一种煤矿井下外因火灾小尺寸模拟实验台的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种煤矿井下外因火灾小尺寸模拟实验台，包括巷道和配套测控系统，所述配套测控系统包括烟气温度采集系统、热损失测量系统、烟气测量报警系统、机械通风排烟系统和烟气流场显示系统，所述的烟气温度采集系统包括安装在巷道内的分布式光纤测温线路和安装在模拟巷道一端开口处的红外热像仪；所述的热损失测量系统包括安装在巷道内的热流传感器；所述的烟气测量报警系统包括安装在巷道内烟气分析仪测点、离子感烟探测报警器等。本发明能够在实验室模拟巷道发生火灾时的情况以及烟气成分、烟气流动规律、温度场变化规律、有毒有害气体浓度变化规律、燃料燃烧时的热损失，发展合适的煤矿巷道检测控制系统。
【专利说明】
一种煤矿井下外因火灾小尺寸模拟实验台
技术领域
[0001]本发明涉及火灾安全技术领域，具体涉及一种煤矿井下外因火灾小尺寸模拟实验台O
【背景技术】
[0002]煤炭作为我国的主体能源，胶带运输是矿井主要的煤炭运输方式之一，是煤矿高效生产的有力保障。煤矿井下外因火灾指外来热源引起的火灾，引起火灾的原因主要有放炮、电火花、电弧、瓦斯煤尘爆炸、机械摩擦等。在矿井巷道外因火灾中，烟气的控制及扑救、温度的控制是人们关心的焦点，因为在煤矿巷道中会产生许多有毒有害气体如瓦斯等，高温易使瓦斯发生爆炸产生更严重的灾害。对煤矿井下外因火灾的烟气成分、烟气流动规律、温度场变化规律、有毒有害气体浓度变化规律，研究煤矿井下外因火灾对于保证煤矿井下安全很有必要。
[0003]由于全尺寸火灾实验需要调动大量的人力物力、经济耗费大、条件难以控制、影响煤矿运营，全尺寸煤矿巷道实验不易开展。开展满足相似性理论的小尺寸实验研究，揭示煤矿巷道火灾的烟气流动规律，是一种较好的选择。同时，小尺寸实验具有易操控性、良好的可再现性以及测量结果的可信度高等优点。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种小尺寸煤矿巷道外因火灾小尺寸模拟实验台，能够在实验室模拟巷道发生火灾时的情况以及烟气成分、烟气流动规律、温度场变化规律、有毒有害气体浓度变化规律、燃料燃烧时的热损失，发展合适的煤矿巷道检测控制系统。
[0005]为实现上述目的，本发明采取的技术方案为:
[0006]—种煤矿井下外因火灾小尺寸模拟实验台，包括巷道和配套测控系统，所述配套测控系统包括烟气温度采集系统、热损失测量系统、烟气测量报警系统、机械通风排烟系统和烟气流场显示系统，所述的烟气温度采集系统包括安装在巷道内的分布式光纤测温线路和安装在模拟巷道一端开口处的红外热像仪;所述分布式光纤测温线路均匀分布在巷道内部偏左一侧位置设置10个测温点每个测温点间隔为lm，分布式光纤测温线路与计算机连接，可将温度变化情况导入计算机中，所述红外热像仪设置在巷道右端靠动力装置的上方；所述的热损失测量系统包括安装在巷道内的热流传感器，所述热流传感器设置在巷道内部中间位置;所述的烟气测量报警系统包括安装在巷道内烟气分析仪测点、电化学气体成分测量探头及与其电信号连接的数据处理装置、离子感烟探测报警器，离子感烟探测报警器的数量为三个，分别设置在巷道左右两个端点及巷道中间位置;所述的机械通风排烟系统包括布置于巷道另一端开口的风机、风量调节叶窗和风速仪，风量调节叶窗设置在风机外侦U，形状为弧形，通过旋转外面的挡壁，来调节风量的大小，巷道中设计排烟风速在0.6-0.8m/s范围，风机调速区间控制在0-0.8m/s之间，风速仪设置在巷道内部左端位置;所述的烟气流场显示系统包括布置于巷道右端的对烟气流场进行记录的尼康D7100摄像机，能实时拍摄烟气流场，更好观察烟气流动规律，巷道的底板下方安装有若干升降支架，巷道的底板上安装有带动力装置的主动滚筒和从动滚筒，所述动力装置为5IK120RGN-CF变频器调节电动机，设置在实验台主体右端，与主动滚筒通过不锈钢链条连接，为滚筒运行提供动力，主动滚筒、从动滚筒之间安装有运输带，运输带下方通过支架安装有若干托辊。
[0007]优选地，所述巷道由一微晶玻璃侧板、一钢结构侧板、底板、巷道框架搭建而成，底板、巷道框架采用角钢搭建，且微晶玻璃侧板与角钢之间采用密封胶密封处理，其耐温可达1000Γ，在满足便于观察巷道内火灾及烟气情况的同时，近似巷道矩形状以保持其几何相似性;底板内设长1m宽0.4m的胶带运输结构。
[0008]优选地，所述巷道内还设有燃料及火源。
[0009]优选地，所述升降支架采用不锈钢材质。
[0010]优选地，所述升降支架可设置_8~°至8~°的不同的倾角进行实验。
[0011]优选地，所述运输带采用胶带，胶带为矿用阻燃胶带DT11-1000/30，所述燃料为设置在胶带右端位置的胶带试样，也可为电缆、电器试样等，所述火源为细小煤块，也可为电弧、电火花等，试样尺寸为0.1mX0.1m,通过强力胶粘贴在运输胶带上，并随胶带运动，通过点燃煤炭块引燃胶带，胶带在燃烧时卷吸空气，产生的浮力作用驱使烟气在实验台内流动，即可较为清晰地模拟火灾烟气在巷道内的蔓延情况。
[0012]优选地，所述实验台的主体结构长11m，其中巷道实验段长10m、宽0.6m、高为0.6m。
实验系统采用分段式设计，以便拆卸、移动与安装，各段连接处采用密封胶连接保证其气密性。
[0013]优选地，所述巷道内运输系统中主动滚筒为不锈钢制成，其直径为0.1m，滚筒宽为0.4m，设置在巷道主体右端与电动机通过不锈钢链条连接，外部连接胶带与从动滚筒协作以引导滚筒上方胶带以一定速度运行;所述从动滚筒为不锈钢制成，其直径为0.2m，滚筒宽0.4m，设置在巷道底板左端，外部连接胶带与主动滚筒协作引导胶带以一定速度运行;所述固定支架由不锈钢制成，固定支架高5cm，固定支架与托棍通过固定螺母连接，所述托棍为不锈钢制成的圆柱体，托辊中心设置中心轴与固定支架通过固定螺母连接，托辊长为0.4m，其直径为0.1m。巷道的形状为矩形，很大程度与实际煤矿巷道形状相似。
[0014]本发明具有以下有益效果:
[0015](I)在模拟巷道外因火灾实验效果方面，实验台在以下几个方面有所创新:巷道的形状采用矩形形状，在最大程度上保持其几何相似性;实验台设计了升降系统，可以进行小角度倾角的调整，和煤矿井下巷道保持相似性;巷道燃料及火源采用燃料为胶带(也可为电缆、电器等)；火源即加热源为细碎的煤炭块(也可为电弧、电火花等)，与巷道内外因火灾燃料、加热源类似，上述创新使其在实验过程中实验结果更加可靠。
[0016](2)在胶带温度场变化模拟实验效果方面，实验台同时采用两种不同的实验装置进行监测，分布式感温光纤可以实现多点实时监测，测量精度高；同时红外热成像仪，直观快捷的的监测胶带燃烧的情况，通过两种监测系统可以非常明确地测出温度的变化规律，达到互相辅助互相证明其结果的可靠性；
[0017](3)在烟气运动模拟实验效果方面，实验台可以完整的模拟真实煤矿巷道内胶带燃烧产生烟气的蔓延和烟气的流动状态，并能通过微晶玻璃清晰地监测到实验过程和现象，同时摄像机能实时拍摄其燃烧过程以及烟气流场；
[0018](4)在火灾热释放速率的模拟实验效果方面，实验台基于实验设备初步分析胶带燃烧热释放速率，再通过测量胶带燃烧前后的参数进行计算；
[0019](5)在实验测量方面热流传感器可以准确测出煤矿巷道胶带燃烧的热损失，为实际煤矿外因火灾小尺寸火灾的热传导的情况提供参考；
[0020](6)在实验测量系统方面，烟气成分测量以及报警系统可以探测到烟气中有毒有害气体的浓度以及及时报警，我们可计算出烟气蔓延速度，这对井下巷道发生火灾的报警系统的设计以及研究有重要意义，烟气流场显示系统等可以对烟气流动参数和烟控效果进行全方位的观测和研究；
[0021](7)在实验成本方面，本小尺寸实验台相比大尺寸的实验台耗费少，可重复性强，操作方便，同时与计算机模拟方法相比准确性高。
[0022]综上所述，本实验装置是专门对煤矿井下外因火灾时胶带热传导、烟气成分、烟气运动、温度变化规律等进行全面系统研究的小尺寸实验台。在前人实验基础上克服了全尺寸实验代价高昂和数值模拟工具不够精确的特点，又保证了实验的可重复性，可以较为精确的测出煤矿巷道胶带发生火灾时的温度、烟气成分及浓度等参数，对于开展实验室科学研究和实际煤矿井下外因火灾的烟气控制、温度控制、火灾的探测与扑救系统模拟测试都有很大的应用价值。对煤矿井下外因火灾的烟气、温度的控制、探测与扑救系统系统设计和测试评价研究具有广阔的应用前景和十分重要的实际指导意义。
【附图说明】
[0023]图1为本发明实施例一种煤矿井下外因火灾小尺寸模拟实验台的主体示意图；
[0024]图2为图1角度改变后的效果图；
[0025]图3为本发明实施例一种煤矿井下外因火灾小尺寸模拟实验台中实验胶带试样分布示意图；
[0026]图4为本发明实施例一种煤矿井下外因火灾小尺寸模拟实验台的横截面示意图；
[0027]图5为本发明实施例一种煤矿井下外因火灾小尺寸模拟实验台中胶带运输支撑结构示意图。
[0028]图中:1-电机;2-主动滚筒;3-运输带;4-支架;5-托辊;6_从动滚筒;7_风机;8_风速表;9-升降支架；10-分布式光纤测温线路;11-实验主体框架；12-离子感烟探测器；13-热流传感器；14-烟气分析仪；15-红外热像仪；16-计算机;a2-胶带试样;bl-钢结构侧板;b2~微晶玻璃侧板;c2-托棍转动部件;c3-托棍中心轴;c5-固定螺母。
【具体实施方式】
[0029]为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0030]如图1-图5所示，本发明实施例提供了一种煤矿井下外因火灾小尺寸模拟实验台，包括巷道11和配套测控系统，所述配套测控系统包括烟气温度采集系统、热损失测量系统、烟气测量报警系统、机械通风排烟系统和烟气流场显示系统，所述的烟气温度采集系统包括安装在巷道11内的分布式光纤测温线路10和安装在模拟巷道11一端开口处的红外热像仪15;所述分布式光纤测温线路10均匀分布在巷道内部偏左一侧位置设置10个测温点每个测温点间隔为lm，分布式光纤测温线路10与计算机16连接，可将温度变化情况导入计算机中，所述红外热像仪设置在巷道右端靠动力装置的上方;所述的热损失测量系统包括安装在巷道11内的热流传感器13，所述热流传感器设置在巷道内部中间位置;所述的烟气测量报警系统包括安装在巷道11内烟气分析仪测点14、电化学气体成分测量探头及与其电信号连接的数据处理装置、离子感烟探测报警器12，离子感烟探测报警器12的数量为三个，分别设置在巷道左右两个端点及巷道中间位置;所述的机械通风排烟系统包括布置于巷道11另一端开口的CYUF-315型轴流风机7、风量调节叶窗和风速仪8，风量调节叶窗设置在风机外侦U，形状为弧形，通过旋转外面的挡壁，来调节风量的大小，巷道中设计排烟风速在0.6-0.8m/s范围，风机调速区间控制在0-0.8m/s之间，风速仪设置在巷道内部左端位置;所述的烟气流场显示系统包括布置于巷道右端的对烟气流场进行记录的尼康D7100摄像机，能实时拍摄烟气流场，更好观察烟气流动规律，巷道11的底板下方安装有若干升降支架9，巷道11的底板上安装有带动力装置1的主动滚筒2和从动滚筒6，所述动力装置1为511(1201^^-〇？变频器调节电动机，设置在实验台主体右端，与主动滚筒通过不锈钢链条连接，为滚筒运行提供动力，主动滚筒2、从动滚筒6之间安装有运输带3，运输带3下方通过支架4安装有若干托棍5。
[0031]所述巷道11由一微晶玻璃侧板b2、一钢结构侧板bl、底板、巷道框架搭建而成，底板、巷道框架采用角钢搭建，且微晶玻璃侧板与角钢之间采用密封胶密封处理，其耐温可达1000Γ，在满足便于观察巷道内火灾及烟气情况的同时，近似巷道矩形状以保持其几何相似性;底板内设长1m宽0.4m的胶带运输结构。
[0032]所述巷道11内还设有燃料及火源。
[0033]所述升降支架9采用不锈钢材质。
[0034]所述升降支架9可设置_8~°至8~°的不同的倾角进行实验。
[0035]所述运输带采用胶带，胶带为矿用阻燃胶带DT11-1000/30，所述燃料为设置在胶带右端位置的胶带试样a2，也可为电缆、电器试样等，所述火源为细小煤块，也可为电弧、电火花等，试样尺寸为0.1mX0.lm，通过强力胶粘贴在运输胶带上，并随胶带运动，通过点燃煤炭块引燃胶带，胶带在燃烧时卷吸空气，产生的浮力作用驱使烟气在实验台内流动，即可较为清晰地模拟火灾烟气在巷道内的蔓延情况。
[0036]所述实验台的主体结构长11m，其中巷道实验段长10m、宽0.6m、高为0.6m。实验系统采用分段式设计，以便拆卸、移动与安装，各段连接处采用密封胶连接保证其气密性。
[0037]本具体实施使用时包括如下步骤:
[0038]S1、实验进行前先将各类材料如:细小煤块、电子秤、酒精灯、以及记录数据的纸笔等准备齐全，将胶带先计量秤重后安装在运输装置上，从而通过动力装置带动主动滚筒转动，带动运输带3运载燃料以一定速度在巷道内运行，测量运输过程中的燃料燃烧情况；
[0039]S2、将光纤测温线路10、离子感烟探测器12、热流传感器13、烟气分析仪测点14、红外热像仪15安装在指定位置，从而可以准确测出燃料燃烧时的温度变化情况、热损失情况、以及烟气成分浓度等情况，对煤矿井下外因火灾的烟气、温度的控制、探测与扑救系统系统设计和测试评价研究具有广阔的应用前景和十分重要的实际指导意义；
[0040]S3、然后根据实验情况调整9升降支架调整好实验倾角，将用酒精灯引燃的煤块放入胶带3上的胶带试样中，点燃胶带试样，当细小煤块把胶带引燃后，打开各类探测器开始检测各类数据，同时打开动力装置I，让运输带3以一定的速度运行；
[0041]S4、根据实验情况可考虑是否需要打开机械通风排烟装置，打开风机和不打开风机两种情况可以对比得出风机对井下排烟控烟的作用，开始模拟井下巷道的火灾情况；
[0042]S4、开始模拟后，通过微晶玻璃侧板b2可以观察巷道内火灾情况以及烟气流动情况，同时要准确记录离子感烟探测器12报警的时间、烟气分析仪14测出的烟气成分以及其浓度、分布式光纤测温线路10以及红外成像仪15测出温度实时变化情况、风机7所对应的风速及风量、在实验开始和胶带运行到巷道中点以及末端时对其拍照记录；当胶带运行到巷道另一侧时切换动力装置使胶带逆向以相同速度运转回到出发点，完成一次完整的实验；
[0043]S5、实验结束后，关闭电动机、各类探测器，将胶带卸载下来，重新称量胶带的质量并记录。
[0044]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种煤矿井下外因火灾小尺寸模拟实验台，其特征在于，包括巷道(11)和配套测控系统，所述配套测控系统包括烟气温度采集系统、热损失测量系统、烟气测量报警系统、机械通风排烟系统和烟气流场显示系统，所述的烟气温度采集系统包括安装在巷道(11)内的分布式光纤测温线路(10)和安装在模拟巷道(11) 一端开口处的红外热像仪(15);所述分布式光纤测温线路(10)均匀分布在巷道内部偏左一侧位置设置10个测温点每个测温点间隔为lm，分布式光纤测温线路(10)与计算机连接，可将温度变化情况导入计算机中，所述红外热像仪设置在巷道右端靠动力装置的上方;所述的热损失测量系统包括安装在巷道(11)内的热流传感器(13)，所述热流传感器设置在巷道内部中间位置;所述的烟气测量报警系统包括安装在巷道(II)内烟气分析仪测点(14)、电化学气体成分测量探头及与其电信号连接的数据处理装置、离子感烟探测报警器(12)，离子感烟探测报警器(12)的数量为三个，分别设置在巷道左右两个端点及巷道中间位置;所述的机械通风排烟系统包括布置于巷道(I I)另一端开口的风机(7)、风量调节叶窗和风速仪(8)，风量调节叶窗设置在风机外侧，形状为弧形，通过旋转外面的挡壁，来调节风量的大小，巷道中设计排烟风速在0.6-0.8m/s范围，风机调速区间控制在0-0.8m/s之间，风速仪设置在巷道内部左端位置;所述的烟气流场显示系统包括布置于巷道右端的对烟气流场进行记录的尼康D7100摄像机;巷道(I I)的底板下方安装有若干升降支架(9)，巷道(11)的底板上安装有带动力装置(I)的主动滚筒(2)和从动滚筒(6)，所述动力装置(I)为5IKl20RGN-CF变频器调节电动机，主动滚筒(2)、从动滚筒(6)之间安装有运输带(3)，运输带(3)下方通过支架(4)安装有若干托棍(5)。2.根据权利要求1所述的一种煤矿井下外因火灾小尺寸模拟实验台，其特征在于，所述巷道(11)由一微晶玻璃侧板(b2)、一钢结构侧板(bl)、底板、巷道框架搭建而成，底板、巷道框架采用角钢搭建，且微晶玻璃侧板与角钢之间采用密封胶密封处理。3.根据权利要求1所述的一种煤矿井下外因火灾小尺寸模拟实验台，其特征在于，所述巷道(11)内还设有燃料及火源。4.根据权利要求1所述的一种煤矿井下外因火灾小尺寸模拟实验台，其特征在于，所述升降支架(9)采用不锈钢材质。5.根据权利要求1所述的一种煤矿井下外因火灾小尺寸模拟实验台，其特征在于，所述升降支架(9)可设置_8~°至8~°的不同的倾角进行实验。6.根据权利要求1所述的一种煤矿井下外因火灾小尺寸模拟实验台，其特征在于，所述运输带采用胶带，胶带为矿用阻燃胶带，所述燃料为设置在胶带右端位置的胶带试样，所述火源为细小煤块;试样尺寸为0.1mX0.1m,通过强力胶粘贴在运输带上，并随胶带运动。
【文档编号】G09B25/00GK105894936SQ201610379636
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年5月30日
【发明人】马砺, 刘晗, 罗振敏, 李珍宝, 刘长春, 张李荣
【申请人】西安科技大学