CN109085200B - 一种大管状煤尘爆炸性鉴定火焰长度测量方法 - Google Patents

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Abstract

一种大管状煤尘爆破性鉴定火焰长度测量装置及方法，属于鉴定开采煤层和地质勘探煤层煤尘爆炸性领域。其特征在于在大管状煤尘爆炸性鉴定仪的玻璃管中增置一根镍铬丝作为电阻，用瓷管固定，在玻璃管侧面开孔穿出并外接电路构成惠斯通电桥。煤尘爆炸产生火焰，玻璃管内镍铬丝电阻随温度升高增大，惠斯通电桥输出电压值变化，记录电桥输出电压最大值，经电学公式间接计算出镍铬丝阻值变化，由镍铬丝阻值变化与火焰长度间存在的线性关系直接得到对应试验的火焰长度。本发明由镍铬丝阻值变化直接计算得到试验火焰长度，判断煤尘有无爆炸性，简单便捷、经济实用、并减小肉眼观测和人为干扰等因素造成的火焰长度误差。

Description

一种大管状煤尘爆炸性鉴定火焰长度测量方法
技术领域
本发明涉及鉴定开采煤层和地质勘探煤层煤尘爆炸性领域，具体涉及一种大管状煤尘爆炸性鉴定火焰长度测量方法，适用于测量玻璃大管中煤尘通过加热器产生瞬时爆炸的火焰长度。
背景技术
进行煤尘爆炸性鉴定，是检测煤尘性质的主要手段，也是保障煤炭安全生产的重要环节，我国《煤矿安全规程》第一百五十一条规定了煤矿必须对矿井煤样进行煤尘爆炸性鉴定试验。目前我国实验室主要采用大管状煤尘爆炸性鉴定仪进行煤尘爆炸性鉴定工作，通过肉眼观察1g煤样在通过1100℃的加热器时所产生的瞬间火焰长度(是否超过3mm)来确定煤尘爆炸性质，该方法的优点在于方法简便，费用低廉。
一般情况下，金属电阻随温度的升高而增大，金属导体温度越高，电阻越大。镍铬丝随温度升高电阻增加的并不明显，而非平衡状态的惠斯通电桥可以用于测量电阻值的微小变化，根据电桥输出电压和镍铬丝阻值变化之间电化学关系可间接得到镍铬丝阻值变化的具体数值。
在进行煤尘爆破性鉴定试验时，1g煤样在石英玻璃大管中燃烧产生火焰的持续时间非常短，火焰长度完全依赖于玻璃管上的标尺刻度(最小刻度为5mm)来测量，对于较短的火焰长度，尤其是煤尘爆炸在加热器周围出现的火焰单边长度达3mm左右的临界状态时，难以用肉眼进行捕捉，单凭鉴定人个人感觉和经验进行判断的火焰长度结果存在误差，该装置及方法存在检测精度差、重复性误差大、人为干扰因素多等问题。因此需要在火焰长度鉴定方法和措施上具有突破和创新，才能使大管状煤尘爆炸性鉴定的火焰长度测量达到操作便捷、经济实用、受人为干扰因素小的效果。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足与缺陷，提供了一种适用于测量大管状煤尘爆炸性鉴定试验中火焰长度测量方法，用以解决人眼观测记录火焰长度误差大的问题。
为了实现以上目的，有效减少火焰长度人眼测量的误差，实现火焰长度直接由镍铬丝电阻阻值变化计算出，本发明采用如下技术方案：一种大管状煤尘爆炸性鉴定火焰长度测量装置，其特征在于：
大管状煤尘爆炸性鉴定火焰长度测量装置主要由玻璃管1、小孔2、镍铬丝3、瓷管4、加热孔5、加热器6、试样管7、弯管8、微型空气压缩机9、外接电阻10、直流电源11、输出电压记录仪12和电路开关13组成；其中，玻璃管1由九五硬质料玻璃制成，长1400mm，外径81mm，内径78mm，壁厚3mm；两个小孔2直径2mm，一个距离大管管口右端350mm，另一个距离大管管口左端20mm；镍铬丝3长为1500mm；瓷管4长20mm，外径2mm，内径1mm，壁厚0.5mm；加热孔5直径14mm，距离大管管口右端400mm；试样管7材质为不锈钢，长100mm，外径12mm，内径9mm，壁厚1.5mm，管口前端喷料口长10mm，外径7mm，内径5mm，壁厚1mm；弯管8材质为不锈钢，外径9mm，内径7mm，壁厚1mm。
一种大管状煤尘爆炸性鉴定火焰长度测量方法，包括以下步骤：
Ⅰ、在煤尘爆炸性鉴定装置中的玻璃管1侧面开小孔2，玻璃管内加一根镍铬丝3并用瓷管4固定，镍铬丝由玻璃管侧面两孔口穿出并外接电路构成惠斯通电桥；
Ⅱ、计算常温下(20℃)所选镍铬丝阻值，选择与镍铬丝阻值相同的三个固定电阻10，通过导线将镍铬丝、固定电阻与直流电源11、输出电压记录仪12、电路控制开关13连接构成惠斯通电桥；
Ⅲ、煤尘试样进行爆炸性试验产生火焰，镍铬丝阻值变化可由惠斯通电桥输出电压经电学公式得到，火焰长度由其与镍铬丝阻值变化之间的线性关系直接计算得出。
所述步骤Ⅱ中，固定电阻阻值与常温下镍铬丝电阻值RL由下式确定：
RL＝1500×10-3×R0
其中，150mm为镍铬丝长度，R0为常温下(20℃)所用镍铬丝每米的电阻值。
所述步骤Ⅲ中，惠斯通电桥输出电压VE0与镍铬丝阻值变化ΔR之间的电化学关系由下式确定：
Figure GDA0002670494620000031
其中，VE0为惠斯通电桥输出电压值，ΔR为镍铬丝电阻变化值，VEX为直流电源电压值。
所述步骤Ⅲ中，火焰长度L与镍铬丝阻值变化ΔR之间的线性关系由下式确定：
Figure GDA0002670494620000032
其中，K为镍铬丝电阻在温度变化情况下的固定参数，ΔR为镍铬丝电阻变化值，L为火焰长度。
附图说明
图1为本发明煤尘爆炸性检定仪添加镍铬丝的玻璃管示意图；
图2为本发明惠斯通电桥电路系统示意图；
图3为镍铬丝、瓷管和玻璃管小孔结合示意图；
图中1-玻璃长管、2-小孔、3-镍铬丝、4-瓷管、5-加热孔、6-加热器、7-试样管、8-弯管、9-微型空气压缩机、10-外接电阻、11-直流电源、12-输出电压记录仪、13-电路开关。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。
本发明装置主要由玻璃管1、小孔2、镍铬丝3、瓷管4、加热孔5、加热器6、试样管7、弯管8、微型空气压缩机9、外接电阻10、直流电源11、输出电压记录仪12和电路开关13组成。其中，玻璃长管1侧面开小孔2，右端连接放置煤样的试样管7，试样管7通过弯管8与微型空气压缩机9连接；玻璃管1内的镍铬丝3用瓷管4固定，由孔2穿出，外接固定电阻10，与直流电源11、输出电压记录仪12、电路控制开关13相连构成惠斯通电桥；具体实施步骤如下：
Ⅰ、将大管状煤尘爆炸性鉴定装置按照上述描述连接好后，打开加热器6升温开关使加热器温度逐渐升温至1100℃；称取1g鉴定煤样装入试样管7内，插入弯管8，打开微型空气压缩机9，调节气室气压至0.05MPa；
Ⅱ、煤样经加热器6喷入玻璃长管1造成煤尘云，煤尘云爆炸产生火焰，火焰温度使镍铬丝的电阻发生变化，引起惠斯通电桥输出电压记录仪12输出电压VE0变化；
Ⅲ、观察记录惠斯通电桥输出电压VE0，由电学公式计算得到镍铬丝阻值变化值ΔR；由火焰长度L与镍铬丝电阻值变化ΔR的线性关系计算得出煤样爆炸火焰长度L；
Ⅳ、火焰长度L以3mm为标准，煤样爆炸火焰长度L超过3mm即可鉴定为爆炸性煤样。
本发明只需定期更换镍铬丝就可以持续进行大管状煤尘爆炸性鉴定试验，可准确得到煤样爆炸火焰长度，测量方法操作便捷，经济实用，受人为干扰因素小。
以上所述仅是本发明的优选实施方案，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种大管状煤尘爆破性鉴定火焰长度测量方法，其特征在于：
Ⅰ、在煤尘爆炸性鉴定装置中的玻璃长管侧面开小孔，玻璃管内加一根镍铬丝作为电阻并用瓷管固定，镍铬丝由玻璃管小孔孔口穿出并外接电路；
Ⅱ、根据所选镍铬丝规格计算常温下阻值，选择与镍铬丝阻值相同阻值的三个固定电阻，连接电路构成惠斯通电桥；
Ⅲ、试验产生火焰，镍铬丝变化阻值由惠斯通电桥输出电压得到，火焰长度由镍铬丝阻值变化与火焰长度之间的线性关系计算得出。
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