CN108279283B - 煤自燃过程中对多组分气体吸附解吸特性的测定装置 - Google Patents

煤自燃过程中对多组分气体吸附解吸特性的测定装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及煤自燃特性测定装置，具体是一种煤自燃过程中对多组分气体吸附解吸特性的测定装置。第一煤样罐置于第一恒温箱内，第二煤样罐置于第二恒温箱内，第一煤样罐的底部与注气装置连通，第一煤样罐的出口分别与真空脱气装置和第二气体收集装置连通，真空脱气装置与第一气体收集装置连通，第一气体收集装置依次与第三针阀和气相色谱仪连通，第二气体收集装置的第一出口依次第七针阀和气相色谱仪连通；第二气体收集装置的第二出口与吸附装置连通，吸附装置的第二煤样罐与第三气体收集装置连通，第三气体收集依次与第六针阀和气相色谱仪连通。实现了煤体中原生气体及自燃过程中不同温度下对多组分气体解吸吸附特性的定量分析。

Description

煤自燃过程中对多组分气体吸附解吸特性的测定装置
技术领域
本发明涉及煤自燃特性测试装置，具体是一种煤自燃过程中对多组分气体吸附解吸特性的测定装置。
背景技术
煤自燃是引起矿井火灾的主要原因，对井下安全造成严重威胁。为了预防煤炭自燃的发生，保证井下安全高效生产，探究煤炭自燃的预测预报成了重中之重，其中指标气体法应用最广泛。然而煤体中原生气体及煤氧化自燃过程中煤体对多组分气体的吸附解吸影响煤炭自燃的预测预报的研究却鲜有报道，确定煤炭自燃过程中不同温度下煤体对多组分气体的吸附和解吸的规律并进行定量分析可有效提高煤炭自燃早期预测预报的准确度。
发明内容
本发明旨在解决的技术问题是提供一种煤自燃过程中对多组分气体吸附解吸特性的测定装置，实现煤体中原生气体的解吸规律，确定煤自燃过程中不同温度下的多组分吸附解吸特性的定量分析，进而为煤炭自燃的预测预报准确度的提高提供科学数据，确定合理的防灭火措施提供理论依据。
本发明解决其技术问题采用是技术方案是：
一种煤自燃过程中对多组分气体吸附解吸特性的测定装置，包括第一煤样罐，第二煤样罐，第一煤样罐置于第一恒温箱内，第二煤样罐置于第二恒温箱内，第一煤样罐的底部与注气装置连通，第一煤样罐的出口分别与真空脱气装置和第二气体收集装置连通，真空脱气装置与第一气体收集装置连通，第一气体收集装置依次与第三针阀和气相色谱仪连通，第二气体收集装置的第一出口依次第七针阀和气相色谱仪连通；第二气体收集装置的第二出口与吸附装置连通，吸附装置的第二煤样罐与第三气体收集装置连通，第三气体收集依次与第六针阀和气相色谱仪连通。
采用上述技术方案的本发明与现有技术相比，有益效果是：
定量研究煤中原生气体及自燃过程中不同温度下煤对再生气体的吸附解吸规律，实现了防止因煤体原生气体和再生气体的吸附解吸作用对指标气体预报准确度的影响，确定不同氧浓度下不同温度下煤样对各指标气体的吸附解吸规律，进而为基于指标气体法煤炭自燃早期预测预报的可靠性和准确度提供理论依据，实验仪器操作简单，方便，保证井下安全高效生产。
进一步的，本发明的优化方案是：
第一恒温箱和第二恒温箱分别为密闭的箱体结构，每个恒温箱分别设有两个热电偶，第一热电偶与煤样罐相连接，第二热电偶与恒温箱的箱体相连接，第一恒温箱设有温度显示仪。
注气装置包括N2-O2混合气瓶、减压阀、第一压力表、第一针阀和第一流量计，N2-O2混合气瓶的出口安装减压阀，减压阀通过管路与第一压力表连通，第一压力表的出口通过管路与第一针阀连通，第一针阀的出口通过管路与第一流量计连通，第一流量计的出口通过管路与第一煤样罐的底部进口连通。
真空脱气装置包括第二针阀，真空计，真空泵，第一安全阀和第二压力表，第一煤样罐的顶部出口与三通管路的进口连通，三通管路的第一出口与第二针阀连通，第二针阀的出口与真空泵连通，真空泵的出口与真空计连通，真空计的出口与第一安全阀连通，第一安全阀的出口与第二压力表连通，第二压力表的出口与第一气体收集装置的进口连通，第一气体收集装置是第一储气罐。
第二气体收集装置包括第二安全阀、第三压力表和第二储气罐，第一煤样罐通过三通管路的第二出口与第二安全阀连通，第二安全阀的出口与第三压力表连通，第三压力表的出口与第二储气罐的进口连通。
吸附装置包括第四针阀、第四压力表、第二流量计和第二煤样罐，第二储气罐的第二出口与第四针阀连通，第四针阀的出口与第四压力表连通，第四压力表的出口与第二流量计连通，第二流量计通过管路与第二煤样罐的底部进口连通。
第三气体收集装置包括第五针阀、第五压力表和第三储气罐，第二煤样罐的顶部出口与第五针阀连通，第五针阀的出口与第五压力表连通，第五压力表的出口与第三储气罐连通。
第一煤样罐的罐体内的中上部设有第一铜网，第二煤样罐的罐体内的中上部设有第二铜网。
附图说明
附图是本发明的结构示意图。
图中：N2-O2混合气瓶1；减压阀2；第一压力表3；第一针阀4；第一流量计5；第二针阀6；真空计7；真空泵8；第一安全阀9；第二压力表10；第一储气罐11；第三针阀12；第一煤样罐13；第一铜网14；温度显示仪15；第一恒温箱16；第二安全阀17；第三压力表18；第二储气罐19；第四针阀20；第四压力表21；第二流量计22；第二煤样罐23；第二铜网24；第二恒温箱25；第五针阀26；第五压力表27；第三储气罐28；第六针阀29；第七针阀30；气相色谱仪31。
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步详述本发明。
参阅附图，本发明的第一煤样罐13置于第一恒温箱16内，第一煤样罐13是可承压煤样罐。第一恒温箱16为密闭的箱体结构，第一恒温箱16为电热鼓风式。第一恒温箱16安装有两个热电偶，第一热电偶与第一煤样罐13相连接，第二热电偶与第一恒温箱16的的箱体相连接，第一恒温箱16设有温度显示仪。
第一煤样罐13的罐体内的中上部安装有第一铜网14，第一煤样罐13的底部与注气装置连通。注气装置由N2-O2混合气瓶1、减压阀2、第一压力表3、第一针阀4和第一流量计5构成，N2-O2混合气瓶1的出口安装减压阀2，减压阀2通过管路与第一压力表3的进口连通，第一压力表3的出口通过管路与第一针阀4的进口连通，第一针阀4的出口通过管路与第一流量计5的进口连通，第一流量计5的出口通过管路与第一煤样罐13的底部进口连通。
第一煤样罐13的顶部安装有三通管路，三通管路的第一出口与真空脱气装置连通，真空脱气装置由第二针阀6、真空计7、真空泵8、第一安全阀9和第二压力表10构成。三通管路的第一出口与第二针阀6的进口连通，第二针阀6的出口与真空泵7的进口连通，真空泵8的出口与真空计7的进口连通，真空计7的出口与第一安全阀9的进口连通，第一安全阀9的出口与第二压力表10的进口连通。真空脱气装置以满足对煤样中原生气体成分进行测试。第二压力表10的出口与第一气体收集装置的进口连通，第一气体收集装置是第一储气罐11。第一储气罐11的出口与第三针阀12的进口连通，第三针阀12的出口与气相色谱仪31连通。气相色谱仪31能进行矿井井下气体分析，利用热导检测器、双氢焰检测器分析柱完成对H2、N2、O2、N2、CO、CO2、烷烃、烯烃、炔烃的常量及微量组份分析，对煤炭自燃过程中的指标气体全分析，达到预测、预报煤炭自燃的目的。
第一煤样罐13顶部的三通管路的第二出口与第二气体收集装置连通，第二气体收集装置由第二安全阀17、第三压力表18和第二储气罐19构成。三通管路的第二出口通过管路与第二安全阀17的进口连通，第二安全阀17的出口通过管路与第三压力表18的进口连通，第三压力表18的出口通过管路与第二储气罐19的进口连通。第二储气罐19的出口安装有三通管路，三通管路的第一出口与第七针阀30的进口连通，第七针阀30的出口通过管路与气相色谱仪31连通。
第二储气罐19顶部的三通管路的第二出口与吸附装置连通，吸附装置由第四针阀20、第四压力表21和第二流量计22和第二煤样罐23构成。第二储气罐19的三通管路的第二出口与第四针阀20的进口连通，第四针阀20的出口与第四压力表21的进口连通，第四压力表21的出口与第二流量计22的进口连通，第二流量计22通的出口过管路与第二煤样罐23的底部进口连通。
第二煤样罐23是是可承压煤样罐，第二煤样罐23的罐体内的中上部安装有第二铜网24。第二煤样罐23置于第二恒温箱25内，第二恒温箱25为密闭的箱体结构，第二恒温箱25为电热鼓风式。第二恒温箱25的结构与第一恒温箱16的结构相同。第二煤样罐23能够实现煤对其自燃过程中产生气体的吸附作用的测定。
第二煤样罐23是的顶部出口通过管路与第三气体收集装置连通，第三气体收集装置由第五针阀26、第五压力表27和第三储气罐28构成，第二煤样罐23的顶部出口通过管路与第五针阀26的进口连通，第五针阀26的出口与第五压力表27的进口连通，第五压力表27的出口与第三储气罐28的进口连通。第三储气罐28的出口通过管路与第六针阀29的进口连通，第六针阀29的出口通过管路与气相色谱仪31连通。
本实施例的实验过程是：将实验所需粒径的煤样装入第一煤样罐13中，检查气密性后，关闭第一针阀4、第二安全阀17、第三针阀12、开启第二针阀6、第一安全阀，对第一煤样罐13中的煤样进行脱气，运用真空泵8进行脱气，脱气时间不小于12小时，真空计7上的压力应低于1个大气压，保证第一煤样罐13中煤中赋存的原生气体全部析出。
关闭第一安全阀9，打开第三针阀12，利用气相色谱仪31分析煤样中原生气体的赋存情况；
关闭第二针阀6、第三针阀12，第四针阀20，第七针阀30，开启第一针阀4，第二安全阀17，N2-O2混合气瓶1，调节气体流量将气体压入第一煤样罐13中，设定第一恒温箱16的温度，温度显示器15可显示煤体温度和第一恒温箱16的温度，第一煤样罐13内生成的气体流入第二储气罐19；
关闭第六针阀29，打开第四针阀20，第五针阀26，气体流量计22显示进入第二煤样罐23的气体流量，气体经过第二煤样罐23中的煤吸附作用后，流入第三储气罐28。
打开第四针阀20的同时打开第七针阀30，由气相色谱仪31对煤样自燃产生气体成分进行分析，关闭第四针阀20，打开第六针阀29，由气相色谱仪31对第三储气罐28中的气体成分进行分析，从而完成实验的整个过程。
以上所述仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变化，均包含于本发明的权利范围之内。

Claims (6)

1.一种煤自燃过程中对多组分气体吸附解吸特性的测定装置，包括第一煤样罐，第二煤样罐，其特征在于：第一煤样罐置于第一恒温箱内，第二煤样罐置于第二恒温箱内，第一煤样罐的底部与注气装置连通，第一煤样罐的出口分别与真空脱气装置和第二气体收集装置连通，真空脱气装置与第一气体收集装置连通，第一气体收集装置依次与第三针阀和气相色谱仪连通，第二气体收集装置包括第二安全阀、第三压力表和第二储气罐，第一煤样罐通过三通管路的第二出口与第二安全阀连通，第二安全阀的出口与第三压力表连通，第三压力表的出口与第二储气罐的进口连通；
第二气体收集装置的第一出口依次与第七针阀和气相色谱仪连通；第二气体收集装置的第二出口与吸附装置连通，吸附装置的第二煤样罐与第三气体收集装置连通，第三气体收集依次与第六针阀和气相色谱仪连通；
第三气体收集装置包括第五针阀、第五压力表和第三储气罐，第二煤样罐的顶部出口与第五针阀连通，第五针阀的出口与第五压力表连通，第五压力表的出口与第三储气罐连通；
利用气相色谱仪分析煤样中原生气体的赋存情况，开启N2-O2混合气瓶，调节气体流量将气体压入第一煤样罐中，设定第一恒温箱的温度，第一煤样罐内生成的气体流入第二储气罐，气体经过第二煤样罐中的煤吸附作用后，流入第三储气罐，由气相色谱仪对煤样自燃产生气体成分进行分析，由气相色谱仪对第三储气罐中的气体成分进行分析。
2.根据权利要求1所述的煤自燃过程中对多组分气体吸附解吸特性的测定装置，其特征在于：第一恒温箱和第二恒温箱分别为密闭的箱体结构，每个恒温箱分别设有两个热电偶，第一热电偶与煤样罐相连接，第二热电偶与恒温箱的箱体相连接，第一恒温箱设有温度显示仪。
3.根据权利要求1所述的煤自燃过程中对多组分气体吸附解吸特性的测定装置，其特征在于：注气装置包括N2-O2混合气瓶、减压阀、第一压力表、第一针阀和第一流量计，N2-O2混合气瓶的出口安装减压阀，减压阀通过管路与第一压力表连通，第一压力表的出口通过管路与第一针阀连通，第一针阀的出口通过管路与第一流量计连通，第一流量计的出口通过管路与第一煤样罐的底部进口连通。
4.根据权利要求1所述的煤自燃过程中对多组分气体吸附解吸特性的测定装置，其特征在于：真空脱气装置包括第二针阀，真空计，真空泵，第一安全阀和第二压力表，第一煤样罐的顶部出口与三通管路的进口连通，三通管路的第一出口与第二针阀连通，第二针阀的出口与真空泵连通，真空泵的出口与真空计连通，真空计的出口与第一安全阀连通，第一安全阀的出口与第二压力表连通，第二压力表的出口与第一气体收集装置的进口连通，第一气体收集装置是第一储气罐。
5.根据权利要求1所述的煤自燃过程中对多组分气体吸附解吸特性的测定装置，其特征在于：吸附装置包括第四针阀、第四压力表、第二流量计和第二煤样罐，第二储气罐的第二出口与第四针阀连通，第四针阀的出口与第四压力表连通，第四压力表的出口与第二流量计连通，第二流量计通过管路与第二煤样罐的底部进口连通。
6.根据权利要求1所述的煤自燃过程中对多组分气体吸附解吸特性的测定装置，其特征在于：第一煤样罐的罐体内的中上部设有第一铜网，第二煤样罐的罐体内的中上部设有第二铜网。
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