CN109001255A - 一种复合型负压腔抑制分岔巷道瓦斯爆炸实验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复合型负压腔抑制分岔巷道瓦斯爆炸火焰传播的实验装置及方法，实验系统包括实验分岔管道，复合型负压腔，甲烷‑空气预混气体配气装置，点火装置，传感器与数据采集测量装置；实验管道由一个三通分岔管道和三个直管管道组成，三通分岔管道分为水平端和分岔端；在负压腔入口设置爆破片，利用负压对火焰的抽吸作用和金属丝网对火焰的降温与淬熄作用，抑制火焰的传播。本发明设计的实验装置便于论证和研究加入金属丝网可以提升负压腔抑制分岔管道瓦斯爆炸火焰传播的性能，便于分析和研究负压腔腔体真空度、瓦斯气体浓度、分岔管道角度与阻隔瓦斯爆炸效果之间的关系，为研究分岔巷道瓦斯爆炸火焰传播的抑制提供一种新思路。

Description

一种复合型负压腔抑制分岔巷道瓦斯爆炸实验装置及方法

技术领域

本发明涉及一种复合型负压腔抑制分岔巷道瓦斯爆炸实验装置及方法，属于瓦斯爆炸阻隔爆研究与瓦斯灾害防治领域，具体涉及一种复合型负压腔抑制分岔巷道瓦斯爆炸实验装置及方法。

背景技术

我国目前以煤炭作为主要能源，煤炭采掘过程中瓦斯爆炸事故最为严重，事故发生率最高。煤炭瓦斯爆炸事故会造成大量财产损失，严重威胁井下人员生命安全，消弱、阻隔和控制瓦斯爆炸成为实现煤矿安全生产的重中之重。我国煤矿主要采用岩粉棚、隔爆水袋等传统技术手段来控制、减弱瓦斯爆炸后果，经济且便于安装，但抑爆效果不佳，主动性差，并且受瓦斯爆炸火焰高内聚力的影响容易失效。金属丝网属于多孔阻隔爆材料，内部微小空隙可有效衰减爆炸冲击波，丝网冷表面起降温与淬熄火焰作用，而真空腔通过负压抽吸作用可以有效抑制火焰传播，腔体所用材料只需满足抗压抗爆要求，成本低廉，真空度以及腔体体积可以根据实际需求进行调节与控制。由于瓦斯爆炸火焰在实验管道和井下巷道内的传播机理具有一致性，巷道瓦斯爆炸可以通过小尺寸实验装置进行模拟。因此，根据现有瓦斯爆炸阻隔爆技术的不足，结合金属丝网对爆炸火焰的降温与淬熄作用和负压腔体对火焰的负压抽吸作用，设计了一种复合型负压腔抑制分岔管道瓦斯爆炸的实验系统，研究复合型负压腔淬熄分岔管道内爆炸火焰和衰减冲击波的效果，为煤矿井下分岔巷道瓦斯爆炸的抑制、阻隔提供一种新思路。

发明内容

为了改进现有煤矿井下巷道瓦斯爆炸阻隔爆技术，克服传统阻隔爆技术的不足与新兴技术的局限性，本发明提出一种复合型负压腔抑制分岔巷道瓦斯爆炸实验装置及方法，为抑制、阻隔煤矿井下巷道瓦斯爆炸提供一种新思路。

为了实现以上目的，有效抑制瓦斯爆炸火焰在分岔巷道传播，本发明采用如下技术方案：一种复合型负压腔抑制分岔巷道瓦斯爆炸实验装置及方法，本发明的技术方案是：

一种复合型负压腔抑制分岔巷道瓦斯爆炸实验装置，包括实验分岔管道，复合型负压腔，甲烷-空气预混气体配气装置，点火装置，传感器与数据采集测量装置。

实验管道由一个三通分岔管道和三个直管管道组成，三通分岔管道分为水平端和分岔端，分岔端与水平端成一定夹角由水平端中心向外延伸，三通分岔管端口通过方形法兰分别与三个直管进行连接，直管另一端用挡板或弱面材料进行密封，实验管道由透明有机玻璃制成。

复合型负压腔由透明有机玻璃制成，设置在三通分岔管管道水平端中心与分岔端口相对的管道侧面，通过方形法兰与实验管道连通。负压腔入口安装铝制爆破片，腔体内充填一定厚度铁丝网，腔体底端用挡板密封，真空泵通过挡板上的抽气孔与负压腔腔体连通。

甲烷-空气预混气体配气装置由瓦斯气瓶、打气筒、压力表、配气罐、阀门、甲烷浓度检测计组成，配气罐设计成真空抽取式，配气罐底板随气体充入或排出上下移动，保持罐内气体浓度恒定。

点火装置由发爆器、导线、起爆针组成，起爆针通过挡板的点火孔固定于实验管道内。

传感器及数据采集测量装置由压力传感器、光电传感器、热电偶、离子探针、数据采集装置组成。

一种复合型负压腔抑制分岔巷道瓦斯爆炸实验系统的操作方法，包括以下步骤：

Ⅰ、根据煤矿井下巷道实际情况设计实验管道分岔角度，设计满足实验要求的分岔管道、直管管道和负压腔，通过方形法兰连接管道和负压腔，负压腔内铁丝网用网托固定；

Ⅱ、检查管道各测点压力传感器、光电传感器、热电偶及离子探针装置的固定状态，进行数据采集仪的通道设置和调试；

III、通过真空泵对负压腔抽真空至腔体内负压达到预设真空度阈值；

Ⅳ、甲烷气罐内高压气体卸压至配气罐，经打气筒向配气罐注入空气，调节配气罐内甲烷浓度至预设阈值；

V、在实验管道挡板的点火孔密封安装起爆针，起爆针通过导线与发爆器连接；

Ⅵ、管道内注入甲烷-空气预混气体，管道出口处甲烷浓度检测仪示数达到预设值时关闭进气阀，出气端口用聚乙烯薄膜进行弱面封闭；

Ⅶ、通过发爆器进行点火，甲烷-空气预混气体发生爆炸，采集各测点信号数据，完成一次分岔管道瓦斯爆炸实验；

Ⅷ、每次实验结束后，读取数据采集仪不同通道收集的各测点实验数据，实验数据保存至计算机；

Ⅸ、上述步骤中，调节分岔管道分岔角角度、负压腔真空度、金属丝网填充厚度或充入管道预混气体的甲烷浓度，可以进行不同实验条件下分岔管道内瓦斯爆炸实验，分析复合型负压腔抑制瓦斯爆炸的效果。

有益效果：本发明提出了一种复合型负压腔抑制分岔巷道瓦斯爆炸实验装置及方法。爆破片受压超过最大容许值后可迅速自动破裂，瓦斯爆炸火焰在负压腔的抽吸作用下吸入腔内，腔内金属丝网的孔洞与冷表面可有效降低火焰温度与燃烧程度，瓦斯爆炸火焰在负压腔和金属丝网的双重作用下，燃烧波淬熄，冲击波衰减。本发明的实验装置便于论证和研究负压腔加入爆破片和金属丝网后抑制分岔管道瓦斯爆炸性能的提高，便于分析和研究负压腔腔体真空度、瓦斯气体浓度、分岔管道角度、丝网填充厚度与阻隔瓦斯爆炸的关系。

附图说明

图1为甲烷-空气预混气体爆炸抑制实验装置示意图；

图2为复合型负压腔示意图；

图3为三通分岔管道示意图；

图4为爆破片示意图；

图中1-甲烷气瓶、2-打气筒、3-配气罐、4-三通分岔管、5-直管、6-法兰、7-挡板、8-负压腔、9-爆破片、10-铁丝网、11-网托、12-真空泵、13-真空计、14-热电偶、15-压力传感器、16-光电传感器、17-离子探针、18-数据采集装置、19-起爆针、20-发爆器、21-瓦斯浓度检测仪、22-阀门。

具体实施方式

以下结合附图和90°直角分岔管道实施案例对本发明做进一步说明。

一种复合型负压腔抑制分岔巷道瓦斯爆炸实验装置系统，由实验管道，复合型负压腔，甲烷-空气预混气体配气装置，点火装置以及传感器与数据采集测量装置几个部分组成。

其中甲烷-空气预混气体配置装置由甲烷气瓶1、打气筒2、配气罐3组成，配气罐3与甲烷气瓶1、打气筒2、挡板7上充气孔相连。实验管道由三通分岔管4和直管5组成，直管5通过方形法兰盘6与三通分岔管4、复合型负压腔8相连。复合型负压腔8由腔体、爆破片9、金属丝网10和网托11组成，通过挡板7上抽气孔与真空泵12密封连接。点火装置由起爆针19与起爆器20组成。热电偶14、压力传感器15、光电传感器16和离子探针17均匀分布于实验管道以及负压腔体内壁。

本实例中，真空泵型号为2XZ-4，真空计为YF-80真空压力表，量程为0～1.6MPa，压力传感器采用CY-YD-205压电式压力传感器，光电传感器使用光敏二极管模块，热电偶为0.011mm线径的K型铁氟龙极细热电偶，离子探针为双BNC接头线缆自制离子探针，爆破片为自制铝质爆破片，铁丝网丝径0.9mm，孔边长10mm，充填厚度为500mm。

一种复合型负压腔抑制分岔巷道瓦斯爆炸的实验方法，包括如下步骤：

Ⅰ、设计分岔角为90°的三通分岔管道和长度为400mm的直管管道，直管5和复合型负压腔8通过方形法兰6进行连接，铁丝网10通过铁质网托11固定于负压腔8腔体内；

Ⅱ、检查管道各测点热电偶14、压力传感器15、光电传感器16及离子探针17的固定状态，进行数据采集仪的通道设置和调试；

III、通过真空泵12对负压腔8抽真空至腔体内负压达到预设真空度阈值-0.04MPa；

Ⅳ、甲烷气罐1内高压气体卸压至配气罐3，经打气筒2向配气罐3注入空气，调节配气罐内甲烷浓度至9.5％；

V、在实验管道挡板7上点火孔密封安装起爆针19，起爆针通过导线与发爆器20连接；

Ⅵ、向管道内注入甲烷-空气预混气体，管道出口处甲烷浓度检测仪21示数达到9.5％时关闭进气阀，出气端口用聚乙烯薄膜进行弱面封闭；

Ⅶ、通过发爆器20进行点火，甲烷-空气预混气体发生爆炸，采集各测点信号数据，完成一次分岔管道瓦斯爆炸实验；

Ⅷ、每次实验结束后，读取数据采集仪不同通道收集的各测点实验数据，实验数据保存至计算机；

Ⅸ、上述步骤中，调节分岔管道分岔角角度、负压腔真空度、金属丝网填充厚度或充入管道预混气体的甲烷浓度，可以进行不同实验条件下分岔管道内瓦斯爆炸实验，分析复合型负压腔抑制瓦斯爆炸的效果。

Claims (4)

1.一种复合型负压腔抑制分岔巷道瓦斯爆炸的实验装置，包括实验分岔管道，复合型负压腔，甲烷-空气预混气体配气装置，点火装置，传感器与数据采集测量装置。

2.根据权利要求1所述的一种复合型负压腔抑制分岔巷道瓦斯爆炸的实验管道设计方法，其特征在于：实验管道由一个三通分岔管道和三个直管管道组成，三通分岔管道分为水平端和分岔端，分岔端由水平端中心延伸与水平端形成一定夹角，三通分岔管端口通过方形法兰分别与三个直管进行连接，直管另一端用挡板或弱面材料进行密封，实验管道由透明有机玻璃制成。

3.根据权利要求1所述的一种复合型负压腔抑制分岔巷道瓦斯爆炸实验系统的复合型负压腔，其特征在于：负压腔设置在三通分岔管管道水平端中心与分岔端口相对的管道侧面，通过方形法兰与实验管道连通，由透明有机玻璃制成。负压腔入口处安装铝制爆破片，腔体内充填一定厚度的铁丝网，腔体底端用挡板密封，真空泵通过挡板的抽气孔与负压腔连通。

4.根据权利要求1所述的一种复合型负压腔抑制分岔巷道瓦斯爆炸的实验方法，其特征在于包括如下步骤：

Ⅰ、根据煤矿井下巷道实际情况设计实验管道分岔角度，设计满足实验要求的分岔管道、直管和负压腔，管道端口和负压腔通过方形法兰进行连接，铁丝网通过铁质网托固定于负压腔腔体内；

Ⅱ、检查管道各测点压力传感器、光电传感器、热电偶及离子探针装置的固定状态，进行数据采集仪的通道设置和调试；

III、通过真空泵对负压腔抽真空至腔体内负压达到预设真空度阈值；

Ⅳ、甲烷气罐内高压气体卸压至配气罐，经打气筒向配气罐注入空气，调节配气罐内甲烷浓度至预设阈值；

V、在实验管道挡板上点火孔密封安装起爆针，起爆针通过导线与发爆器连接；

Ⅵ、向管道内注入配气罐内甲烷-空气预混气体，管道出口处甲烷浓度检测仪示数达到预设值A时关闭进气阀，出气端口用聚乙烯薄膜进行弱面封闭；

Ⅶ、通过发爆器进行点火，甲烷-空气预混气体发生爆炸，采集各测点信号数据，完成一次分岔管道瓦斯爆炸实验；

Ⅷ、每次实验结束后，读取数据采集仪不同通道收集的各测点实验数据，实验数据保存至计算机；

Ⅸ、上述步骤中，调节分岔管道分岔角角度、负压腔真空度、金属丝网填充厚度或充入管道预混气体的甲烷浓度，可以进行不同实验条件下分岔管道内瓦斯爆炸实验，分析复合型负压腔抑制瓦斯爆炸的效果。