CN114137148B - 一种嵌套式敞开厢体煤自燃参数检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种嵌套式敞开厢体煤自燃参数检测装置，包括：送风模块、升温模块、降温模块、温度采集模块、控制模块和第一厢体；所述第一厢体用于放置煤样；所述送风模块输出设定风向和设定风速的风流至所述第一厢体内部的煤样；所述升温模块设置在所述第一厢体的内表面；所述降温模块对所述第一厢体及所述第一厢体内部的空间进行降温；所述温度采集模块设置在所述厢体的内表面；所述升温模块与所述温度采集模块交替设置；所述控制模块控制所述升温模块的输出温度，并根据所述温度采集模块传递的温度信号得到煤自燃温度场信息。本发明能真实、准确的模拟煤体在自燃情况下整体煤样的温度场的变化规律。

Description

一种嵌套式敞开厢体煤自燃参数检测装置

技术领域

本发明涉及煤自燃实验装置技术领域领域，特别是涉及一种嵌套式敞开厢体煤自燃参数检测装置。

背景技术

煤炭一直以来作为我国能源经济的重要组成部分，同时也是铁路运输的重点物资。目前，中国是世界上最大的煤炭生产国，同时也是最大的出口国和消费国，煤炭作为主要的能源在相当长的时期内不会改变。此外，煤火不仅浪费宝贵的煤炭资源，而且还在世界范围内引起许多问题和风险。

目前存在的大部分实验厢体装置以及实验研究方法都主要侧重于探究煤样在底部进行升温加热时，煤体温度的变化与气体产生的变化规律。无法真实有效的检测出整个厢体中局部或者整体的煤样在发生自燃现象后温度场和气体场的变化。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种嵌套式敞开厢体煤自燃参数检测装置，以解决上述问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种嵌套式敞开厢体煤自燃参数检测装置，包括：送风模块、升温模块、降温模块、温度采集模块、控制模块和第一厢体；

所述第一厢体用于放置煤样；所述送风模块输出设定风向和设定风速的风流至所述第一厢体内部的煤样；

所述升温模块包括若干个加热棒，各所述加热棒分层等间距设置在所述第一厢体的内表面；

所述降温模块对所述第一厢体及所述第一厢体内部的空间进行降温；

所述温度采集模块包括若干热电偶，各所述热电偶分层等间距设置在所述厢体的内表面；各所述热电偶与各所述加热棒交替分层设置；

所述控制模块控制各所述加热棒的输出温度，并根据各所述热电偶传递的温度信号得到煤自燃温度场信息。

优选地，定义所述厢体四个侧面的内表面分别为第一内表面、第二内表面、第三内表面和第四内表面；

所述第一内表面、所述第二内表面、所述第三内表面和所述第四内表面依次连接；

各所述加热棒分四层且等间距设置在所述第一内表面和所述第二内表面；各所述加热棒与所述第一内表面或所述第二内表面垂直设置；

或各所述加热棒分四层且等间距设置在所述第三内表面和所述第四内表面；各所述加热棒与所述第三内表面或所述第四内表面垂直设置。

优选地，所述装置还包括第二厢体；

所述降温模块包括液氮罐、液氮管路和若干个液氮喷淋头；

各所述液氮喷淋头等间距设置在所述第二厢体的上端部，所述液氮管路上设有第一电磁阀；

所述第一厢体设置在所述第二厢体的内部；所述液氮罐内的液氮经过所述液氮管路从各所述液氮喷淋头喷出，对所述第二厢体内的空间进行降温。

优选地，所述装置还包括气体采集模块和气体吸收池；

所述气体采集模块包括抽气泵、过滤器以及内层的四排管路和外层的四排管路，分别定义为第一内管路、第二内管路、第三内管路、第四内管路、第一外管路、第二外管路、第三外管路和第四外管路；

所述第一内管路、所述第二内管路、所述第三内管路和所述第四内管路的大小相同，且与所述第一厢体的外表面均相距第一设定距离；所述第一外管路、所述第二外管路、所述第三外管路和所述第四外管路的大小相同，且与所述第一厢体的外表面均相距第二设定距离；所述第二设定距离大于所述第一设定距离；

所述第一内管路、所述第二内管路、所述第三内管路、所述第四内管路、所述第一外管路、所述第二外管路、所述第三外管路和所述第四外管路上均等间距设置有若干个开口；

所述第一内管路、所述第二内管路、所述所述第三内管路、所述第四内管路、所述第一外管路、所述第二外管路、所述第三外管路和所述第四外管路汇聚后与所述抽气泵连接；

所述抽气泵与所述过滤器连接；所述过滤器对所述抽气泵传输过来的气体进行过滤，得到过滤气体；

所述气体吸收池基于所述过滤气体输出光信号；所述控制器根据所述光信号得到煤自燃特征气体场信息。

优选地，所述气体采集模块还包括第一支管路、第二支管路、第三支管路、第四支管路和抽气管路；

所述第一外管路上设有第一抽气口，所述第一内管路与所述第一外管路连接；所述第一外管路基于所述第一抽气口与所述第一支管路连接；所述第一支管路上设有第二电磁阀；

所述第二外管路上设有第二抽气口，所述第二内管路与所述第二外管路连接；所述第二外管路基于所述第二抽气口与所述第二支管路连接；所述第二支管路上设有第三电磁阀；

所述第三外管路上设有第三抽气口，所述第三内管路与所述第三外管路连接；所述第三外管路基于所述第三抽气口与所述第三支管路连接；所述第三支管路上设有第四电磁阀；

所述第四外管路上设有第四抽气口，所述第四内管路与所述第四外管路连接；所述第四外管路基于所述第四抽气口与所述第四支管路连接；所述第四支管路上设有第五电磁阀；

所述第一支管路、所述第二支管路、所述第三支管路和所述第四支管路均与所述抽气管路连接；

所述抽气管路与所述抽气泵连接；所述抽气管路上设有第六电磁阀和流量计。

优选地，所述气体吸收池包括激光发射器、激光光道、气体储存罐和激光吸收器；

所述控制模块控制所述激光发射器发射设定波长的激光，所述激光经过所述激光光道进入所述气体储存罐；

所述激光经过所述气体储存罐内的所述过滤气体，被所述过滤气体吸收得到衰减激光；

所述激光吸收器吸收所述衰减激光，得到所述衰减激光的光强；

所述控制模块根据所述激光的光强和所述衰减激光的光强得到所述过滤气体的成分和浓度，进一步基于所述成分和浓度得到所述煤自燃特征气体场信息。

优选地，所述气体储存罐上设置有排气管道，所述排气管道上设置有第七电磁阀。

优选地，所述送风模块包括风机、输风管路、设置在所述输风管路上的进风管路、出风管路和气压控制换向阀，所述输风管路设置在所述第二厢体的上端部，所述出风管路位于所述输风管路所在平面的下方，所述气压控制换向阀设置在所述出风管路的出口端；所述风机与输风管路连接。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明涉及一种嵌套式敞开厢体煤自燃参数检测装置，包括：送风模块、升温模块、降温模块、温度采集模块、控制模块和第一厢体；所述第一厢体用于放置煤样；所述送风模块输出设定风向和设定风速的风流至所述第一厢体内部的煤样；所述升温模块设置在所述第一厢体的内表面；所述降温模块对所述第一厢体及所述第一厢体内部的空间进行降温；所述温度采集模块设置在所述厢体的内表面；所述升温模块与所述温度采集模块交替设置；所述控制模块控制所述升温模块的输出温度，并根据所述温度采集模块传递的温度信号得到煤自燃温度场信息。本发明能真实、准确的模拟煤体在自燃情况下整体煤样的温度场的变化规律。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明嵌套式敞开厢体煤自燃参数检测装置结构图；

图2为本发明加热模块安装位置示意图；

图3为本发明气体采集模块的部分结构示意图。

符号说明：1-第一厢体，2-第二厢体，3-风机，4-风机控制器，5-加热棒，6-第一内表面，7-第二内表面，8-第三内表面，9-第四内表面，10-液氮罐，11-液氮管路，12-液氮喷淋头，13-第一电磁阀，14-控制模块，15-抽气泵，16-过滤器，17-第一支管路，18第二支管路，19-第三支管路，20-第四支管路，21-抽气管路，22-第一内管路，23-第二内管路，24-第三内管路，25-第四内管路，26-第一外管路，27-第二外管路，28-第三外管路，29-第四外管路，30-第一抽气口，31-第二抽气口，32-第三抽气口，33-第四抽气口，34-第二电磁阀，35-第三电磁阀，36-第四电磁阀，37-第五电磁阀，38-抽气泵控制器，39-激光发射器，40-激光光道，41-气体储存罐，42-激光吸收器，43-存储器，44-排气管道，45-第七电磁阀。

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。

本发明的目的是提供一种嵌套式敞开厢体煤自燃参数检测装置，以真实、准确的模拟煤体在自燃情况下整体煤样的温度场和特征气体场的变化规律。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明嵌套式敞开厢体煤自燃参数检测装置结构图。如图所示，本发明提供了一种嵌套式敞开厢体煤自燃参数检测装置，其特征在于，包括：送风模块、升温模块、降温模块、温度采集模块、控制模块14、第一厢体1和第二厢体2。

所述第一厢体1用于放置煤样；所述第一厢体1位于所述第二厢体2的内部，所述第二厢体2模拟所述第一厢体1内煤样自燃的周围空间。本实施例中，所述第二厢体2的长、宽和高为所述第一厢体1的长、宽和高的两倍。具体地，所述第一厢体1的厚度为1cm，长为3m，宽为0.6m，高为0.6m；所述第二厢体2的长为6m，宽为1.2m，高为1.2m。所述第一厢体1位于所述第二厢体2的中心，即所述第一厢体1的中心点与所述第二厢体2的中心点重合。

所述送风模块输出设定风向和设定风速的风流至所述第一厢体1内部的煤样。

具体地，所述送风模块包括依次连接的风机3、输风管路、设置在所述输风管路上的进风管路、出风管路和气压控制换向阀，所述输风管路设置在所述第二厢体2的上端部，所述出风管路位于所述输风管路所在平面的下方，所述气压控制换向阀设置在所述出风管路的出口端。所述控制模块14通过风机控制器4控制所述风机3的输出量，进而控制风速的大小，所述控制模块14通过控制所述气压控制换向阀，从而调节风向，更加贴近真实情况下火车运煤过程中的风流。

所述升温模块包括若干个加热棒5，各所述加热棒5分层等间距设置在所述第一厢体1的内表面。

具体地，如2所示，定义所述厢体四个侧面的内表面分别为第一内表面6、第二内表面7、第三内表面8和第四内表面9。

所述第一内表面6、所述第二内表面7、所述第三内表面8和所述第四内表面9依次连接。

各所述加热棒5分四层且等间距设置在所述第一内表面6和所述第二内表面7；各所述加热棒5与所述第一内表面6或所述第二内表面7垂直设置。

或各所述加热棒5分四层且等间距设置在所述第三内表面8和所述第四内表面9；各所述加热棒5与所述第三内表面8或所述第四内表面9垂直设置。

本实施例中，各所述加热棒5分四层且等间距设置在所述第一内表面6和所述第二内表面7，具体地，在所述第一内表面6的垂直中心线上等间距设置4个所述加热棒5，在所述第二内表面7上每层等间距设置5个所述加热棒5，共设置4层，即共在所述第一内表面6和所述第二内表面7上设置24个所述加热棒5，且24个所述加热棒5与所述第一内表面6或所述第二内表面7垂直设置。

所述温度采集模块包括24个热电偶，与24个所述加热棒5的设置方法相同，只需分层间隔设置即可，即每设置一层所述加热棒5，对应设置一层所述热电偶。

由于煤自燃是一个缓慢的过程，因此通过所述控制器控制24个所述加热棒5的输出温度，省去自然情况下煤自燃过程，所述控制器通过24个所述热电偶传递过来的温度信号，得到煤自燃过程的温度场以及温度场变化规律。

由于升温试验结束后实验箱体温度较高，自然降温过程需要3～5天，降温过程十分耗费实验时间，因此，通过所述降温模块在实验结束后，对所述第二厢体2内部的空间进行降温，有利于提升实验效率。

进一步地，所述降温模块具体包括：液氮罐10、液氮管路11和若干个液氮喷淋头12。

各所述液氮喷淋头12等间距设置在所述第二厢体2的上端部，所述液氮管路11上设有第一电磁阀13。

所述液氮罐10内的液氮经过所述液氮管路11从各所述液氮喷淋头12喷出，对所述第二厢体2内的空间进行降温。

为了对煤自燃过程产生的气体进行分析，本发明所述装置还包括气体采集模块和气体吸收池。

所述气体采集模块包括抽气泵15、过滤器16以及内层的四排管路和外层的四排管路，分别定义为第一内管路22、第二内管路23、第三内管路24、第四内管路25、第一外管路26、第二外管路27、第三外管路28和第四外管路29。所述气体采集模块还包括第一支管路17、第二支管路18、第三支管路19、第四支管路20和抽气管路21。

所述第一内管路22、所述第二内管路23、所述第三内管路24和所述第四内管路25的大小相同，且与所述第一厢体1的外表面均相距第一设定距离；所述第一外管路26、所述第二外管路27、所述第三外管路28和所述第四外管路29的大小相同，且与所述第一厢体1的外表面均相距第二设定距离；所述第二设定距离大于所述第一设定距离。本实施例中，所述第一内管路22、所述第二内管路23、所述第三内管路24和所述第四内管路25的长均为3.5m，宽均为0.7m；所述第一外管路26、所述第二外管路27、所述第三外管路28和所述第四外管路29的长均为4m，宽均为0.8m。

所述第一内管路22、所述第二内管路23、所述第三内管路24、所述第四内管路25、所述第一外管路26、所述第二外管路27、所述第三外管路28和所述第四外管路29上均等间距设置有若干个开口。本实施例中，每隔0.5设置1个所述开口，即所述第一内管路22、所述第二内管路23、所述第三内管路24和所述第四内管路25上均设置有16个所述开口，所述第一外管路26、所述第二外管路27、所述第三外管路28和所述第四外管路29上均设置有18个所述开口，共计设置136个所述开口。

所述第一厢体1在每个所述开口处均设置有贯通口。

所述第一外管路26上设有第一抽气口30，所述第一内管路22与所述第一外管路26连接；所述第一外管路26基于所述第一抽气口30与所述第一支管路17连接；所述第一支管路17上设有第二电磁阀34。

所述第二外管路27上设有第二抽气口31，所述第二内管路23与所述第二外管路27连接；所述第二外管路27基于所述第二抽气口31与所述第二支管路18连接；所述第二支管路18上设有第三电磁阀35。

所述第三外管路28上设有第三抽气口32，所述第三内管路24与所述第三外管路28连接；所述第三外管路28基于所述第三抽气口32与所述第三支管路19连接；所述第三支管路19上设有第四电磁阀36。

所述第四外管路29上设有第四抽气口33，所述第四内管路25与所述第四外管路29连接；所述第四外管路29基于所述第四抽气口33与所述第四支管路20连接；所述第四支管路20上设有第五电磁阀37。

所述第一支管路17、所述第二支管路18、所述第三支管路19和所述第四支管路20均与所述抽气管路21连接。

所述抽气管路21与所述抽气泵15连接；所述抽气管路21上设有第六电磁阀和流量计。

所述抽气泵15与所述过滤器16连接；所述过滤器16对所述抽气泵15传输过来的气体进行过滤，得到过滤气体。所述控制模块14通过抽气泵控制器38控制所述抽气泵15的工作。

所述气体吸收池基于所述过滤气体输出光信号；所述控制器根据所述光信号得到煤自燃特征气体场信息。

进一步地，所述气体吸收池包括激光发射器39、激光光道40、气体储存罐41和激光吸收器42。

所述控制模块14控制所述激光发射器39发射设定波长的激光，所述激光经过所述激光光道40进入所述气体储存罐41。所述激光发射器39为可调谐半导体激光器，所述控制模块14通过改变注入电流改变所述激光发射器39的窄线宽和波长，从而实现对不同的气体进行检测。

所述激光经过所述气体储存罐41内的所述过滤气体，被所述过滤气体吸收得到衰减激光。

所述激光吸收器42吸收所述衰减激光，得到所述衰减激光的光强。

所述控制模块14根据所述激光的光强和所述衰减激光的光强得到所述过滤气体的成分和浓度，进一步基于所述成分和浓度得到所述煤自燃特征气体场信息。

所述装置还包括有存储器43，对所述激光的光强、所述衰减激光的光强、所述温度信号进行存储。

所述气体储存罐41上还设置有排气管道44，以循环进行实验，所述排气管道44上设置有第七电磁阀45。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的装置及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种嵌套式敞开厢体煤自燃参数检测装置，其特征在于，包括：送风模块、升温模块、降温模块、温度采集模块、控制模块和第一厢体；

所述第一厢体用于放置煤样；所述送风模块输出设定风向和设定风速的风流至所述第一厢体内部的煤样；

所述装置还包括第二厢体；

所述降温模块包括液氮罐、液氮管路和若干个液氮喷淋头；

各所述液氮喷淋头等间距设置在所述第二厢体的上端部，所述液氮管路上设有第一电磁阀；

所述第一厢体设置在所述第二厢体的内部；所述液氮罐内的液氮经过所述液氮管路从各所述液氮喷淋头喷出，对所述第二厢体内的空间进行降温；

所述升温模块包括若干个加热棒，各所述加热棒分层等间距设置在所述第一厢体的内表面；

所述降温模块对所述第一厢体及所述第一厢体内部的空间进行降温；

所述温度采集模块包括若干热电偶，各所述热电偶分层等间距设置在所述厢体的内表面；各所述热电偶与各所述加热棒交替分层设置；

所述控制模块控制各所述加热棒的输出温度，并根据各所述热电偶传递的温度信号得到煤自燃温度场信息；

所述装置还包括气体采集模块和气体吸收池；所述气体吸收池包括激光发射器、激光光道、气体储存罐和激光吸收器；

所述气体采集模块包括抽气泵、过滤器以及内层的四排管路和外层的四排管路，分别定义为第一内管路、第二内管路、第三内管路、第四内管路、第一外管路、第二外管路、第三外管路和第四外管路；

所述第一内管路、所述第二内管路、所述第三内管路和所述第四内管路的大小相同，且与所述第一厢体的外表面均相距第一设定距离；所述第一外管路、所述第二外管路、所述第三外管路和所述第四外管路的大小相同，且与所述第一厢体的外表面均相距第二设定距离；所述第二设定距离大于所述第一设定距离；

所述第一内管路、所述第二内管路、所述第三内管路、所述第四内管路、所述第一外管路、所述第二外管路、所述第三外管路和所述第四外管路上均等间距设置有若干个开口；

所述第一内管路、所述第二内管路、所述第三内管路、所述第四内管路、所述第一外管路、所述第二外管路、所述第三外管路和所述第四外管路汇聚后与所述抽气泵连接；

所述气体采集模块还包括第一支管路、第二支管路、第三支管路、第四支管路和抽气管路；

所述第一外管路上设有第一抽气口，所述第一内管路与所述第一外管路连接；所述第一外管路基于所述第一抽气口与所述第一支管路连接；所述第一支管路上设有第二电磁阀；

所述第二外管路上设有第二抽气口，所述第二内管路与所述第二外管路连接；所述第二外管路基于所述第二抽气口与所述第二支管路连接；所述第二支管路上设有第三电磁阀；

所述第三外管路上设有第三抽气口，所述第三内管路与所述第三外管路连接；所述第三外管路基于所述第三抽气口与所述第三支管路连接；所述第三支管路上设有第四电磁阀；

所述第四外管路上设有第四抽气口，所述第四内管路与所述第四外管路连接；所述第四外管路基于所述第四抽气口与所述第四支管路连接；所述第四支管路上设有第五电磁阀；

所述第一支管路、所述第二支管路、所述第三支管路和所述第四支管路均与所述抽气管路连接；

所述抽气管路与所述抽气泵连接；所述抽气管路上设有第六电磁阀和流量计；

所述抽气泵与所述过滤器连接；所述过滤器对所述抽气泵传输过来的气体进行过滤，得到过滤气体；

所述气体吸收池基于所述过滤气体输出光信号；所述控制器根据所述光信号得到煤自燃特征气体场信息。

2.根据权利要求1所述的嵌套式敞开厢体煤自燃参数检测装置，其特征在于，定义所述厢体四个侧面的内表面分别为第一内表面、第二内表面、第三内表面和第四内表面；

所述第一内表面、所述第二内表面、所述第三内表面和所述第四内表面依次连接；

各所述加热棒分四层且等间距设置在所述第一内表面和所述第二内表面；各所述加热棒与所述第一内表面或所述第二内表面垂直设置；

或各所述加热棒分四层且等间距设置在所述第三内表面和所述第四内表面；各所述加热棒与所述第三内表面或所述第四内表面垂直设置。

3.根据权利要求1所述的嵌套式敞开厢体煤自燃参数检测装置，其特征在于，所述控制模块控制所述激光发射器发射设定波长的激光，所述激光经过所述激光光道进入所述气体储存罐；

所述激光经过所述气体储存罐内的所述过滤气体，被所述过滤气体吸收得到衰减激光；

所述激光吸收器吸收所述衰减激光，得到所述衰减激光的光强；

所述控制模块根据所述激光的光强和所述衰减激光的光强得到所述过滤气体的成分和浓度，进一步基于所述成分和浓度得到所述煤自燃特征气体场信息。

4.根据权利要求3所述的嵌套式敞开厢体煤自燃参数检测装置，其特征在于，所述气体储存罐上设置有排气管道，所述排气管道上设置有第七电磁阀。

5.根据权利要求1所述的嵌套式敞开厢体煤自燃参数检测装置，其特征在于，所述送风模块包括风机、输风管路、设置在所述输风管路上的进风管路、出风管路和气压控制换向阀，所述输风管路设置在所述第二厢体的上端部，所述出风管路位于所述输风管路所在平面的下方，所述气压控制换向阀设置在所述出风管路的出口端；所述风机与输风管路连接。