CN109490362A - 一种真实模拟井下环境的油浴式煤自燃氧化实验系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种真实模拟井下环境的油浴式煤自燃氧化实验系统，解决了由于煤矿井下环境复杂，与目前实验系统测试煤样时的环境有差异，不能检测出煤样在井下真实环境下的参数，导致检测结果不准确的技术问题。该实验系统包括供气系统、升温系统、煤样罐、震动机构、取样系统和数据分析系统；升温系统包括罐体、罐盖和加热系统；煤样罐设置在罐体内部；加热系统设置在罐体和煤样罐之间；罐体和煤样罐之间设置有液体传热介质，且液体传热介质中设置有搅拌器；供气系统和煤样罐之间设置有进气管，进气管与煤样罐底部连通，且位于煤样罐一端的进气管螺旋缠绕在煤样罐外部；煤样罐和取样系统之间设置有出气管；震动机构设置在罐体侧壁。
Description
技术领域
本发明涉及煤自燃参数检测领域，具体涉及一种真实模拟井下环境的油浴式煤自燃氧化实验系统。
背景技术
目前，采空区煤炭自燃是煤矿重大灾害之一。掌握煤在不同温度、不同混合气体环境下的氧化生成气体情况，研究生成气体成分及浓度变化规律，为制定合理有效的防治煤自燃措施提供依据。
现阶段的煤低温氧化测试系统，主要有程序升温与绝热氧化两种类型，都是利用空气浴对煤样罐加热。由于空气的导热性差，空气浴箱内各处温度并不相等，造成煤样罐受热不均匀，导致罐内各处温度差异很大，从而导致很多问题。例如，在计算煤的耗氧速率时，温度和氧浓度均对它有影响，为了排除温度的影响，要求煤样罐内的温度处处相等，这样氧气沿罐体轴向的消耗量可看作是线性分布，从而可以积分得到单位时间内整个罐内煤样的耗氧总量，若罐内温度差异很大，则无法准确计算出耗氧总量。
中国专利“CN201520845068.X”的公开了一种油浴式煤低温氧化测试系统，包括1)供气系统，由气瓶、质量流量计和混气室构成；2)升温/恒温系统，由煤样罐、升温箱、传热介质(液体)和程序温控表组成；3)气相色谱分析仪；4)数据采集系统。此实用新型根据液体比热大、对流换热系数大以及温度分布更均匀的特性，采用液体作为传热介质，使得煤样罐的受热更为均匀，大大提高了实验测试精度，虽然此方案解决了煤样罐均匀受热的问题，但是由于煤矿井下环境复杂，与目前实验系统测试煤样时的环境有差异，不能检测出煤样在井下真实环境下的参数，导致检测结果不准确。
发明内容
本发明提供了一种真实模拟井下环境的油浴式煤自燃氧化实验系统，从而解决了由于煤矿井下环境复杂，与目前实验系统测试煤样时的环境有差异，不能检测出煤样在井下真实环境下的参数，导致检测结果不准确的技术问题。
本发明的技术方案是：
一种真实模拟井下环境的油浴式煤自燃氧化实验系统，包括供气系统、升温系统、煤样罐、震动机构、取样系统和数据分析系统；所述升温系统包括罐体、罐盖和加热系统；所述煤样罐设置在罐体内部；所述加热系统设置在罐体和煤样罐之间，对煤样罐进行加热；所述罐体和煤样罐之间设置有液体传热介质，且液体传热介质中设置有搅拌器；所述供气系统和煤样罐之间设置有进气管，所述进气管与煤样罐底部连通，且位于煤样罐一端的进气管螺旋缠绕在煤样罐外部；所述煤样罐和取样系统之间设置有出气管，所述出气管从罐盖顶端引出；所述震动机构设置在罐体侧壁；多个震动机构和控制系统连接；控制系统控制震动机构的开关，并通过改变电流大小控制震动机构的震动强度。
进一步地，所述煤样罐外部设置有震动传感器，所述震动传感器与控制系统连接，可以敏感、实时监测煤样罐的震动。
进一步地，所述煤样罐外部设置有温度传感器，所述温度传感器与控制系统连接，可以敏感、实时监测煤样罐的温度。
进一步地，所述加热系统包括至少一个加热棒，所述加热棒与控制系统连接。
进一步地，所述加热棒与煤样罐长度方向平行，且加热棒长度与煤样罐长度相同，所述加热棒与煤样罐长度方向平行，可以进一步更好的均匀加热煤样
进一步地，所述的液体传热介质为豆油、棉籽油、蓖麻油、泵油或硅油。
进一步地，所述出气管上设置有过滤机构。
进一步地，所述过滤机构内部设置有活性炭和变色硅胶，活性炭和变色硅胶，用于吸收实验过程中产生的煤焦油和水分，避免煤焦油和水分影响监测准确度。
进一步地，所述震动机构为震动电机，震动电机成本低，使用方便，操作简单。
进一步地，所述罐体外层和内层之间填充有石棉，可以对罐体进行隔热和蓄热。
本发明与现有技术相比，具有以下技术效果：
1.本发明系统根据相应工作面或采空区的震动频率和震动强度，通过控制震动机构的开关和震动强度，更加真实地模拟井下因地壳运动、煤层断裂、释放矿压等原因产生的震动，多个震动机构可以模拟井下煤层震动的不定点性，从而能够检测出煤样在井下真实环境下的参数。
2.由于井下为半封闭环境，井下的气体会带有一定的蓄热，本发明进气管螺旋缠绕在煤样罐外部，气体在进入煤样罐前与煤样罐外壁充分接触，煤样罐对气体进行预热，使进入煤样罐的气体模拟井下的气体环境，以便真实模拟煤样在井下空气中的自燃氧化过程。
3.本发明进气管通过煤样罐底部进行供气，更加符合气体流动规律，进气更均匀。
4.本发明可以在检测油浴式煤自燃氧化特征时，模拟井下真实环境，更加准确的测出采空区和工作面遗煤自燃特征参数，预报预测指标气体，为矿井预防火灾提供准确指导。
附图说明
图1为本发明真实模拟井下环境的油浴式煤自燃氧化实验系统示意图；
图2为本发明试验系统测量氧气的数据对比图；
图3为本发明试验系统测量一氧化碳的数据对比图；
图4为本发明试验系统测量甲烷的数据对比图。
图中标记：1-供气系统，2-升温系统，3-取样系统，4-数据分析系统，5-罐体，6-罐盖，7-加热系统，8-煤样罐，9-进气管，10-出气管，11-震动机构，13-震动传感器，14-温度传感器，15-过滤机构，16-石棉，17-搅拌器。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步详细描述：
如图1所示，一种真实模拟井下环境的油浴式煤自燃氧化实验系统，包括供气系统1、升温系统2、煤样罐8、震动机构11、取样系统3和数据分析系统4。
升温系统2包括罐体5、罐盖6和加热系统7；煤样罐8设置在罐体5内部；加热系统7设置在罐体5和煤样罐8之间，对煤样罐8进行加热；罐体5和煤样罐8之间设置有液体传热介质，且液体传热介质中设置有搅拌器17；供气系统1和煤样罐8之间设置有进气管9，进气管9与煤样罐8底部连通，且位于煤样罐8一端的进气管9螺旋缠绕在煤样罐8外部；煤样罐8和取样系统3之间设置有出气管10，出气管10从罐盖6顶端引出；震动机构11设置在罐体5侧壁；四个震动机构11和控制系统连接；控制系统控制震动机构11的开关，并通过改变电流大小控制震动机构11的震动强度。
罐体5材料为耐腐蚀特种钢材，罐体5外层和内层之间填充有石棉16，可以对罐体5进行隔热和蓄热，罐体5与罐盖6通过法兰连接，罐盖6同样使用耐腐蚀特种钢材。
罐体5和煤样罐8之间设置有液体传热介质，罐体5和煤样罐8之间还设置有加热系统7，加热系统7包括四个加热棒，加热棒与控制系统连接，液体传热介质和加热棒能够更好的均匀加热煤样。加热棒与煤样罐8长度方向平行，且加热棒长度与煤样罐8长度相同，可以进一步更好的均匀加热煤样。加热棒放置在硅油中，同时在加热棒旁边共布置两个搅拌器17，用于均匀加热，煤样罐8外部设置有震动传感器13，震动传感器13与控制系统连接，震动传感器13设置在煤样罐8外部，可以敏感、实时监测煤样罐8的震动。液体传热介质可采用豆油、棉籽油、蓖麻油、泵油或硅油等。
煤样罐8外部设置有温度传感器14，温度传感器14与控制系统连接，温度传感器14设置在煤样罐8外部，可以敏感、实时监测煤样罐8的温度。
煤样罐8和取样系统3之间设置有过滤机构15，过滤机构15内部设置有活性炭和变色硅胶；活性炭和变色硅胶，用于吸收实验过程中产生的煤焦油和水分，避免煤焦油和水分影响监测准确度，取样系统3具体可采用取样器。
震动机构11为震动电机，并镶嵌在罐体5外壁上，震动电机成本低，使用方便，操作简单。供气系统1采用高压氧气瓶、氮气瓶供气，气瓶上均设有稳压阀及质量流量控制器；取样系统3为取样器，数据分析系统4为气相色谱仪。
本发明的工作原理是：将破碎后的煤样装入煤样罐8中，并将煤样罐8密封，然后将煤样罐8放入罐体5中部的硅油中；将缠绕在煤样罐8上的进气管9与供气系统1连接，打开氧气瓶、氮气瓶，测试装置的气密性；通过控制系统控制加热棒加热硅油，使用搅拌器使硅油被更均匀的加热，根据需要模拟的具体井下环境，调节加热棒升温速率、震动电机震动频率、震动强度以及设置各个震动电机开启的时机；通过温度传感器14和震动传感器13检测煤样罐8煤样的温度和震动参数；当温度到达指定温度时，使用取样器抽取出气管10中的气体，气体经过过滤机构15过滤掉煤焦油和水分，过滤后的气体使用气相色谱分析仪进行分析，最后将结果录入计算机再加以分析。通过控制震动的频率、强度，可以得到恒温及程序升温等多种状态下煤低温氧化过程中气体释放量及放热强度等相关参数。在井下实际生产过程中，常常伴随着煤岩垮落，使得煤体及采空区遗煤常常震动，因此，在震动条件下模拟相关参数的变化，为更好的为现场生产提供技术支持。
图2为本发明实验系统测量氧气的数据对比图，图3为本发明实验系统测量一氧化碳的数据对比图，图4为本发明实验系统测量甲烷的数据对比图，由以上附图可知，原有的测量设备与井下实测数据存在很大的测量误差，通过本发明实验系统测量的指标气体数据与井下实测数据几乎一致，从而证明了本发明系统更加准确的测出采空区和工作面遗煤自燃特征参数，为矿井预防火灾提供准确指导。
本发明提供的真实模拟井下环境的油浴式煤自燃氧化实验系统可以在检测油浴式煤自燃氧化特征时，模拟井下真实环境，更加准确的测出采空区和工作面遗煤自燃特征参数，预报预测指标气体，为矿井预防火灾提供准确指导。
Claims (10)
1.一种真实模拟井下环境的油浴式煤自燃氧化实验系统，其特征在于：包括供气系统(1)、升温系统(2)、煤样罐(8)、震动机构(11)、取样系统(3)和数据分析系统(4)；
所述升温系统(2)包括罐体(5)、罐盖(6)和加热系统(7)；所述煤样罐(8)设置在罐体(5)内部；所述加热系统(7)设置在罐体(5)和煤样罐(8)之间，对煤样罐(8)进行加热；所述罐体(5)和煤样罐(8)之间设置有液体传热介质，且液体传热介质中设置有搅拌器(17)；
所述供气系统(1)和煤样罐(8)之间设置有进气管(9)，所述进气管(9)与煤样罐(8)底部连通，且位于煤样罐(8)一端的进气管(9)螺旋缠绕在煤样罐(8)外部；
所述煤样罐(8)和取样系统(3)之间设置有出气管(10)，所述出气管(10)从罐盖(6)顶端引出；
所述震动机构(11)设置在罐体(5)侧壁；多个震动机构(11)和控制系统连接；控制系统控制震动机构(11)的开关，并控制震动机构(11)的震动强度。
2.根据权利要求1所述的真实模拟井下环境的油浴式煤自燃氧化实验系统，其特征在于：所述煤样罐(8)外部设置有震动传感器(13)，所述震动传感器(13)与控制系统连接。
3.根据权利要求1所述的真实模拟井下环境的油浴式煤自燃氧化实验系统，其特征在于：所述煤样罐(8)外部设置有温度传感器(14)，所述温度传感器(14)与控制系统连接。
4.根据权利要求1所述的真实模拟井下环境的油浴式煤自燃氧化实验系统，其特征在于：所述加热系统(7)包括至少一个加热棒，所述加热棒与控制系统连接。
5.根据权利要求4所述的真实模拟井下环境的油浴式煤自燃氧化实验系统，其特征在于：所述加热棒与煤样罐(8)长度方向平行，且加热棒长度与煤样罐(8)长度相同。
6.根据权利要求1至5任一所述的真实模拟井下环境的油浴式煤自燃氧化实验系统，其特征在于：所述的液体传热介质为豆油、棉籽油、蓖麻油、泵油或硅油。
7.根据权利要求6所述的真实模拟井下环境的油浴式煤自燃氧化实验系统，其特征在于：所述出气管(10)上设置有过滤机构(15)。
8.根据权利要求7所述的真实模拟井下环境的油浴式煤自燃氧化实验系统，其特征在于：所述过滤机构(15)内部设置有活性炭和变色硅胶。
9.根据权利要求8所述的真实模拟井下环境的油浴式煤自燃氧化实验系统，其特征在于：所述震动机构(11)为震动电机。
10.根据权利要求9所述的真实模拟井下环境的油浴式煤自燃氧化实验系统，其特征在于：所述罐体(5)外层和内层之间填充有石棉(16)。
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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