CN207600914U - 一种针对冲击破碎效应对煤体产生co进行测试的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种针对冲击破碎效应对煤体产生CO进行测试的装置，所述装置包括加压旋转系统、进出气系统、多组分气体测量系统和温湿度控制预测量系统，加压旋转系统包括冲击部件、伸缩旋转杆和液压控制器；冲击部件连接至伸缩旋转杆，该伸缩旋转杆与所述液压控制器控制连接；进出气系统包括进气口、出气口和氮气瓶；进气口设置于所述煤样室的外侧，并依此连接有流量计、控制阀和氮气瓶；多组分气体测量系统包括色谱分析仪，该色谱分析仪与所述进出气系统的出气口连通；温湿度控制预测量系统包括雾化喷头、进水口、水箱和温度控制仪。上述装置能分析不同条件下冲击破碎效应对煤体产生CO的不同作用，提高煤自燃早期预报的准确性。

Description

一种针对冲击破碎效应对煤体产生CO进行测试的装置

技术领域

本实用新型涉及矿山设备技术领域，尤其涉及一种针对冲击破碎效应对煤体产生CO进行测试的装置。

背景技术

目前，煤层自燃火灾是矿井主要灾害之一，煤自燃防治是煤矿安全一项重要工作，煤自燃防治的关键在于早期预报，目前CO含量是煤自燃早期预报中最常用的指标，现场实践表明，除了煤自燃产生CO以外，常温环境下CO也存在，这严重制约了煤自燃科学准确预测预报。

通过研究发现，采煤机在进行循环割煤时，滚筒上的截齿会与煤体发生剧烈冲击破碎作用，该过程中会产生CO，这是由于煤的强烈冲击破碎可产生非氧化CO，煤被强烈冲击破碎时，煤结构中含氧官能团可被机械地激活并分解，产生CO，非氧化CO的出现，也给煤自燃早期预报带来了不确定性，但是现有技术中还没有一种专门的实验方法来探究冲击破碎效应对煤体产生CO的影响，某些尝试性的测试手段不确定性大、重复性低、效果差，因此有必要开发研究冲击破碎效应对煤体产生CO的影响。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种针对冲击破碎效应对煤体产生CO进行测试的装置，利用该装置能分析不同条件下冲击破碎效应对煤体产生CO的不同作用，探究在不同冲击压力、冲击周期、冲击面积、应力破碎作用、旋转破碎条件和潮湿条件下煤体产生CO的规律。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种针对冲击破碎效应对煤体产生CO进行测试的装置，所述装置包括加压旋转系统、进出气系统、多组分气体测量系统和温湿度控制预测量系统，其中：

所述加压旋转系统包括冲击部件、伸缩旋转杆和液压控制器，通过驱动冲击部件对待测试煤样进行冲击加压和旋转破碎；

所述冲击部件连接至伸缩旋转杆，该伸缩旋转杆与所述液压控制器控制连接，并能在所述液压控制器的控制下上下伸缩和旋转，对待测试煤样施加冲击压力或以一定速度旋转施压；

所述进出气系统包括进气口、出气口和氮气瓶，通过氮气瓶和进气口向煤样室内注入氮气，并通过出气口将煤样室内气体导入色谱分析仪进行分析；

所述进气口设置于所述煤样室的外侧，并依此连接有流量计、控制阀和氮气瓶；

所述多组分气体测量系统包括色谱分析仪，该色谱分析仪与所述进出气系统的出气口连通；

所述温湿度控制预测量系统包括雾化喷头、进水口、水箱和温度控制仪，所述雾化喷头位于所述煤样室内部，将水雾化后喷洒在待测试煤样的上表面，该雾化喷头依此连接有进水口和水箱；所述温度控制仪位于所述煤样室的外侧。

所述装置还包括密封气囊，所述密封气囊能伸缩，包裹整个煤样室。

所述装置还包括支撑架和底座，其中：

所述底座位于平面上，并与所述支撑架固定，共同支撑整个装置。

所述冲击部件包括冲击柱或冲击钻，所述冲击钻能边旋转边冲击。

由上述本实用新型提供的技术方案可以看出，上述装置能分析不同条件下冲击破碎效应对煤体产生CO的不同作用，探究在不同冲击压力、冲击周期、冲击面积、应力破碎作用、旋转破碎条件和潮湿条件下煤体产生CO的规律，从而提高煤自燃早期预报的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述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实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本实用新型实施例所提供针对冲击破碎效应对煤体产生CO进行测试的装置整体结构示意图；

图2为本实用新型实施例所提供装置的另一整体结构示意图。

具体实施方式

下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，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，都属于本实用新型的保护范围。

下面将结合附图对本实用新型实施例作进一步地详细描述，如图1所示为本实用新型实施例所提供装置的整体结构示意图，所述装置100主要包括加压旋转系统、进出气系统、多组分气体测量系统和温湿度控制预测量系统，参考图1，各系统具体结构为：

所述加压旋转系统包括冲击部件2、伸缩旋转杆4和液压控制器5，通过驱动冲击部件2对待测试煤样1进行冲击加压和旋转破碎；具体实现中，所述加压旋转系统可根据不同需要设置不同加载压力、冲击频率和旋转速度；且待测试煤样1可取自煤矿井下，用来做冲击破碎实验；

所述冲击部件2连接至伸缩旋转杆4，该伸缩旋转杆4与所述液压控制器5控制连接，并能在所述液压控制器5的控制下上下伸缩和旋转，对待测试煤样1施加冲击压力或以一定速度旋转施压；

所述进出气系统包括进气口7、出气口8和氮气瓶11，通过氮气瓶11和进气口7向煤样室6内注入氮气，并通过出气口8将煤样室6内气体导入色谱分析仪15进行分析；该煤样室6是放置待测试煤样1的地方，内部充满氮气；

所述进气口7设置于所述煤样室6的外侧，并依此连接有流量计9、控制阀10和氮气瓶11，其中：

所述流量计9用来记录氮气瓶11通入煤样室6的气体流量；所述控制阀10用来控制氮气瓶11气体的流通；

所述多组分气体测量系统包括色谱分析仪15，用于接收来自所述煤样室6的气体，并检测其中的CO浓度，该色谱分析仪15与所述进出气系统的出气口8连通；

所述温湿度控制预测量系统包括雾化喷头12、进水口13、水箱14和温度控制仪16，用来对所述煤样室6内的温度进行调控并实时显示，并通过雾化喷头12对所述煤样室6进行湿度控制；

所述雾化喷头12位于所述煤样室6内部，用来将水雾化后喷洒在待测试煤样1的上表面，该雾化喷头12依此连接有进水口13和水箱14；

所述温度控制仪16位于所述煤样室6的外侧，用于对所述煤样室6内的温度进行调控。

另外，所述装置100还可包括密封气囊3，所述密封气囊3能伸缩，包裹整个煤样室6，用来对整个煤样室6进行密封，以保证所述煤样室6与外界气体完全隔离。该密封气囊可以保证在冲击柱在冲击过程中引起煤样室内气体剧烈流动时，煤样室内不会发生剧烈压力变化。

所述装置100还可包括支撑架17和底座18，其中：

所述底座18位于平面上，并与所述支撑架17固定，共同支撑整个装置100。

具体实现中，上述冲击部件2可包括冲击柱或冲击钻，分别用来对煤样施加冲击作用或冲击破碎作用，如图1中的冲击部件2为冲击柱，如图2所示为本实用新型实施例所提供装置的另一结构示意图，该图2中的冲击部件2为冲击钻，该冲击钻能边旋转边冲击。

基于上述装置，该装置的具体测试过程包括：

步骤1、采用低温钻孔取样法取得待测试煤样，并将所述煤样放入密闭样品罐中；

在该步骤中，可以在工作面或煤层巷道打钻孔采取煤样，通过对取心管和取心钻头进行降温，可以减慢CO的放散速度，同时在此过程中不断注水，保证取样环境的湿润，尽可能使煤样内的CO保持原来状态，通过这种方法定点取得煤样，并装入已检查气密性的全程一体式密闭样品罐中。具体的，还可以通过液氮法对取样管进行降温，保证在低温环境下取得待测试煤样。

这里可根据需要取得多组煤样，例如可以同样的方法取9个煤样，其中7个煤样大小相同，均为直径50mm、高度为100mm的煤样；1个直径为25mm，高度为100mm的煤样；1个为直径100mm，高度为100mm的煤样，所有煤样均取自同一煤层，水平相距1米。

步骤2、将所述密闭样品罐中的煤样迅速取出，放入煤样室并用密封气囊密封；

在该步骤中，将煤样从密闭样品罐中取出到转入煤样室并密封，此过程需要快速完成，避免煤样长时间在空气中暴露而发生低温氧化，因此该过程要在10秒内完成。

步骤3、然后采用常压冲氮解吸法，向所述煤样室中快速冲入氮气，将所述煤样室内原有的空气及CO全部吹出；

在该步骤中，为了保证在开始冲击实验之前煤样室内的CO已经全部排出，需要用氮气置换，具体是将氮气瓶中的氮气通过进气口通入煤样室内，通过控制阀来控制氮气通入速度，可以设置通入速度为0.5m³/s，流量计显示通入氮气的体积，持续通入10秒，并通过色谱分析仪检测CO浓度，如果无法检测到气体中含有CO气体，则停止通入氮气；否则，一直通入氮气，直到无法检测到气体中含有CO气体为止。

步骤4、设置空白对照实验和不同的实验变量，在不同的实验变量下对所述煤样进行冲击实验，并收集相应的实验数据；

这里，所设置的不同的实验变量可以包括：冲击强度、冲击周期、冲击面积、破碎作用、破碎切割作用以及环境水分。

在具体实现过程中，可以设置不同的实验组，每组实验均采用相同条件下获得的煤样，以减少不同煤样条件对对比实验造成的误差，具体来说：

1)空白对照组0，在所设置的空白对照实验条件下，所述煤样在氧气浓度为0、环境温度20℃、没有冲击作用下进行实验，然后采用常压冲氮解析法实现脱气，获得所述煤样从放入煤样室之后所释放的全部CO量。

2)实验组1，在所设置的冲击强度实验条件下，所述煤样在氧气浓度为0、环境温度20℃、冲击周期和冲击煤样面积不变的条件下，改变不同的冲击强度，对煤样进行冲击实验，然后采用常压冲氮解析法实现脱气，获得所述煤样从放入煤样室之后所释放的全部CO量，并记录数据；

举例来所，可以运用控制变量法，在氧气浓度为0、环境温度20℃、冲击周期为5s，一共10次的条件下进行实验，来探究不同冲击强度对CO生成的影响；在该实验组1中，作为实验变量，冲击强度可以设置为每平米2MJ/m²、20MJ/m²、200MJ/m²、2000MJ/m²等不同条件。

3)实验组2，在所设置的冲击周期实验条件下，所述煤样在氧气浓度为0、环境温度20℃、冲击强度不变的条件下，改变不同的冲击周期，对煤样进行冲击实验，然后采用常压冲氮解析法实现脱气，获得所述煤样从放入煤样室之后所释放的全部CO量；

举例来说，可以运用控制变量法，在氧气浓度为0、环境温度20℃、冲击强度为200MJ/m²的条件下进行实验，来探究不同冲击周期对CO生成的影响；在该实验组2中，作为实验变量，冲击周期设置为2S、5S、10S、15S等不同条件，共冲击10次。

4)实验组3，在所设置的冲击面积实验条件下，所述煤样在氧气浓度为0、环境温度20℃、冲击强度、周期不变的条件下，更换不同冲击面积的煤样，对煤样进行冲击实验，然后采用常压冲氮解析法实现脱气，获得所述煤样从放入煤样室之后所释放的全部CO量；

举例来说，可以运用控制变量法，在氧气浓度为0、环境温度20℃、冲击强度200MJ/m²和冲击周期5s的条件下进行实验，来探究不同冲击面积对CO生成的影响；在该实验组3中，作为实验变量，煤样冲击面的直径设置为25mm、50mm、100mm。

5)实验组4，在所设置的破碎作用实验条件下，所述煤样在氧气浓度为0、环境温度20℃、冲击强度、周期不变的条件下，将冲击柱换成冲击钻头，钻头冲击过程中不旋转，对煤样进行冲击实验，然后采用常压冲氮解析法实现脱气，获得所述煤样从放入煤样室之后所释放的全部CO量；

举例来说，可以运用控制变量法，将冲击柱换成冲击钻头，将对煤样的冲击作用改为破碎作用，从而探究破碎作用对煤样产生CO的影响。

6)实验组5，在所设置的破碎切割作用实验条件下，所述煤样在氧气浓度为0、环境温度20℃、冲击强度、周期不变的条件下，将冲击柱换成冲击钻头，钻头冲击过程中以一定角速度旋转，例如可以60r/min转速旋转，对煤样进行冲击实验，然后采用常压冲氮解析法实现脱气，获得所述煤样从放入煤样室之后所释放的全部CO量；

举例来说，可以运用控制变量法，其他变量不变，在冲击过程中增加冲击钻头的旋转，来达到加速破碎的作用，以此探究破碎切割作用对煤样产生CO的影响。

7)实验组6，在所设置的环境水分以及破碎切割作用实验条件下，所述煤样在氧气浓度为0、环境温度20℃、冲击强度、周期不变的条件下，将冲击柱换成冲击钻头，钻头冲击过程中以一定角速度旋转，并在冲击的同时对煤样进行水喷雾，在该条件下对煤样进行冲击实验，然后采用常压冲氮解析法实现脱气，获得所述煤样从放入煤样室之后所释放的全部CO量。

举例来说，可以运用控制变量法，其他变量不变，在冲击过程中，将水箱中的水通过进水口以及喷头的雾化作用，喷洒到煤样上，使煤样在湿润的环境下进行破碎作用，以此探究环境水分在破碎切割作用中对煤样产生CO的影响。

步骤5、将上述空白对照试验以及不同实验变量条件下所获得的实验数据进行对比分析，探究在不同的实验变量下冲击破碎效应对煤体CO生成的影响。

在该步骤中，可以运用控制变量分析法，将所获得的实验数据制作成对照表进行分析，来探究不同冲击破碎效应对煤体生成CO的影响。

举例来说，可以制作成如下表1的形式：

表1不同试验变量对煤样产生CO的影响

通过控制变量法，分6组实验分别探究冲击强度、冲击周期、冲击面积、破碎作用、破碎切割作用以及环境水分对煤体生成CO的影响；最后通过两两实验结果对比，来分析冲击破碎效应对煤体生成CO的影响。

值得注意的是，本实用新型实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

综上所述，本实用新型实施例所提供的装置能分析不同条件下冲击破碎效应对煤体产生CO的不同作用，探究在不同冲击压力、冲击周期、冲击面积、应力破碎作用、旋转破碎条件和潮湿条件下煤体产生CO的规律，从而提高煤自燃早期预报的准确性。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种针对冲击破碎效应对煤体产生CO进行测试的装置，其特征在于，所述装置包括加压旋转系统、进出气系统、多组分气体测量系统和温湿度控制预测量系统，其中：

所述加压旋转系统包括冲击部件、伸缩旋转杆和液压控制器，通过驱动冲击部件对待测试煤样进行冲击加压和旋转破碎；

所述冲击部件连接至伸缩旋转杆，该伸缩旋转杆与所述液压控制器控制连接，并能在所述液压控制器的控制下上下伸缩和旋转，对待测试煤样施加冲击压力或以一定速度旋转施压；

所述进出气系统包括进气口、出气口和氮气瓶，通过氮气瓶和进气口向煤样室内注入氮气，并通过出气口将煤样室内气体导入色谱分析仪进行分析；

所述进气口设置于所述煤样室的外侧，并依此连接有流量计、控制阀和氮气瓶；

所述多组分气体测量系统包括色谱分析仪，该色谱分析仪与所述进出气系统的出气口连通；

所述温湿度控制预测量系统包括雾化喷头、进水口、水箱和温度控制仪，所述雾化喷头位于所述煤样室内部，将水雾化后喷洒在待测试煤样的上表面，该雾化喷头依此连接有进水口和水箱；所述温度控制仪位于所述煤样室的外侧。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括密封气囊，所述密封气囊能伸缩，包裹整个煤样室。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括支撑架和底座，其中：

所述底座位于平面上，并与所述支撑架固定，共同支撑整个装置。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述冲击部件包括冲击柱或冲击钻，所述冲击钻能边旋转边冲击。