CN113252840A - 一种模拟煤自燃及灭火过程的测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于煤自燃实验技术领域，公开了一种模拟煤自燃及灭火过程的测试装置，包括：恒温箱，且所述恒温箱的两侧分别设有进气管和出气管；可升降的设置于恒温箱内部的支撑板；可拆卸的设置于支撑板顶部的反应罐，所述反应罐外壁与恒温箱内壁之间形成有充满空气的间隙，且待测试煤样置于反应罐内部；固定于所述恒温箱内的淋喷机构，所述淋喷机构包括活塞式安装座和喷头，且喷头固定于安装座底部，在所述反应罐随支撑板升起时，所述安装座可滑动配合至反应罐内部，并减小所述反应罐内的反应空间；综上，通过反应罐与淋喷机构的配合，能有效达到模拟不同高度的反应空间的效果，从而使得本发明的测试结果更为精准。
Description
技术领域
本发明属于煤自燃实验技术领域，具体涉及一种模拟煤自燃及灭火过程的测试装置。
背景技术
煤在置于空气中时，氧分子首先在煤表面发生物理、化学吸附并放出反应热，促使温度上升，而温度的升高促使氧分子与煤分子中的活性官能团发生深度氧化分解反应，由此进一步使得煤中的大分子生成小分子并释放一定的特征气体和大量的反应热，这些热量在煤体内部积聚，最终则会导致煤自燃。为了有效的控制和预防煤自燃的发生，则需要全面、准确地测量出煤自燃过程中的各种特征参数。
目前，针对煤自燃特征参数测定，主要是建立恒温箱，以在恒温箱内进行煤自燃的测试实验。但是，在现有的恒温箱中，其反应空间固定，因此很难精准模拟出在不同反应空间下的煤自燃特性。另外，利用恒温箱进行实验时，多采用恒温箱的升温程度对煤样进行被动加热，由此也很难精准实现煤自燃的模拟。
发明内容
鉴于此，为解决上述背景技术中所提出的问题，本发明的目的在于提供一种模拟煤自燃及灭火过程的测试装置。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种模拟煤自燃及灭火过程的测试装置，包括：
恒温箱，且所述恒温箱的两侧分别设有进气管和出气管；
可升降的设置于恒温箱内部的支撑板，且在所述支撑板内嵌入有重量感应器；
可拆卸的设置于支撑板顶部的反应罐，所述反应罐外壁与恒温箱内壁之间形成有充满空气的间隙，且待测试煤样置于反应罐内部；
对称设置于所述反应罐两侧的导气结构，且所述导气结构与反应罐之间导通连接有导气管，所述导气结构的外侧开设有导气腔，且反应罐置于恒温箱内部时，两个导气结构分别与恒温箱的两侧内壁抵紧密封，并使两个导气腔分别与进气管和出气管导通；
固定于所述恒温箱内的淋喷机构，所述淋喷机构包括活塞式安装座和喷头，且喷头固定于安装座底部，在所述反应罐随支撑板升起时，所述安装座可滑动配合至反应罐内部，并减小所述反应罐内的反应空间。
优选的，所述反应罐的顶部和底部均与导气结构的顶部和底部平齐，且在所述安装座完全滑动配合至反应罐内部时，所形成的反应空间的最大高度与导气腔高度相同。
优选的，在所述支撑板顶部的开设有滑槽，在所述反应罐和导气结构的底部均设置有滑块，所述滑槽与滑块滑动配合，并将所述反应罐限定于支撑板的中心处。
优选的，在所述恒温箱的一侧通过进气管连接有进气组件，且所述进气组件用于向反应罐内供应包括氧气、氮气中至少一种的目标气体。
优选的，在所述恒温箱的一侧通过出气管连接有气相色谱仪。
优选的，所述测试装置还包括红外热像组件，且所述红外热像组件包括红外热像仪和红外热像探头，所述红外热像探头固定于所述淋喷机构的安装座底部，且红外热像探头位于喷头的一侧，所述红外热像仪置于恒温箱外，且红外热像仪与红外热像探头通信连接。
优选的，在所述恒温箱顶部固定有灭火剂供应组件，且灭火剂供应组件与淋喷机构之间连接有空心柱，所述空心柱贯穿固定于恒温箱顶部，且灭火剂供应组件通过空心柱向淋喷机构中的喷头供应灭火剂。
优选的，所述空心柱上套设有安装架，且所述安装架上固定安装有温度感应组件，所述温度感应组件包括：位于反应罐外壁与恒温箱内壁之间的环境温度感应器；以及，贯穿安装座并伸入至反应罐反应空间内的煤样温度感应器。
优选的，所述安装架与安装座之间连接有限位弹簧，且所述限位弹簧用于限定煤样温度感应器底部不与反应罐内壁接触。
优选的，在所述恒温箱内设有由上之下分布的测试腔和缓冲腔，所述淋喷机构位于测试腔内，所述支撑板在缓冲腔内上下升降，且支撑板下降至最低处时，所述反应罐位于缓冲腔内，所述温度感应组件位于反应罐顶部上方。
综上，在本发明中还设置用于接收整体测试装置检测数据的计算机，上述重量感应器、进气组件、气相色谱仪、红外热像仪、灭火剂供应组件、温度感应组件均与计算机通信连接。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
(1)在本发明中设置可装载煤样的反应罐，并将反应罐置于恒温箱内，由此能有效进行煤样自燃的模拟；并且，还设置与反应罐相配合的淋喷机构，由此能有效进行煤样自燃后灭火过程的模拟；另外，将反应罐设置为可升降调节的状态，使得反应罐与淋喷机构相配合，从而达到模拟不同高度的反应空间的效果；综上，使得本发明的模拟测试结果更为精准。
(2)针对上述反应罐，在其两侧设置与恒温箱相配合的导气结构，由此能有效实现反应罐内外的完全分离，具体：反应罐内部基于煤氧化和自燃形成温度变化，反应罐外部通过恒温箱进行温度调控，从而能有效实现煤绝热自然的模拟，且整体结构简单、实现方便。
(3)针对上述反应罐，设置可随反应罐上下升降的安装架，且将温度感应组件设置于安装架上，由此保证反应罐定位于任意位置处时，其内部的煤样温度感应器均不会与反应罐发生碰撞，进而保证整体装置结构的合理性及使用安全性。
(4)针对上述安装架，将其套设于固定淋喷机构的空心柱上，以此保证安装架升降的稳定性；另外，在安装架与淋喷机构连接限位弹簧，以此有效限定煤样温度感应器的插入深度，进而保证煤样温度检测的准确性。
(5)针对上述反应罐，在其底部设有可定位的滑块，由此：一方面与上下升降相配合，以便于实现反应罐或煤样的更换；另一方面则能有效提高反应罐定位的准确性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中恒温箱的结构示意图；
图3为本发明中恒温箱的立体外观图；
图4为本发明中支撑板与反应罐的配合示意图；
图5为本发明中淋喷机构与安装架的配合示意图；
图中：恒温箱-1；支撑板-2；反应罐-3；导气结构-4；淋喷机构-5；进气组件-6；气相色谱仪-7；红外热像组件-8；灭火剂供应组件-9；空心柱-10；安装架-11；环境温度感应器-12；煤样温度感应器-13；限位弹簧-14。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-图5所示，在本发明中提供了一种模拟煤自燃及灭火过程的测试装置，具体包括：
恒温箱1，且恒温箱1的两侧分别设有进气管和出气管。具体的，在恒温箱1的一侧通过进气管连接有进气组件6，且进气组件6用于向反应罐3内供应包括氧气、氮气中至少一种的目标气体。在恒温箱1的另一侧通过出气管连接有气相色谱仪7，以通过气相色谱仪7检测测试过程中排出气体的具体成分及含量。
可升降的设置于恒温箱1内部的支撑板2，且在支撑板2内嵌入有重量感应器。具体的，结合图4可知，可在支撑板2的顶部连接升降气缸/升降液压缸等驱动结构，以此实现对支撑板2上下升降的驱动，并且将该驱动结构固定于恒温箱1的内壁上。另外，结合图4可知，该驱动结构与导气结构4相邻，以保证结构设置的合理性。
可拆卸的设置于支撑板2顶部的反应罐3，反应罐3外壁与恒温箱1内壁之间形成有充满空气的间隙，且待测试煤样置于反应罐3内部。由此可知，煤样的自燃及灭火均在反应罐3内完成。
对称设置于反应罐3两侧的导气结构4，且导气结构4与反应罐3之间导通连接有导气管，导气结构4的外侧开设有导气腔，且反应罐3置于恒温箱1内部时，两个导气结构4分别与恒温箱1的两侧内壁抵紧密封，并使两个导气腔分别与进气管和出气管导通。基于此，使得进气组件6所导入的目标气体能完全进入反应罐3内，从而使得煤样完全依靠氧化过程形成自燃。另外，结合图4可知，在支撑板2顶部的开设有滑槽，在反应罐3和导气结构4的底部均设置有滑块，滑槽与滑块滑动配合，并将反应罐3限定于支撑板2的中心处，以此使得反应罐3的拆装更为方便，并且还能有效提高反应罐3定位的准确性。
固定于恒温箱1内的淋喷机构5，淋喷机构5包括活塞式安装座和喷头，且喷头固定于安装座底部，在反应罐3随支撑板2升起时，安装座可滑动配合至反应罐3内部，并减小反应罐3内的反应空间。由此，利用安装座的设置，能进一步实现反应罐3内外部分的隔离，并且还能有效调整反应罐3内的反应空间，以适用于不同需求下的精准模拟。具体的，结合图1可知，反应罐3的顶部和底部均与导气结构4的顶部和底部平齐，且在安装座完全滑动配合至反应罐3内部时，所形成的反应空间的最大高度与导气腔高度相同，由此能有效保证反应罐3的升降不会对其导气路径造成干扰。另外，在恒温箱1内设有由上之下分布的测试腔和缓冲腔，淋喷机构5位于测试腔内，支撑板2在缓冲腔内上下升降，且支撑板2下降至最低处时，反应罐3位于缓冲腔内，温度感应组件位于反应罐3顶部上方；而结合图3可知，在缓冲腔的一侧还设有尺寸大于反应罐3的箱门。
红外热像组件8，且红外热像组件8包括红外热像仪和红外热像探头，红外热像探头固定于淋喷机构5的安装座底部，且红外热像探头位于喷头的一侧，红外热像仪置于恒温箱1外，且红外热像仪与红外热像探头通信连接。
灭火剂供应组件9，固定于恒温箱1顶部，且灭火剂供应组件9与淋喷机构5之间连接有空心柱10，空心柱10贯穿固定于恒温箱1顶部，且灭火剂供应组件9通过空心柱10向淋喷机构5中的喷头供应灭火剂。
温度感应组件，空心柱10上套设有安装架11，且温度感应组件固定于安装架11上。温度感应组件包括：位于反应罐3外壁与恒温箱1内壁之间的环境温度感应器12；贯穿安装座并伸入至反应罐3反应空间内的煤样温度感应器13。具体的，结合图1-图2可知，安装架11与安装座之间连接有限位弹簧14，且限位弹簧14用于限定煤样温度感应器13底部不与反应罐3内壁接触，由此能有效提高整体结构的合理性，并避免煤样温度感应器13出现被碰撞损坏的现象。
综上，利用上述所公开的模拟煤自燃及灭火过程的测试装置进行测试时：
(1)自燃测试
制样：取新鲜煤样进行破碎，用60-80目筛网过筛，对煤样进行干燥处理，然后松散放入反应罐3内。
安装：通过滑槽与滑块的配合，将装载有煤样的反应罐3放置于支撑板2上，关闭缓冲腔的箱门；
调整反应空间；启动与支撑板2相连接的驱动装置，以此使得支撑板2与反应罐3同步升起，在升起过程中反应罐3两侧的导气结构4逐渐与恒温箱1的进气管和出气管相配合，并且淋喷机构5的安装座还滑入配合于反应罐3内，以此实现反应罐3内部反应环境的密封，如图1及图2所示。具体，根据支撑板2升起的高度不同，淋喷机构5与反应罐3之间所形成的反应空间高度也有所不同。并且，反应罐3在升起时，其顶部还会推动安装架11上升，由此使得煤样温度感应器13在插入煤样内部后不会与反应罐3发生碰撞。
通气氧化：通过进气组件6和进气管向导气结构4的导气腔内导入包括氧气、氮气中至少一种的目标气体，目标气体经过导气管后进入反应罐3内，使得煤样产生氧化。
温度控制：在上述通气氧化使得反应罐3内部温度升高，在此过程中通过煤样温度感应器13进行温度检测，同时调控恒温箱1的内部温度，以此使得反应罐3与恒温箱1之间的温度与反应罐3内部的温度相等，其中反应罐3与恒温箱1之间的温度通过环境温度感应器12进行检测。
气体检测：在上述通气氧化及温度控制的过程中，反应气体通过对应的导气结构4及出气管排出，并经过气相色谱仪7进行气体成分及浓度检测。
重量检测：在上述调整反应空间的过程中，根据支撑板2上升高度的不同，其重量感应器所检测的初始重量也有所不同，但随着通气氧化、温度控制及煤自燃的进行，根据重量感应器所检测到的重量变化，仍能有效反应煤自燃过程的重量变化。在此仅获取煤自燃过程中重量变化走势，而不获取具体重量数值。
图像检测：在上述通气氧化、温度控制及煤自燃的过程中，实时通过红外热像组件8进行图像检测。
(2)灭火测试
淋喷灭火剂：当反应罐3内温度升高至200℃时，开启灭火剂供应组件9，并通过淋喷机构5中的喷头向煤样淋喷灭火剂，具体该灭火剂采用水系灭火剂，例如高分子材料的润湿水。
关闭温度控制：当反应罐3内温度升高至200℃时，关闭恒温箱1的温度调控，使得恒温箱1及反应罐3自然降温。
气体检测：在上述淋喷灭火剂及关闭温度控制的过程中，利用气相色谱仪7进行排出气体成分及浓度的检测。
重量检测：在上述淋喷灭火剂及关闭温度控制的过程中，进行煤样重量变化走势的检测。
图像检测：在上述淋喷灭火剂及关闭温度控制的过程中，利用红外热像组件8进行图像检测。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种模拟煤自燃及灭火过程的测试装置，其特征在于，包括：
恒温箱(1)，且所述恒温箱(1)的两侧分别设有进气管和出气管；
可升降的设置于恒温箱(1)内部的支撑板(2)，且在所述支撑板(2)内嵌入有重量感应器；
可拆卸的设置于支撑板(2)顶部的反应罐(3)，所述反应罐(3)外壁与恒温箱(1)内壁之间形成有充满空气的间隙，且待测试煤样置于反应罐(3)内部；
对称设置于所述反应罐(3)两侧的导气结构(4)，且所述导气结构(4)与反应罐(3)之间导通连接有导气管，所述导气结构(4)的外侧开设有导气腔，且反应罐(3)置于恒温箱(1)内部时，两个导气结构(4)分别与恒温箱(1)的两侧内壁抵紧密封，并使两个导气腔分别与进气管和出气管导通；
固定于所述恒温箱(1)内的淋喷机构(5)，所述淋喷机构(5)包括活塞式安装座和喷头，且喷头固定于安装座底部，在所述反应罐(3)随支撑板(2)升起时，所述安装座可滑动配合至反应罐(3)内部，并减小所述反应罐(3)内的反应空间。
2.根据权利要求1所述的一种模拟煤自燃及灭火过程的测试装置，其特征在于：所述反应罐(3)的顶部和底部均与导气结构(4)的顶部和底部平齐，且在所述安装座完全滑动配合至反应罐(3)内部时，所形成的反应空间的最大高度与导气腔高度相同。
3.根据权利要求1所述的一种模拟煤自燃及灭火过程的测试装置，其特征在于：在所述支撑板(2)顶部的开设有滑槽，在所述反应罐(3)和导气结构(4)的底部均设置有滑块，所述滑槽与滑块滑动配合，并将所述反应罐(3)限定于支撑板(2)的中心处。
4.根据权利要求1所述的一种模拟煤自燃及灭火过程的测试装置，其特征在于：在所述恒温箱(1)的一侧通过进气管连接有进气组件(6)，且所述进气组件(6)用于向反应罐(3)内供应包括氧气、氮气中至少一种的目标气体。
5.根据权利要求1所述的一种模拟煤自燃及灭火过程的测试装置，其特征在于：在所述恒温箱(1)的一侧通过出气管连接有气相色谱仪(7)。
6.根据权利要求1所述的一种模拟煤自燃及灭火过程的测试装置，其特征在于：还包括红外热像组件(8)，且所述红外热像组件(8)包括红外热像仪和红外热像探头，所述红外热像探头固定于所述淋喷机构(5)的安装座底部，且红外热像探头位于喷头的一侧，所述红外热像仪置于恒温箱(1)外，且红外热像仪与红外热像探头通信连接。
7.根据权利要求1所述的一种模拟煤自燃及灭火过程的测试装置，其特征在于：在所述恒温箱(1)顶部固定有灭火剂供应组件(9)，且灭火剂供应组件(9)与淋喷机构(5)之间连接有空心柱(10)，所述空心柱(10)贯穿固定于恒温箱(1)顶部，且灭火剂供应组件(9)通过空心柱(10)向淋喷机构(5)中的喷头供应灭火剂。
8.根据权利要求7所述的一种模拟煤自燃及灭火过程的测试装置，其特征在于：所述空心柱(10)上套设有安装架(11)，且所述安装架(11)上固定安装有温度感应组件，所述温度感应组件包括：
位于反应罐(3)外壁与恒温箱(1)内壁之间的环境温度感应器(12)；
贯穿安装座并伸入至反应罐(3)反应空间内的煤样温度感应器(13)。
9.根据权利要求8所述的一种模拟煤自燃及灭火过程的测试装置，其特征在于：所述安装架(11)与安装座之间连接有限位弹簧(14)，且所述限位弹簧(14)用于限定煤样温度感应器(13)底部不与反应罐(3)内壁接触。
10.根据权利要求8或9所述的一种模拟煤自燃及灭火过程的测试装置，其特征在于：在所述恒温箱(1)内设有由上之下分布的测试腔和缓冲腔，所述淋喷机构(5)位于测试腔内，所述支撑板(2)在缓冲腔内上下升降，且支撑板(2)下降至最低处时，所述反应罐(3)位于缓冲腔内，所述温度感应组件位于反应罐(3)顶部上方。
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