CN115047164A - 一种模拟瓦斯爆炸生成气团理化性质的装置及实验方法 - Google Patents
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Abstract
一种模拟瓦斯爆炸生成气团理化性质的装置及实验方法，能模拟实际瓦斯爆炸后生成的高温气团的物理性质和化学性质，以测定出高温气团对人的致命性来源；本发明所述装置和实验方法可以在实现上述目的的同时得出瓦斯爆炸后的巷道内温度、高温气团随传播距离增大，其所含各种气体成分变化规律；本发明所述爆炸腔体是在技术上创新性地将爆炸腔体的一段设定为开放式腔体，并使用薄膜封口防止气体泄漏，保证爆炸产生的高压冲击不会伤人；实验装置可以根据实际情况自由组装出相应模型，并通过模块化控制对多个监测点数据的连续采集、预处理、存储、显示，提高检测速度和准确性；本发明所述实验装置构造简单，成本较低，操作简便，本质安全并可以重复实验。
Description
技术领域
本发明涉及矿井瓦斯爆炸气团传播研究的领域，尤其涉及一种模拟瓦斯爆炸生成气团理化性质的装置及实验方法。
背景技术
矿井瓦斯爆炸为典型的受限空间爆炸，因其发生地点的特殊性，爆炸场所为深部地层中的矿井而使其不同于常见的开放空间爆炸，一旦井下发生瓦斯爆炸往往会造成大量的人员伤亡，同时也会带来重大财产损失，是制约我国现代化矿井安全生产的重要灾害之一。井下一旦发生瓦斯爆炸事故，有毒有害气团随之在矿井中到处蔓延，导致停产影响生产、直接损害如损毁机电设备设施，引起火灾带来物资煤炭资源损失，人员炸死炸伤、甚至造成更多人员的有毒有害气体中毒死亡，矿井瓦斯爆炸发生后，通常情况下会导致矿井通风系统产生重大变化，矿井系统中会发生风流异常或紊乱，如使某些巷道的风量异常增大或风量降低，若风量降低显然会导致巷道中的瓦斯不能及时而有效地排出，而造成瓦斯积聚，瓦斯爆炸后生成的有毒有害气团是致人死亡的重要原因之一，研究其性质有助于制定瓦斯爆炸后的人员逃生对策，更严重的是，积聚的瓦斯风流进入火燃区必然会引发瓦斯或煤尘的二次爆炸，使瓦斯爆炸致灾危害程度进一步延伸，灾害范围扩大。
发明内容
本发明提供一种模拟瓦斯爆炸生成气团理化性质的装置及实验方法，其构成包括实验管路装置、气体输送装置、甲烷气体浓度测定装置、实验结果储存装置、爆炸主体装置，以及一种模拟瓦斯爆炸生成气团理化性质的装置的实验方法，该方法包括以下步骤：步骤一，搭建实验管路，准备测试装置；步骤二，检验实验装置气密性，调试传感器连接状态；步骤三，测试安装的传感器灵敏度；步骤四，向爆炸腔体中充入不同浓度可燃气体；步骤五，使用电子点火器引爆可燃气体，记录传感器所得数据；步骤六，实验结束后，保存数据，关闭数据收集系统。
模拟瓦斯爆炸的爆炸腔体入口端设有气体储存罐及流量计，流量计监测充入爆炸腔体内气体体积，采用光干涉甲烷测定仪监测爆炸腔体内可燃气体浓度，实现实验所需的可燃气体浓度调节，电子点火器安装在爆炸腔体内，爆炸腔体与耐高温玻璃管通过可以拆卸的橡胶管套相连，玻璃管之中相隔一定距离分别布置CO气体浓度传感器、氧气浓度传感器和温度传感器，各个位置的CO气体浓度传感器与氧气浓度传感器通过信号传输线连接到气体浓度数据采集模块，各个位置的温度传感器通过信号传输线连接到温度数据采集模块，所述气体浓度数据采集模块和温度数据采集模块与数据储存模块相连。
该装置的详细实验方法，包括以下步骤。
步骤一：搭建用于实验的固定支架，首先拼接玻璃管道，将玻璃管道平放在支架上固定，将爆炸腔体管道与玻璃管道连接，连接处通过橡胶管套固定，连接气体储存罐，并接入流量计，之后将光干涉甲烷测定仪连接到爆炸腔体的入口和出口上，入口处接口采用双头分叉接口设计，可连接两条橡胶软管，分别连接流量计出口端与光干涉瓦斯测定仪入口端；出口暂时不连接软管，在玻璃管道内铺设若干组气体浓度传感器与温度传感器，将气体浓度传感器与气体浓度数据采集模块进行连接，将温度传感器与温度数据采集模块进行连接，再将温度数据采集模块、气体浓度数据采集模块与数据储存模块连接，且将数据采集模块接通电源，最后将数据储存模块中接通电源，运行电脑中的软件的数据采集程序设置数据记录时间间隔；
步骤二：在管路拼装完成之后，通过观察电脑中的基于软件开发的数据采集程序的数据采集控制界面，检验气体浓度传感器与气体浓度数据采集模块连接是否正常，检验温度传感器与温度数据采集模块连接是否正常；若通信状态指示处显示‘失败’，检查线路连接情况，若通信状态指示处显示‘成功’，则说明线路连接正常；同时检验装置气密性，在所有连接口位置涂抹肥皂水，若无气泡产生，则说明气密性良好；
步骤三：所述步骤二调试实验装置时，检查气体浓度传感器和温度传感器线路接触情况，观察测出的数据是否稳定，检测温度传感器的灵敏程度，待稳定后检测气体浓度传感器的灵敏程度；
步骤四：打开气体储存罐，根据需要事先计算充入的气体体积，向爆炸腔体中缓缓充入可燃气体，缓慢充入一段时间后停止充气，断开气体储存罐的连接，通过流量计计算充入气体质量，达到所需要的气体质量后关闭爆炸腔体阀门，打开光干涉甲烷测定仪监测甲烷浓度；同时检验装置气密性，在所有连接口位置涂抹肥皂水，若无气泡产生，则说明气密性良好；
步骤五：待各项数据稳定之后，启动电子点火器，引爆爆炸腔体内可燃气体，产生的气体流通过与爆炸腔体相连接的玻璃管道传播，通过玻璃管道内的气体浓度传感器和温度传感器测得实验数据变化；
步骤六：实验数据测量趋于稳定后，玻璃管道内气体自然疏散，温度降到和初始情况一致时，保存数据，关闭传感器记录装置，并根据需要设计多组实验。
附图说明
图1为一种模拟瓦斯爆炸生成气团理化性质的装置的示意图；
图2为带有氧气浓度传感器、CO气体浓度传感器和温度传感器的巷道剖面图；
图3为一种模拟瓦斯爆炸生成气团理化性质的装置的实物图；
图1～2中各编号为：1-气体储存罐、2-橡胶软管、3-气体流量计、4-橡胶软管、5-分叉管、6-橡胶软管、7-起爆键、8-电子点火器、9-气体阀门、10-钢材支架、11-光干涉甲烷测定仪、12-橡胶软管、13-气体阀门、14-塑料薄膜、15-橡胶套管、16-氧气浓度传感器、17-温度传感器、18-CO浓度传感器、19-爆炸腔体、20-氧气浓度传感器、21-温度传感器、22-CO浓度传感器、23-氧气浓度传感器、24-温度传感器、25-CO浓度传感器、26-氧气浓度传感器、27-温度传感器、28-CO浓度传感器、29-氧气浓度传感器、30-温度传感器、31-CO浓度传感器、32-氧气浓度传感器、33-温度传感器、34-CO浓度传感器、35-玻璃管道、36-气体浓度数据采集模块、37-温度数据采集模块、38-数据储存模块。
具体实施方式:
下面结合附图对本发明做进一步说明。
如图1～2所示，一种模拟瓦斯爆炸生成气团理化性质的装置及实验方法，实验装置放置于钢材支架(10)上固定，气体储存罐(1)通过橡胶软管(2)连接气体流量计(3)，再通过橡胶软管(4)连接分叉管(5，)通过开合气体储存罐(1)的开关，实现实验需要的可燃气体供给，通过气体流量计(3)的示数实现监控充入气体体积量，分叉管(5)通过橡胶软管(6)连接到光干涉甲烷测定仪(11)入口，橡胶软管(12)连接光干涉甲烷测定仪(11)出口和气体阀门(13)，管路主要由爆炸腔体(19)、塑料薄膜(14)、橡胶管套(15)、玻璃管道(35)拼接而成，在爆炸腔体(19)上安装电子点火器(8)，电子点火器(8)由起爆键(7)控制，在爆炸腔体(19)内布置1个CO气体浓度传感器(18)，1个氧气浓度传感器(16)，在玻璃管道(35)上布置5个CO气体浓度检测点，分别为CO气体浓度传感器(22)、CO气体浓度传感器(25)、CO气体浓度传感器(28)，CO气体浓度传感器(31)，CO气体浓度传感器(34)，用于测试瓦斯爆炸后管道上的CO气体浓度变化，在玻璃管道(35)上布置5个氧气浓度检测点，分别为氧气浓度传感器(20)、氧气浓度传感器(23)、氧气浓度传感器(26)，氧气浓度传感器(29)，氧气浓度传感器(32)，用于测试瓦斯爆炸后管道上的氧气浓度变化，在爆炸腔体(19)左端布置一个温度传感器(17)，测量爆炸点初试温度，在玻璃管道(35)上布置温度传感器(21)、温度传感器(24)、温度传感器(27)、温度传感器(30)、温度传感器(33)测量管道内温度随气体传播的变化规律，准备工作完毕后，打开气体储存罐(1)，通过气体流量计(3)监视充入爆炸腔体(19)内的可燃气体的体积，等待一段时间，待充入气体体积达到所需量后，关闭开关，断开橡胶软管(2)，通过光干涉甲烷测定仪(11)校对爆炸腔体内瓦斯气体浓度，准备结束后，将气体储存罐(1)妥善安置在远离爆炸区域的安全地带，点击起爆键(7)触发电子点火器(8)，引爆爆炸腔体(19)内的可燃气体，爆炸生成的高温气团沿着玻璃管道(35)扩散，直至高温气团自然消散排出，实验环境恢复至初始温度，提取并保存数据，如图2所示气体浓度数据采集模块(36)和温度数据采集模块(37)与数据储存模块(38)相连，所述数据储存模块(38)用于接收数据并储存。
模拟瓦斯爆炸生成气团理化性质的实验方法，包括以下步骤。
步骤一：搭建用于实验的钢材支架(10)，首先拼接爆炸腔体(19)、塑料薄膜(14)、橡胶管套(15)和玻璃管道(35)，将爆炸腔体(19)和玻璃管道平放在支架上固定，将爆炸腔体(19)与玻璃管道(35)连接，连接处通过橡胶管套(15)固定，用橡胶软管(2)连接气体储存罐(1)，并接入气体流量计(3)，之后用橡胶软管(4)连接分叉管(5)，并用橡胶软管(6)连接光干涉甲烷测定仪(11)入口端，用橡胶软管(12)连接光干涉甲烷测定仪(11)出口端与气体阀门(13)，连接起爆键(7)与电子起爆器(8)，在爆炸腔体(19)内布置1个CO气体浓度传感器(18)，在玻璃管道(35)上布置5个CO气体浓度检测点，分别为CO气体浓度传感器(22)、CO气体浓度传感器(25)、CO气体浓度传感器(28)，CO气体浓度传感器(31)，CO气体浓度传感器(34)与气体浓度数据采集模块(36)进行连接，在爆炸腔体(19)内布置1个氧气浓度传感器(16)，在玻璃管道(35)上布置5个氧气浓度检测点，分别为氧气浓度传感器(20)、氧气浓度传感器(23)、氧气浓度传感器(26)，氧气浓度传感器(29)，氧气浓度传感器(32)与气体浓度数据采集模块(36)进行连接，将温度传感器(17)、温度传感器(21)、温度传感器(24)、温度传感器(27)、温度传感器(30)、温度传感器(33)与温度数据采集模块(37)进行连接，在玻璃管道内铺设若干组气体浓度传感器与温度传感器，再将温度数据采集模块(37)、气体浓度数据采集模块(36)与数据储存模块(38)连接，且将数据采集模块(38)接通电源；最后将数据储存模块(38)中的上位机接通电源，运行电脑中的基于软件开发的数据采集程序设置数据记录时间间隔；
步骤二：在爆炸腔体(19)、塑料薄膜(14)、橡胶管套(15)和玻璃管道(35)拼接完成后，通过观察电脑中的基于软件开发的数据采集程序的数据采集控制界面，检验气体浓度数据模块(36)、温度数据采集模块(37)连接是否正常；若通信状态指示处显示‘失败’，检查线路连接情况，若通信状态指示处显示‘成功’，则说明线路连接正常；同时检验装置气密性，在所有连接口位置涂抹肥皂水，若无气泡产生，则说明气密性良好；
步骤三：所述步骤二调试实验装置时，检查氧气浓度传感器(16)、氧气浓度传感器(20)、氧气浓度传感器(23)、氧气浓度传感器(26)，氧气浓度传感器(29)，氧气浓度传感器(32)、CO气体浓度传感器(18)、CO气体浓度传感器(22)、CO气体浓度传感器(25)、CO气体浓度传感器(28)，CO气体浓度传感器(31)，CO气体浓度传感器(34)的线路接触情况，检查温度传感器(17)、温度传感器(21)、温度传感器(24)、温度传感器(27)、温度传感器(30)、温度传感器(33)的线路连接情况，观察测出的数据是否稳定，检测温度传感器的灵敏程度，待稳定后检测气体浓度传感器的灵敏程度；
步骤四：打开气体储存罐(1)，根据需要事先计算充入的气体体积，向爆炸腔体(19)中缓缓充入可燃气体，缓慢充入一段时间后停止充气，断开气体储存罐(1)与爆炸腔体(19)的连接，通过气体流量计(3)计算充入气体质量，达到所需要的气体质量后关闭爆炸腔体(19)阀门，打开光干涉甲烷测定仪(11)监测甲烷浓度；同时检验装置气密性，在所有连接口位置涂抹肥皂水，若无气泡产生，则说明气密性良好；
步骤五：待各项数据稳定之后，点击起爆键(7)启动电子点火器(8)，引爆爆炸腔体(19)内可燃气体，产生的气体流通过与爆炸腔体(19)相连接的玻璃管道(35)传播，通过玻璃管道(35)内的温度数据采集模块(37)和气体浓度数据采集模块(36)测得实验数据变化；
步骤六：实验数据测量趋于稳定后，玻璃管道(19)内气体自然疏散，温度降到和初始情况一致时，保存数据，关闭数据储存模块(38)装置，并根据需要设计多组实验。
Claims (7)
1.一种模拟瓦斯爆炸生成气团理化性质的装置及实验方法，其特征在于：包括实验管路装置、气体输送装置、甲烷气体浓度测定装置、实验结果储存装置、爆炸主体装置；所述的实验管路装置包括多种组合管道搭配，气体输送装置包括多种类型气体可替换的输送装置，甲烷气体浓度测定装置包括光干涉甲烷测定仪及两条辅助用橡胶软管，实验结果储存装置包括温度、CO气体浓度、氧气浓度的数据记录和储存，爆炸主体装置包括爆炸腔体及密封橡胶管套。
2.根据权利要求1所述的一种模拟瓦斯爆炸生成气团理化性质的装置及实验方法，其特征在于，所述管道组合搭配是由若干节耐高温玻璃管通过拼接形成实验管路，拼接处用耐高温密封胶密封，隔温阀门可以隔绝管道与管道之间的温度、气流传播；与管道截面紧密的贴合在一起，需要打开阀门时只需将阀门抽出并用耐高温胶带密封好，从而构成单一管路、系统回路等多种组合管路搭配，管道主体固定在钢结构支架上防止松动。
3.根据权利要求1所述的一种模拟瓦斯爆炸生成气团理化性质的装置及实验方法，其特征在于，所述气体输送装置可根据实验需要更换不同类型的可燃气体，通过压力罐将可燃气体压入爆炸腔体内部，压力罐与气体流量计入口端通过橡胶软管连接，气体流量计负责测量压入气体的体积，从而精确控制参与爆炸的气体质量，气体流量计出口端与爆炸腔体通过橡胶软管连接，橡胶软管连接处使用细线固定。
4.根据权利要求1所述的一种模拟瓦斯爆炸生成气团理化性质的装置及实验方法，其特征在于，所述甲烷气体浓度测定装置由两条橡胶软管和光干涉甲烷测定仪组成，光干涉甲烷测定仪的入口与出口都用橡胶软管连接在爆炸腔体入口端与出口端上，通过挤压软管的方式将爆炸腔体内的可燃气体送入光干涉甲烷测定仪中，实现对爆炸腔体内甲烷浓度的测定，其中光干涉甲烷测定仪可根据需要更换为其他气体浓度测量装置，实现对爆炸腔体内瓦斯浓度实时监测。
5.根据权利要求1所述的一种模拟瓦斯爆炸生成气团理化性质的装置及实验方法，其特征在于，所述实验结果储存装置的测量管道内布置有CO气体浓度传感器、氧气浓度传感器及温度传感器，并且全部连接到对应的气体浓度数据采集模块和温度数据采集模块，两个模块与数据储存模块相连，并连接电脑中的开发软件设置采集数据的时间间隔，采集时间区段，并将采集的数据储存。
6.根据权利要求1所述的一种模拟瓦斯爆炸生成气团理化性质的装置及实验方法，其特征在于，所述爆炸主体装置是一根不锈钢材质的管道，管道壁厚度大于3毫米，爆炸腔体上焊接有两个金属细管作为气体出入口，细管设有气体阀门控制气体进出，爆炸腔体左端采用焊接工艺密封，密封材料与钢管相同，爆炸腔体右端采用开放式设计，爆炸腔体右端套上一个橡胶管套，使用有机薄膜蒙在爆炸腔体右端开口处，并用橡胶管套固定，橡胶管套内直径与爆炸腔体外直径相同，能贴合在爆炸腔体管道上，薄膜尺寸不限，大于爆炸腔体外直径即可。
7.根据权利要求1所述的一种模拟瓦斯爆炸生成气团理化性质的装置及实验方法，其特征在于，包括以下步骤:
步骤一：搭建用于实验的固定支架，首先拼接玻璃管道，将玻璃管道平放在支架上固定，将爆炸腔体管道与玻璃管道连接，连接处通过橡胶管套固定，连接气体储存罐，并接入流量计，之后将光干涉甲烷测定仪连接到爆炸腔体的入口和出口上，入口处接口采用双头分叉接口设计，可连接两条橡胶软管，分别连接流量计出口端与光干涉瓦斯测定仪入口端；出口暂时不连接软管，在玻璃管道内铺设若干组气体浓度传感器与温度传感器，将气体浓度传感器与气体浓度数据采集模块进行连接，将温度传感器与温度数据采集模块进行连接，再将温度数据采集模块、气体浓度数据采集模块与数据储存模块连接，且将数据采集模块接通电源，最后将数据储存模块中接通电源，运行电脑中的软件的数据采集程序设置数据记录时间间隔；
步骤二：在管路拼装完成之后，通过观察电脑中的基于软件开发的数据采集程序的数据采集控制界面，检验气体浓度传感器与气体浓度数据采集模块连接是否正常，检验温度传感器与温度数据采集模块连接是否正常；若通信状态指示处显示‘失败’，检查线路连接情况，若通信状态指示处显示‘成功’，则说明线路连接正常；同时检验装置气密性，在所有连接口位置涂抹肥皂水，若无气泡产生，则说明气密性良好；
步骤三：所述步骤二调试实验装置时，将气体浓度传感器和温度传感器安装到指定的位置，检查气体浓度传感器和温度传感器线路接触情况，观察测出的数据是否稳定，检测温度传感器的灵敏程度，待稳定后检测气体浓度传感器的灵敏程度；
步骤四：打开可燃气体压力罐，根据需要事先计算充入的气体体积，向爆炸腔体中缓缓充入可燃气体，缓慢充入一段时间后停止充气，断开气体储存罐的连接，通过流量计计算充入气体质量，达到所需要的气体质量后关闭爆炸腔体阀门，打开光干涉甲烷测定仪监测甲烷浓度；
步骤五：待各项数据稳定之后，启动电子点火器，引爆爆炸腔体内可燃气体，产生的气体流通过与爆炸腔体相连接的玻璃管道传播，通过玻璃管道内的气体浓度传感器和温度传感器测得实验数据变化；
步骤六：实验数据测量趋于稳定后，玻璃管道内气体自然疏散，温度降到和初始情况一致时，保存数据，关闭传感器记录装置，并根据需要重复实验。
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Country Status (1)
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| CN (1) | CN115047164A (zh) |
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2022
- 2022-05-19 CN CN202210543625.7A patent/CN115047164A/zh active Pending
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| PB01 | Publication | ||
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