CN109655520B - 矿用非金属材料静电安全性能的测试装置及方法 - Google Patents

矿用非金属材料静电安全性能的测试装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种矿用非金属材料静电安全性能的测试装置及方法,装置包括：试验管道，用于为待测试件提供试验环境；发尘器，与试验管道连通，用于向试验管道内喷洒指定浓度与粒径的粉尘；通风机，与试验管道连通，用于向试验管道内提供稳定的气流，带动粉尘冲击待测试件表面；静电测试仪，用于测试待测试件表面所产生的静电电量。本发明提供的矿用非金属材料静电安全性能的测试方法和装置，可用于模拟含有粉尘的气流对非金属材料冲击摩擦工况、非金属材料表面接触摩擦工况。

Description

矿用非金属材料静电安全性能的测试装置及方法
技术领域
本发明涉及煤矿安全技术领域，特别涉及矿用非金属材料静电安全性能的测试装置及方法。
背景技术
煤矿井下使用的大量高分子聚合物制品当受到机械摩擦、高速风流及风流中所含的粉尘与其表面接触时由于发生摩擦而产生静电。当这些高分子聚合物材料的自导电性较差时，因摩擦产生的静电荷积聚在表面不易消失，其静电荷积聚达到一定程度时会对接地体产生放电现象，当放电能量达到0.28mJ时，就会引起瓦斯爆炸。在矿井条件下，静电放电也是煤矿井下的最重要的危险源之一。非金属材料易积聚而静电形成物体带电，引起静电电位可以高达几十至几百千伏，形成的静电电源就成为酿成瓦斯煤尘爆炸事故的潜在因素。在非金属静电安全评价方面，我国煤炭行业执行的MT113-1995《煤矿井下用聚合物制品阻燃抗静电性通用试验方法和判定规则》标准采用测定非金属材料表面电阻的方式进行静电安全性评价—表面电阻值不得高于3×108。GB 25286.1-2010《爆炸性环境用非电气设备第1部分：基本方法和要求》标准采用测量表面电阻(小于109欧姆)、限制非金属材料表面积和采集非金属材料表面转移电荷量的方式进行静电安全评价，基准材料转移电荷不得大于60nC。国际标准IEC60079－32采用的测试实验方法及评价方式与GB 25286.1-2010相同，均是通过采用测量表面电阻(小于109欧姆)、限制非金属材料表面积和采集非金属材料表面转移电荷量的方式进行静电安全评价。目前世界上大多数国家均采用间接测定电阻的方式进行评价，只有波兰采用直接检测的方式规定了爆炸性混合气体中塑料的试验方法，即在一定的环境条件下，采用一定速度和粉尘浓度的粉尘气流摩擦非金属材料，检测其在规定时间内所产生的静电放电后能否引爆特定环境中的爆炸性气体。美国航空航天局肯尼迪航天中心的研究人员曾研究分析了材料起电后可能产生的火花放电对环境可燃气体的引燃性能，并建立了相关的实验规程。综上所述，考虑煤矿井下静电产生的危害，以及非金属制品的工作工况，应研发相应的试验装置模拟含尘气流对非金属材料冲击摩擦工况、非金属材料表面接触摩擦工况。同时，由于目前静电测量方法均是在常规环境下的试验，结果不能确保灾变环境(高温50℃、低湿10％、高尘500mg/m3)下的静电安全性。为此该装置需要具备温度、湿度及粉尘浓度的控制测量功能。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种矿用非金属材料静电安全性能的测试装置及方法，用于测试煤矿用非金属制品在高速含尘风流作用下的静电起电难易程度，并考核非金属制品的静电安全性能，可为煤矿用非金属材料的安全性能准入分析验证提供技术支撑。
本发明一种矿用非金属材料静电安全性能的测试装置,包括：
试验管道，用于为待测试件提供试验环境；
发尘器，与试验管道连通，用于向试验管道内喷洒指定浓度与粒径的粉尘；
通风机，与试验管道连通，用于向试验管道内提供稳定的气流，带动粉尘冲击待测试件表面；
静电测试仪，用于测试待测试件表面所产生的静电电量。
进一步，所述试验管道内还设置有温湿度控制装置，所述温湿度控制装置用于调节试验管道内的温度和湿度。
进一步，所述试验管道内还设置有泄爆装置，用于试验管道发生爆炸时降低爆炸的强度。
进一步，所述试验管道内还设置压力感应装置和联动开启装置，所述压力感应装置可在试验管道内发生爆炸时，探测管道内的气体压力，所述联动开启装置可在压力感应装置探测管道内的气体压力达到爆炸时的数值后，联动开启泄爆装置。
进一步，所述试验管道内还设置有样品夹具，所述样品夹具包括样品支撑架、支撑架角度调节装置、探针位置调节装置，所述静电测试仪包括静电感应板和探针。所述探针位置调节装置能调整探针覆盖整个样品区域。
进一步，所述样品夹具设置在防爆箱内，所述防爆箱上设置有观察窗。
进一步，所述样品夹具用于夹持静电感应板的夹持部位材质为聚四氟乙烯。
矿用非金属材料静电安全性能的测试方法,包括以下步骤：
S1,将试验用非金属材料制备成所需的长方体型，而后对其进行干燥处理；
S2,调节温湿度控制装置，使试验管道内的温度、湿度数值符合试验的要求；
S3,将制备的非金属材料样品放入到样品夹具上，打开非金属材料样品的通道；
S4,打开发尘器，使其向试验管道内喷洒一定浓度与粒径的粉尘；同时开启通风机，使含有粉尘的气流在试验管道内流动；
S5,待含有粉尘的气流在试验管道内的流动达到稳定时，即开启静电测试仪，用于监测含有粉尘的气流冲击至非金属材料样品表面时，所产生的静电电量。
进一步，若含有粉尘的气流冲击至非金属材料样品表面，使得试验管道内发生粉尘爆炸，则开启试验管道上的泄爆装置，用于降低爆炸强度。
进一步，若试验用分非金属材料样品为管材，则在步骤S4中打开非金属管材的通道开始试验。
本发明的有益效果：本发明提出了矿用非金属材料静电安全性能的测试方法及装置，可精确测定矿用非金属材料在含粉尘气流的冲击与表面摩擦的情况下所产生的静电电量。本发明特有的矿用非金属材料静电安全性能的测试方法，可实现矿用非金属材料样品在任意温度、湿度与粉尘浓度环境下静电电量的精确测定，可为研究不同材质的非金属材料在不同环境条件下的静电起电规律提供技术支撑；可真实地模拟煤矿井下静电引发事故的灾变过程，为调查事故的诱因提供技术支撑。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明装置的示意图；
图2为样品夹具的结构示意图。
具体实施方式
图1为本发明装置的示意图，图2为样品夹具的结构示意图。本发明一种矿用非金属材料静电安全性能的测试装置,包括：
试验管道1，用于为待测试件提供试验环境；
发尘器2，与试验管道1连通，用于向试验管道1内喷洒指定浓度与粒径的粉尘；
通风机3，与试验管道1连通，用于向试验管道1内提供稳定的气流，带动粉尘冲击待测试件表面；本实施例待测试件包括非金属材料样品10和非金属管材11。
静电测试仪4，用于测试待测试件表面所产生的静电电量，用于测量非金属管材11的为静电测试仪4，用于测量非金属材料样品10的包括起电环境测量传感器5、静电起电箱6、探针16和感应铜板17，相关的连接方式以及用于对非金属材料样品10的测量方法属于现有技术，在此不再赘述。
本实施例中，所述试验管道1内还设置有温湿度控制装置7，所述温湿度控制装置7用于调节试验管道1内的温度和湿度。
本实施例中，所述试验管道1内还设置有泄爆装置8，用于试验管道1发生爆炸时降低爆炸的强度。
本实施例中，所述试验管道1内还设置压力感应装置和联动开启装置，所述压力感应装置可在试验管道1内发生爆炸时，探测管道内的气体压力，所述联动开启装置可在压力感应装置探测管道内的气体压力达到爆炸时的数值后，联动开启泄爆装置8。
本实施例中，所述试验管道1内还设置有样品夹具9，如图2所示，所述样品夹具9包括样品支撑架12、支撑架角度调节装置13、探针位置调节装置14，所述探针位置调节装置14包括探针滑动槽15，探针滑动槽15设置在样品支撑架12上，探针16可在探针滑动槽15内滑动，能调整探针覆盖整个样品区域。其中18为保护探针16引线的穿线管。支撑架角度调节装置13还可调节非金属材料10样品与含有粉尘的气流的接触角度，进而实现不同条件下产生静电过程的模拟。
本实施例中，所述样品夹具9设置在防爆箱19内，防爆箱19采用防爆的玻璃门结构，所述防爆箱19上设置有观察窗，可用于观察防爆箱19内的环境。
本实施例中，所述样品夹具9用于夹持静电感应板17的夹持部位材质为聚四氟乙烯，防止静电对待测试件的影响。
矿用非金属材料静电安全性能的测试方法,包括以下步骤：
S1,将试验用非金属材料10制备成所需的长方体型，而后对其进行干燥处理；
S2,调节温湿度控制装置7，使试验管道1内的温度、湿度数值符合试验的要求；
S3,将制备的非金属材料10样品放入到样品夹具9上，打开非金属材料10样品的通道；
S4,打开发尘器2，使其向试验管道1内喷洒一定浓度与粒径的粉尘；同时开启通风机3，使含有粉尘的气流在试验管道1内流动；
S5,待含有粉尘的气流在试验管道1内的流动达到稳定时，打开阀门1、阀门2；关闭阀门3、阀门4，使得含有粉尘的气流与下部试验管道隔离，即开启电环境测量传感器5、静电起电箱6，用于监测含有粉尘的气流冲击至非金属材料10样品表面时，所产生的静电电量。
本实施例中，若含有粉尘的气流冲击至非金属材料10样品表面，使得试验管道1内发生粉尘爆炸，则开启试验管道1上的泄爆装置8，用于降低爆炸强度。
本实施例中，若试验用分非金属材料样品为管材，则在步骤S4中打开非金属管材11的通道开始试验。所述静电测试仪4与试验用非金属管材11样品通过导线连接，待含有粉尘的气流在试验管道内的流动达到稳定时，关闭阀门1、阀门2；打开阀门3、阀门4，即开启静电测试仪4。
本发明的矿用非金属材料静电安全性能的测试方法及装置目的就是用于测试煤矿用非金属制品在高速含尘风流作用下的静电起电难易程度，并考核非金属制品的静电安全性能。其是试验用的非金属材料样品或非金属管材样品在进行干燥处理后，放入到固定位置，而后开启温湿度控制装置，使试验管道1内的温度、湿度数值满足试验要求；并打开发尘器2，使一定浓度的粉尘经过发尘器安装口进入到试验管道1内；同时开启通风机3，使试验管道1内形成循环风流。则含有粉尘的风流在试验管道内运移，将冲击非金属材料样品的表面或在非金属管材样品的内壁接触摩擦，从而产生静电；并开启静电测量装置，用以监测含有粉尘的风流冲击非金属材料样品的表面或在非金属管材样品的内壁接触摩擦时产生的静电电量。若试验过程中，含有粉尘的风流在静电的作用下发生爆炸，则设置于试验管道上的泄爆装置8将自动打开，从而用以降低爆炸强度。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.矿用非金属材料静电安全性能的测试装置,其特征在于，包括：
试验管道，用于为待测试件提供试验环境；
发尘器，与试验管道连通，用于向试验管道内喷洒指定浓度与粒径的粉尘；
通风机，安装于试验管道上并与试验管道连通，用于向试验管道内提供稳定的气流，带动粉尘冲击待测试件表面，所述待测试件位于试验管道内；
静电测试仪，用于测试待测试件表面所产生的静电电量。
2.根据权利要求1所述的矿用非金属材料静电安全性能的测试装置,其特征在于，所述试验管道内还设置有温湿度控制装置，所述温湿度控制装置用于调节试验管道内的温度和湿度。
3.根据权利要求1所述的矿用非金属材料静电安全性能的测试装置,其特征在于，所述试验管道内还设置有泄爆装置，用于试验管道发生爆炸时降低爆炸的强度。
4.根据权利要求3所述的矿用非金属材料静电安全性能的测试装置,其特征在于，所述试验管道内还设置压力感应装置和联动开启装置，所述压力感应装置可在试验管道内发生爆炸时，探测管道内的气体压力，所述联动开启装置可在压力感应装置探测管道内的气体压力达到爆炸时的数值后，联动开启泄爆装置。
5.根据权利要求1所述的矿用非金属材料静电安全性能的测试装置,其特征在于，所述试验管道内还设置有样品夹具，所述样品夹具包括样品支撑架、支撑架角度调节装置、探针位置调节装置，所述静电测试仪包括静电感应板和探针，所述探针位置调节装置能调整探针覆盖整个样品区域。
6.根据权利要求5所述的矿用非金属材料静电安全性能的测试装置,其特征在于，所述样品夹具设置在防爆箱内，所述防爆箱上设置有观察窗。
7.根据权利要求5所述的矿用非金属材料静电安全性能的测试装置,其特征在于，所述样品夹具用于夹持静电感应板的夹持部位材质为聚四氟乙烯。
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