爆气体与松散煤体混合爆炸的特征尚未明确，但是混合后爆炸威力比易燃易爆气体或松散煤体单一因素的爆炸更为强烈，当采空区或巷道甚至是煤层内部高温松散煤体在易燃易爆气体爆燃的影响下会发生多种物理化学反应，生成大量的有毒有害产物并产生较强的冲击波，严重威胁矿工的生命和财产安全。所以，在煤矿灾害事故中，松散煤体存在的易燃易爆气体爆炸事故会对煤矿安全生产造成严重影响，同时也极大程度上制约了煤炭工业前进的步伐。研究易燃易爆气体、松散煤体混合爆炸特性对掌握其破坏规律和防控重特大煤矿灾害事故具有重要意义；然而目前关于这方面的研究很少，因此，现如今缺少一种能开展松散煤体粒度、温度、易燃易爆气体浓度对松散煤体受易燃易爆气体爆炸极限的影响，以及易燃易爆气体松散煤体混合爆炸的压力、温度、气体产物、火焰、烟气云的演化特性的高温松散煤体诱导可燃易爆气体爆炸耦合测试装置及方法，为煤矿井下重特大热动力灾害事故的防控和救援提供基础参数。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种高温松散煤体诱导可燃易爆气体爆炸耦合测试装置，其设计新颖合理，可用于精确测试可燃易爆气体与高温松散煤体爆炸性相互促进关系，并可重复使用，分别确定多种条件下各参数的演化规律，对矿井煤火热动力灾害防治具有重大的指导意义。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：高温松散煤体诱导可燃易爆气体爆炸耦合测试装置，其特征在于：包括盛放松散的实验煤粒的煤体反应器、控制实验煤粒温度的加热控温子系统、向所述煤体反应器输送可燃易爆气体的配气子系统、采集所述煤体反应器测试数据的数据采集子系统和用于测试数据分析的上位机，所述煤体反应器包括两端开口且竖向放置的透明容器、封堵透明容器开口的保温塞、固定所述保温塞的紧固件和设置在透明容器内的网篮，实验煤粒设置在网篮内，网篮内侧底部设置有绝缘纸，透明容器的侧壁上设置有泄爆孔，泄爆孔上设置有泄爆管，所述加热控温子系统包括设置在透明容器外的温度控制模块以及均与温度控制模块相接且伸入至网篮内用于加热实验煤粒的电热丝、用于采集实验煤粒的加热温度的测温仪、用于采集加热后实验煤粒产生的热电动势数据的温控电偶丝，温控电偶丝位于网篮外的电偶丝段上设置有温控开关，温度控制模块与上位机连接，所述配气子系统包括自动配气仪以及均与自动配气仪输入气管连通的单性可燃气体瓶和空气瓶，自动配气仪通过输出气管与透明容器底部连通，所述数据采集子系统包括设置在透明容器外侧的图像动态采集仪、伸入透明容器取气并检测透明容器内气体产物成分的气体分析单元、设置在网篮外侧面上的火焰传感器、设置在透明容器外侧壁上的温度传感器和压力传感器，图像动态采集仪和自动配气仪通过同步控制器由上位机控制。

上述的高温松散煤体诱导可燃易爆气体爆炸耦合测试装置，其特征在于：所述保温塞包括封堵透明容器底部的第一保温塞和封堵透明容器顶部的第二保温塞，所述紧固件包括设置在第一保温塞底部固定第一保温塞的第一压板和设置在第二保温塞顶部固定第二保温塞的第二压板，以及用于紧固第一压板和第二压板的螺杆，螺杆紧固第一压板和第二压板的两端均安装有螺帽，网篮通过绝热丝悬吊在第二保温塞底部。

上述的高温松散煤体诱导可燃易爆气体爆炸耦合测试装置，其特征在于：所述火焰传感器通过火焰数据采集仪与上位机连接，温度传感器通过温度巡检仪与上位机连接，压力传感器通过与压力巡检仪与上位机连接。

上述的高温松散煤体诱导可燃易爆气体爆炸耦合测试装置，其特征在于：所述温度传感器和压力传感器的数量均为多个，多个温度传感器沿透明容器长度方向呈直线等间距设置在透明容器外侧壁上，多个压力传感器沿透明容器长度方向呈直线等间距设置在透明容器外侧壁上，透明容器为圆柱状透明容器，多个温度传感器与多个压力传感器对称设置在透明容器的中轴线两侧，透明容器上设置有用于采集透明容器内部压力值的压力表。

上述的高温松散煤体诱导可燃易爆气体爆炸耦合测试装置，其特征在于：所述单性可燃气体瓶的数量为多个，多个单性可燃气体瓶内存放的单性可燃气体各不相同。

上述的高温松散煤体诱导可燃易爆气体爆炸耦合测试装置，其特征在于：所述气体分析单元包括真空气瓶、四通阀和检测真空气瓶内气体成分的气相色谱分析仪，真空气瓶与透明容器连通的管路上、单性可燃气体瓶与自动配气仪连通的管路上、空气瓶与自动配气仪连通的管路上均设置有流量计，流量计的信号输出端与上位机的输入端相接，自动配气仪与透明容器连通的管路上以及透明容器与真空气瓶连通的管路上均设置有逆止阀、用于控制气体流通开关的电磁阀和用于控制气体泄压的三通阀，所述三通阀未接入管路的一端安装有卸压管，四通阀的第一端口与真空气瓶连通，四通阀的第二端口与连接真空气瓶和透明容器的管路连通，四通阀的第三端口与气相色谱分析仪连通，四通阀的第四端口与由上位机控制的抽气泵连通，单性可燃气体瓶和空气瓶上均安装有减压阀、压力测试仪、气瓶开关和密封圈。

上述的高温松散煤体诱导可燃易爆气体爆炸耦合测试装置，其特征在于：所述图像动态采集仪为高速摄影仪，所述高速摄影仪安装在高度可调的三角支架上。

同时，本发明还公开了一种方法步骤简单、设计合理、可测试高温松散煤体诱导可燃易爆气体爆炸耦合的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、装入实验煤粒并检验煤体反应器的气密性：首先，采用滤网过滤实验煤粒，向网篮内放置经电热鼓风干燥箱干燥并用电子天平称量好重量的过滤后的实验煤粒，安装煤体反应器；然后，检验煤体反应器的气密性，在透明容器上设置用于采集透明容器内部压力值的压力表，当压力表采集的透明容器内气压不稳则说明透明容器的密封不够完全，应检查煤体反应器的安装，直至气压稳定；

步骤二、确定真空气瓶的真空状态：通过上位机启动四通阀和抽气泵工作，将四通阀的第一端口和第四端口导通，通过与四通阀的第四端口连通的抽气泵将与四通阀的第一端口连通的真空气瓶抽至真空状态；

步骤三、松散煤体的高温加热及高温监测：首先，温度控制模块控制伸入至网篮内的电热丝工作，对实验煤粒进行高温加热至温度T；然后，通过测温仪实时采集实验煤粒的实际加热温度，并将实验煤粒的实际加热温度传输至温度控制模块，当实验煤粒的实际加热温度达到温控开关的闭合温度时，温控电偶丝获取实验煤粒的热电动势，并将实验煤粒的热电动势输至温度控制模块；

步骤四、配比可燃易爆气体并调节煤体反应器内压力平衡：开启自动配气仪，通过单性可燃气体瓶和空气瓶向自动配气仪内输送含有可燃气体的混合气体，利用自动配气仪配制符合要求的混合气体后输送至透明容器，当透明容器内的混合气体压力超过透明容器的承载压力阈值时，设置在泄爆孔上的泄爆管自动泄压调节煤体反应器内压力平衡；

步骤五、高温松散煤体诱导可燃易爆气体爆炸耦合数据的采集及传输：首先，采用火焰传感器实时采集实验煤粒加热过程中火焰数据，采用温度传感器和压力传感器分别实时采集透明容器承受的温度和压力；然后，调节所述图像动态采集仪位置准备采集透明容器内爆炸耦合图像数据，利用同步控制器控制步骤四中自动配气仪向透明容器输送混合气体t时间段后，开启所述图像动态采集仪并采集透明容器内爆炸耦合图像数据传输至上位机，同时，可通过上位机启动四通阀工作，将四通阀的第一端口和第二端口导通进行真空气瓶取气；

火焰传感器通过火焰数据采集仪向上位机传输实验煤粒加热过程中火焰数据，温度传感器通过温度巡检仪向上位机传输透明容器承受的温度数据，压力传感器通过与压力巡检仪向上位机传输透明容器承受的压力数据；

步骤六、高温松散煤体诱导可燃易爆气体爆炸耦合的数据分析及存储：步骤五中真空气瓶取气结束后，将四通阀的第一端口和第三端口导通，利用气相色谱分析仪对真空气瓶内气体进行成分分析并将分析结果传输至上位机，同时，上位机对步骤五中采集的数据进行综合分析和预处理，获取影响高温松散煤体诱导可燃易爆气体爆炸耦合的数据并数据存储。

上述的方法，其特征在于：所述滤网的目数不小于200目；所述T不小于300℃；所述t满足：3min≤t≤8min。

上述的方法，其特征在于：所述单性可燃气体瓶的数量为多个，多个单性可燃气体瓶内存放的单性可燃气体各不相同，所述单性可燃气体包括一氧化碳、甲烷、乙烯和乙烷。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明的爆炸耦合测试装置，通过设置绝热丝将网篮悬吊在透明容器内可实现图像动态采集仪全方位的观测松散煤体高温诱导可燃易爆气体爆炸图像，将火焰传感器设置在网篮外侧采集松散煤体高温固体微粒构成成分，将温度传感器和压力传感器设置在透明容器外侧壁上采集松散煤体高温诱导可燃易爆气体爆炸对周围环境带来的危害力，便于推广使用。

2、本发明的爆炸耦合测试装置，通过在透明容器的侧壁上设置泄爆孔和泄爆管，当透明容器内的压力未达到透明容器可承受的压力阈值时，泄爆管封堵泄爆孔使透明容器密闭；当透明容器内的压力达到透明容器可承受的压力阈值时，泄爆管对透明容器内压力进行泄放，避免爆炸对透明容器带来的损伤，可重复使用，减少投入成本，可靠稳定，使用效果好。

3、本发明的爆炸耦合测试装置，通过设置配气子系统为透明容器内配制可燃易爆气体，采用自动配气仪将所需浓度所需量的混合气体输送至透明容器，避免使用单性可燃气体瓶和空气瓶直接向透明容器输送混合气体导致混合气体的浓度及用量难以控制的问题；另外，设置气体分析单元对松散煤体高温诱导可燃易爆气体爆炸产物的分析，功能完备。

4、本发明的爆炸耦合测试方法，步骤简单，测试严密，可精确测试可燃易爆气体与高温松散煤体爆炸性相互促进关系，可多次对不同温度下松散煤体诱导不同配比的配气爆炸参数的演化规律，对矿井煤火热动力灾害防治具有重大的指导意义。

综上所述，本发明设计新颖合理，可用于精确测试可燃易爆气体与高温松散煤体爆炸性相互促进关系，并可重复使用，分别确定多种条件下各参数的演化规律，对矿井煤火热动力灾害防治具有重大的指导意义。

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为本发明爆炸耦合测试装置的结构示意图。

图2为本发明爆炸耦合测试装置的电路原理框图。

图3为本发明爆炸耦合测试方法的流程框图。

附图标记说明:

1—透明容器； 2-1—第一保温塞； 2-2—第二保温塞；

3-1—第一压板； 3-2—第二压板； 4—螺杆；

5—螺帽； 6—绝热丝； 7—网篮；

8—实验煤粒； 9—温度控制模块； 11—温控电偶丝；

12—温控开关； 13—测温仪； 14—电热丝；

15—绝缘纸； 16—压力表； 17—泄爆孔；

18—泄爆管； 19-1—第一逆止阀； 19-2—第二逆止阀；

20-1—第一三通阀； 20-2—第二三通阀； 21-1—第一卸压管；

21-2—第二卸压管； 22—流量计； 22-1—第一流量计；

22-2—第二流量计； 23-1—第一电磁阀； 23-2—第二电磁；

24—四通阀； 25—气瓶开关； 26—真空气瓶；

27—抽气泵； 28—气相色谱分析仪； 29—火焰传感器；

30—火焰数据采集仪； 31—温度传感器； 32—温度巡检仪；

33—压力传感器； 34—压力巡检仪； 35—单性可燃气体瓶；

36—空气瓶； 37—压力测试仪； 38—自动配气仪；

39—同步控制器； 40—三角支架； 41—高速摄影仪；

42—上位机； 44—密封圈； 50—阀组。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明所述的高温松散煤体诱导可燃易爆气体爆炸耦合测试装置，包括盛放松散的实验煤粒8的煤体反应器、控制实验煤粒8温度的加热控温子系统、向所述煤体反应器输送可燃易爆气体的配气子系统、采集所述煤体反应器测试数据的数据采集子系统和用于测试数据分析的上位机42，所述煤体反应器包括两端开口且竖向放置的透明容器1、封堵透明容器1开口的保温塞、固定所述保温塞的紧固件和设置在透明容器1内的网篮7，实验煤粒8设置在网篮7内，网篮7内侧底部设置有绝缘纸15，透明容器1的侧壁上设置有泄爆孔17，泄爆孔17上设置有泄爆管18，所述加热控温子系统包括设置在透明容器1外的温度控制模块9以及均与温度控制模块9相接且伸入至网篮7内用于加热实验煤粒8的电热丝14、用于采集实验煤粒8的加热温度的测温仪13、用于采集加热后实验煤粒8产生的热电动势数据的温控电偶丝11，温控电偶丝11位于网篮7外的电偶丝段上设置有温控开关12，温度控制模块9与上位机42连接，所述配气子系统包括自动配气仪38以及均与自动配气仪38输入气管连通的单性可燃气体瓶35和空气瓶36，自动配气仪38通过输出气管与透明容器1底部连通，所述数据采集子系统包括设置在透明容器1外侧的图像动态采集仪、伸入透明容器1取气并检测透明容器1内气体产物成分的气体分析单元、设置在网篮7外侧面上的火焰传感器29、设置在透明容器1外侧壁上的温度传感器31和压力传感器33，图像动态采集仪和自动配气仪38通过同步控制器39由上位机42控制。

本实施例中，所述保温塞包括封堵透明容器1底部的第一保温塞2-1和封堵透明容器1顶部的第二保温塞2-2，所述紧固件包括设置在第一保温塞2-1底部固定第一保温塞2-1的第一压板3-1和设置在第二保温塞2-2顶部固定第二保温塞2-2的第二压板3-2，以及用于紧固第一压板3-1和第二压板3-2的螺杆4，螺杆4紧固第一压板3-1和第二压板3-2的两端均安装有螺帽5，网篮7通过绝热丝6悬吊在第二保温塞2-2底部。

需要说明的是，采用两端夹紧的方式密封透明容器1，实际使用中，采用3～6个螺杆4中心对称的紧固第一压板3-1和第二压板3-2，每个螺杆4伸出压板的位置均安装螺帽5用于紧固透明容器1。

需要说明的是，透明容器1的设置是为了容纳实验煤粒8，为实验煤粒8提供一个实验的密闭空间，绝热丝6的设置一是为了将网篮7悬吊在透明容器1内，便于实现图像动态采集仪全方位的观测松散煤体高温诱导可燃易爆气体爆炸图像；二是为了减少实验煤粒8热量的损失，降低实验误差；优选的透明容器1采用圆柱筒形透明石英钢化玻璃，上下两端开口可拆卸，优选的保温塞采用硅酸铝毡保温塞；网篮7由普通直径0.5mm钢丝制成无盖立方体，长宽高分别为：10cm、8cm、6cm，网篮7的侧面孔径为0.1mm，网篮7的底面孔径为1mm，网篮7内侧底部设置绝缘纸15一是为了隔热降低实验的误差，二是为了盛放实验煤粒8，避免实验煤粒8洒落，三是为了重复高温松散煤体诱导可燃易爆气体爆炸实验时处理网篮7简单方便；实际使用中，实验煤粒8采用滤网过滤并经电热鼓风干燥箱干燥，透明容器1的侧壁上设置的泄爆孔17孔径为4cm，泄爆孔17上设置有泄爆管18，当透明容器内的压力未达到透明容器可承受的压力阈值时，泄爆管封堵泄爆孔使透明容器密闭；当透明容器内的压力达到透明容器可承受的压力阈值时，泄爆管对透明容器内压力进行泄放，避免爆炸对透明容器以及人身伤害带来伤害。

加热控温子系统的设置是为了给实验煤粒8提供高温加热，温度控制模块9采用ND8000温度控制器，实际使用中，ND8000温度控制器通过Fluke2635T温度采集器，将实验煤粒8实时温度数据以及热电动势传输至上位机42，Fluke 2635T温度采集器自带USB数据传输模块接入上位机42的USB插孔；ND8000温度控制器连接有电热丝14对实验煤粒8提供高温加热，并连接测温仪13对实验煤粒8的温度进行采集，ND8000温度控制器连接温度控制电偶丝11的线路中连接有温控开关12，当实验煤粒8的加热温度达到温控开关12的导通值时，温度控制电偶丝11测量实验煤粒8的热电动势，否则，温度控制电偶丝11不工作。

配气子系统的设置是为了给高温松散的实验煤粒8提供可燃易爆气体，采用自动配气仪38将所需浓度所需量的混合气体输送至透明容器1，避免使用单性可燃气体瓶35和空气瓶36直接向透明容器1输送混合气体导致混合气体的浓度及用量难以控制的问题。

数据采集子系统中将火焰传感器29设置在网篮7外侧是为了直接采集松散煤体高温固体微粒构成成分，避免远距离安装带来的火焰数据精度低，将温度传感器31和压力传感器33设置在透明容器1外侧壁上是为了将透明容器1作为高温松散煤体诱导可燃易爆气体爆炸影响的区域，温度传感器31和压力传感器33采集的数据可作为松散煤体高温诱导可燃易爆气体爆炸对周围环境带来的危害力，使用效果好，优选的温度传感器31采用铂钨电偶丝，所述铂钨电偶丝量程为3000℃，测量范围广，优选的压力传感器33采用无腔压力传感器CX-TJP3，所述无腔压力传感器CX-TJP3的量程为5Mpa。

同步控制器39的设置是为了控制图像动态采集仪和自动配气仪38工作时间，由于自动配气仪38开始为透明容器1配气时，混合气体与高温松散煤体未完全耦合，反应不完全，因此，图像动态采集仪采集的图像数据没有参考意义，设定自动配气仪38为透明容器1配气的时间，当配气时间结束时，同步控制器39控制图像动态采集仪工作，图像动态采集仪将采集的图像信息传输至上位机42。

本实施例中，所述火焰传感器29通过火焰数据采集仪30与上位机42连接，温度传感器31通过温度巡检仪32与上位机42连接，压力传感器33通过与压力巡检仪34与上位机42连接。

本实施例中，所述温度传感器31和压力传感器33的数量均为多个，多个温度传感器31沿透明容器1长度方向呈直线等间距设置在透明容器1外侧壁上，多个压力传感器33沿透明容器1长度方向呈直线等间距设置在透明容器1外侧壁上，透明容器1为圆柱状透明容器，多个温度传感器31与多个压力传感器33对称设置在透明容器1的中轴线两侧，透明容器1上设置有用于采集透明容器1内部压力值的压力表16。

需要说明的是，火焰数据采集仪30可同时接收多个火焰传感器29采集的火焰数据，温度巡检仪32可同时接收多个温度传感器31采集的温度数据，压力巡检仪34可同时接收多个压力传感器33采集的压力数据，实际使用中，温度传感器31和压力传感器33均采用四个，采集不同高度的温度值和压力值，测试精度高，测试全面。

本实施例中，所述单性可燃气体瓶35的数量为多个，多个单性可燃气体瓶35内存放的单性可燃气体各不相同。

本实施例中，所述气体分析单元包括真空气瓶26、四通阀24和检测真空气瓶26内气体成分的气相色谱分析仪28，真空气瓶26与透明容器1连通的管路上、单性可燃气体瓶35与自动配气仪38连通的管路上、空气瓶36与自动配气仪38连通的管路上均设置有流量计22，流量计22的信号输出端与上位机42的输入端相接，自动配气仪38与透明容器1连通的管路上以及透明容器1与真空气瓶26连通的管路上均设置有逆止阀、用于控制气体流通开关的电磁阀和用于控制气体泄压的三通阀，所述三通阀未接入管路的一端安装有卸压管，四通阀24的第一端口与真空气瓶26连通，四通阀24的第二端口与连接真空气瓶26和透明容器1的管路连通，四通阀24的第三端口与气相色谱分析仪28连通，四通阀24的第四端口与由上位机42控制的抽气泵27连通，单性可燃气体瓶35和空气瓶36上均安装有减压阀、压力测试仪37、气瓶开关25和密封圈44。

需要说明的是，流量计22包括第一流量计22-1、第二流量计22-2、和第三流量计，第一流量计22-1设置在真空气瓶26与透明容器1连通的管路上且用于采集取气流量，第二流量计22-2设置在空气瓶36与自动配气仪38连通的管路上且用于采集空气流量，第三流量计设置在单性可燃气体瓶35与自动配气仪38连通的管路上且用于采集单性可燃气体流量；逆止阀包括第一逆止阀19-1和第二逆止阀19-2，电磁阀包括第一电磁阀23-1和第二电磁阀23-2，三通阀包括第一三通阀20-1和第二三通阀20-2，透明容器1与真空气瓶26连通的管路上设置防止透明容器1输出气体回流的第一逆止阀19-1、用于控制透明容器1输出气体流通开关的第一电磁阀23-1和用于控制透明容器1输出气体泄压的第一三通阀20-1；自动配气仪38与透明容器1连通的管路上设置防止透明容器1输入气体回流的第二逆止阀19-2、用于控制透明容器1输入气体流通开关的第二电磁阀23-2和用于控制自动配气仪38输出气体过量，进而泄压的第二三通阀20-2；卸压管包括第一卸压管21-1和第二卸压管21-2，第一三通阀20-1未接入透明容器1与真空气瓶26连通的管路的一端安装有第一卸压管21-1，第二三通阀20-2未接入自动配气仪38与透明容器1连通的管路的一端安装有第二卸压管21-2，第一逆止阀19-1、第二逆止阀19-2、第一三通阀20-1、第二三通阀20-2、第一电磁阀23-1、第二电磁阀23-2和四通阀24组成阀组50，所述阀组50由上位机42控制。

本实施例中，所述图像动态采集仪为高速摄影仪41，所述高速摄影仪41安装在高度可调的三角支架40上。

如图3所示的一种高温松散煤体诱导可燃易爆气体爆炸耦合测试的方法，包括以下步骤：

步骤一、装入实验煤粒并检验煤体反应器的气密性：首先，采用滤网过滤实验煤粒8，向网篮7内放置经电热鼓风干燥箱干燥并用电子天平称量好重量的过滤后的实验煤粒8，安装煤体反应器；然后，检验煤体反应器的气密性，在透明容器1上设置用于采集透明容器1内部压力值的压力表16，当压力表16采集的透明容器1内气压不稳则说明透明容器1的密封不够完全，应检查煤体反应器的安装，直至气压稳定；

本实施例中，所述滤网的目数不小于200目；

步骤二、确定真空气瓶的真空状态：通过上位机42启动四通阀24和抽气泵27工作，将四通阀24的第一端口和第四端口导通，通过与四通阀24的第四端口连通的抽气泵27将与四通阀24的第一端口连通的真空气瓶26抽至真空状态；

步骤三、松散煤体的高温加热及高温监测：首先，温度控制模块9控制伸入至网篮7内的电热丝14工作，对实验煤粒8进行高温加热至温度T；然后，通过测温仪13实时采集实验煤粒8的实际加热温度，并将实验煤粒8的实际加热温度传输至温度控制模块9，当实验煤粒8的实际加热温度达到温控开关12的闭合温度时，温控电偶丝11获取实验煤粒8的热电动势，并将实验煤粒8的热电动势输至温度控制模块9；

本实施例中，所述T不小于300℃；

步骤四、配比可燃易爆气体并调节煤体反应器内压力平衡：开启自动配气仪38，通过单性可燃气体瓶35和空气瓶36向自动配气仪38内输送含有可燃气体的混合气体，利用自动配气仪38配制符合要求的混合气体后输送至透明容器1，当透明容器1内的混合气体压力超过透明容器1的承载压力阈值时，设置在泄爆孔17上的泄爆管18自动泄压调节煤体反应器内压力平衡；

步骤五、高温松散煤体诱导可燃易爆气体爆炸耦合数据的采集及传输：首先，采用火焰传感器29实时采集实验煤粒8加热过程中火焰数据，采用温度传感器31和压力传感器33分别实时采集透明容器1承受的温度和压力；然后，调节所述图像动态采集仪位置准备采集透明容器1内爆炸耦合图像数据，利用同步控制器39控制步骤四中自动配气仪38向透明容器1输送混合气体t时间段后，开启所述图像动态采集仪并采集透明容器1内爆炸耦合图像数据传输至上位机42，同时，可通过上位机42启动四通阀24工作，将四通阀24的第一端口和第二端口导通进行真空气瓶26取气；

本实施例中，所述t满足：3min≤t≤8min。

火焰传感器29通过火焰数据采集仪30向上位机42传输实验煤粒8加热过程中火焰数据，温度传感器31通过温度巡检仪32向上位机42传输透明容器1承受的温度数据，压力传感器33通过与压力巡检仪34向上位机42传输透明容器1承受的压力数据；

步骤六、高温松散煤体诱导可燃易爆气体爆炸耦合的数据分析及存储：步骤五中真空气瓶26取气结束后，将四通阀24的第一端口和第三端口导通，利用气相色谱分析仪28对真空气瓶26内气体进行成分分析并将分析结果传输至上位机42，同时，上位机42对步骤五中采集的数据进行综合分析和预处理，获取影响高温松散煤体诱导可燃易爆气体爆炸耦合的数据并数据存储。

本实施例中，所述单性可燃气体瓶35的数量为多个，多个单性可燃气体瓶35内存放的单性可燃气体各不相同，所述单性可燃气体包括一氧化碳、甲烷、乙烯和乙烷。

实际使用中，操作者可根据实验煤粒8用量、加热控温子系统加热温度、配气子系统配制的混合气体浓度和用量不同，分别在透明容器1中测试，获取可燃易爆气体与高温松散煤体爆炸性相互促进关系以及爆炸参数的演化规律，对矿井煤火热动力灾害防治具有重大的指导意义。

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化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (8)

1.高温松散煤体诱导可燃易爆气体爆炸耦合测试装置，其特征在于：包括盛放松散的实验煤粒（8）的煤体反应器、控制实验煤粒（8）温度的加热控温子系统、向所述煤体反应器输送可燃易爆气体的配气子系统、采集所述煤体反应器测试数据的数据采集子系统和用于测试数据分析的上位机（42），所述煤体反应器包括两端开口且竖向放置的透明容器（1）、封堵透明容器（1）开口的保温塞、固定所述保温塞的紧固件和设置在透明容器（1）内的网篮（7），实验煤粒（8）设置在网篮（7）内，网篮（7）内侧底部设置有绝缘纸（15），透明容器（1）的侧壁上设置有泄爆孔（17），泄爆孔（17）上设置有泄爆管（18），所述加热控温子系统包括设置在透明容器（1）外的温度控制模块（9）以及均与温度控制模块（9）相接且伸入至网篮（7）内用于加热实验煤粒（8）的电热丝（14）、用于采集实验煤粒（8）的加热温度的测温仪（13）、用于采集加热后实验煤粒（8）产生的热电动势数据的温控电偶丝（11），温控电偶丝（11）位于网篮（7）外的电偶丝段上设置有温控开关（12），温度控制模块（9）与上位机（42）连接，所述配气子系统包括自动配气仪（38）以及均与自动配气仪（38）输入气管连通的单性可燃气体瓶（35）和空气瓶（36），自动配气仪（38）通过输出气管与透明容器（1）底部连通，所述数据采集子系统包括设置在透明容器（1）外侧的图像动态采集仪、伸入透明容器（1）取气并检测透明容器（1）内气体产物成分的气体分析单元、设置在网篮（7）外侧面上的火焰传感器（29）、设置在透明容器（1）外侧壁上的温度传感器（31）和压力传感器（33），图像动态采集仪和自动配气仪（38）通过同步控制器（39）由上位机（42）控制；

所述保温塞包括封堵透明容器（1）底部的第一保温塞（2-1）和封堵透明容器（1）顶部的第二保温塞（2-2），所述紧固件包括设置在第一保温塞（2-1）底部固定第一保温塞（2-1）的第一压板（3-1）和设置在第二保温塞（2-2）顶部固定第二保温塞（2-2）的第二压板（3-2），以及用于紧固第一压板（3-1）和第二压板（3-2）的螺杆（4），螺杆（4）紧固第一压板（3-1）和第二压板（3-2）的两端均安装有螺帽（5），网篮（7）通过绝热丝（6）悬吊在第二保温塞（2-2）底部；

所述火焰传感器（29）通过火焰数据采集仪（30）与上位机（42）连接，温度传感器（31）通过温度巡检仪（32）与上位机（42）连接，压力传感器（33）通过与压力巡检仪（34）与上位机（42）连接。

2.按照权利要求1所述的高温松散煤体诱导可燃易爆气体爆炸耦合测试装置，其特征在于：所述温度传感器（31）和压力传感器（33）的数量均为多个，多个温度传感器（31）沿透明容器（1）长度方向呈直线等间距设置在透明容器（1）外侧壁上，多个压力传感器（33）沿透明容器（1）长度方向呈直线等间距设置在透明容器（1）外侧壁上，透明容器（1）为圆柱状透明容器，多个温度传感器（31）与多个压力传感器（33）对称设置在透明容器（1）的中轴线两侧，透明容器（1）上设置有用于采集透明容器（1）内部压力值的压力表（16）。

3.按照权利要求1所述的高温松散煤体诱导可燃易爆气体爆炸耦合测试装置，其特征在于：所述单性可燃气体瓶（35）的数量为多个，多个单性可燃气体瓶（35）内存放的单性可燃气体各不相同。

4.按照权利要求1所述的高温松散煤体诱导可燃易爆气体爆炸耦合测试装置，其特征在于：所述气体分析单元包括真空气瓶（26）、四通阀（24）和检测真空气瓶（26）内气体成分的气相色谱分析仪（28），真空气瓶（26）与透明容器（1）连通的管路上、单性可燃气体瓶（35）与自动配气仪（38）连通的管路上、空气瓶（36）与自动配气仪（38）连通的管路上均设置有流量计（22），流量计（22）的信号输出端与上位机（42）的输入端相接，自动配气仪（38）与透明容器（1）连通的管路上以及透明容器（1）与真空气瓶（26）连通的管路上均设置有逆止阀、用于控制气体流通开关的电磁阀和用于控制气体泄压的三通阀，所述三通阀未接入管路的一端安装有卸压管，四通阀（24）的第一端口与真空气瓶（26）连通，四通阀（24）的第二端口与连接真空气瓶（26）和透明容器（1）的管路连通，四通阀（24）的第三端口与气相色谱分析仪（28）连通，四通阀（24）的第四端口与由上位机（42）控制的抽气泵（27）连通，单性可燃气体瓶（35）和空气瓶（36）上均安装有减压阀、压力测试仪（37）、气瓶开关（25）和密封圈（44）。

5.按照权利要求1所述的高温松散煤体诱导可燃易爆气体爆炸耦合测试装置，其特征在于：所述图像动态采集仪为高速摄影仪（41），所述高速摄影仪（41）安装在高度可调的三角支架（40）上。

6.一种利用如权利要求4所述装置进行高温松散煤体诱导可燃易爆气体爆炸耦合测试的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

步骤一、装入实验煤粒并检验煤体反应器的气密性：首先，采用滤网过滤实验煤粒（8），向网篮（7）内放置经电热鼓风干燥箱干燥并用电子天平称量好重量的过滤后的实验煤粒（8），安装煤体反应器；然后，检验煤体反应器的气密性，在透明容器（1）上设置用于采集透明容器（1）内部压力值的压力表（16），当压力表（16）采集的透明容器（1）内气压不稳则说明透明容器（1）的密封不够完全，应检查煤体反应器的安装，直至气压稳定；

步骤二、确定真空气瓶的真空状态：通过上位机（42）启动四通阀（24）和抽气泵（27）工作，将四通阀（24）的第一端口和第四端口导通，通过与四通阀（24）的第四端口连通的抽气泵（27）将与四通阀（24）的第一端口连通的真空气瓶（26）抽至真空状态；

步骤三、松散煤体的高温加热及高温监测：首先，温度控制模块（9）控制伸入至网篮（7）内的电热丝（14）工作，对实验煤粒（8）进行高温加热至温度T；然后，通过测温仪（13）实时采集实验煤粒（8）的实际加热温度，并将实验煤粒（8）的实际加热温度传输至温度控制模块（9），当实验煤粒（8）的实际加热温度达到温控开关（12）的闭合温度时，温控电偶丝（11）获取实验煤粒（8）的热电动势，并将实验煤粒（8）的热电动势输至温度控制模块（9）；

步骤四、配比可燃易爆气体并调节煤体反应器内压力平衡：开启自动配气仪（38），通过单性可燃气体瓶（35）和空气瓶（36）向自动配气仪（38）内输送含有可燃气体的混合气体，利用自动配气仪（38）配制符合要求的混合气体后输送至透明容器（1），当透明容器（1）内的混合气体压力超过透明容器（1）的承载压力阈值时，设置在泄爆孔（17）上的泄爆管（18）自动泄压调节煤体反应器内压力平衡；

步骤五、高温松散煤体诱导可燃易爆气体爆炸耦合数据的采集及传输：首先，采用火焰传感器（29）实时采集实验煤粒（8）加热过程中火焰数据，采用温度传感器（31）和压力传感器（33）分别实时采集透明容器（1）承受的温度和压力；然后，调节所述图像动态采集仪位置准备采集透明容器（1）内爆炸耦合图像数据，利用同步控制器（39）控制步骤四中自动配气仪（38）向透明容器（1）输送混合气体t时间段后，开启所述图像动态采集仪并采集透明容器（1）内爆炸耦合图像数据传输至上位机（42），同时，可通过上位机（42）启动四通阀（24）工作，将四通阀（24）的第一端口和第二端口导通进行真空气瓶（26）取气；

火焰传感器（29）通过火焰数据采集仪（30）向上位机（42）传输实验煤粒（8）加热过程中火焰数据，温度传感器（31）通过温度巡检仪（32）向上位机（42）传输透明容器（1）承受的温度数据，压力传感器（33）通过与压力巡检仪（34）向上位机（42）传输透明容器（1）承受的压力数据；

步骤六、高温松散煤体诱导可燃易爆气体爆炸耦合的数据分析及存储：步骤五中真空气瓶（26）取气结束后，将四通阀（24）的第一端口和第三端口导通，利用气相色谱分析仪（28）对真空气瓶（26）内气体进行成分分析并将分析结果传输至上位机（42），同时，上位机（42）对步骤五中采集的数据进行综合分析和预处理，获取影响高温松散煤体诱导可燃易爆气体爆炸耦合的数据并数据存储。

7.按照权利要求6所述的方法，其特征在于：所述滤网的目数不小于200目；所述T不小于300℃；所述t满足：

。

8.按照权利要求6所述的方法，其特征在于：所述单性可燃气体瓶（35）的数量为多个，多个单性可燃气体瓶（35）内存放的单性可燃气体各不相同，所述单性可燃气体包括一氧化碳、甲烷、乙烯和乙烷。

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