煤自燃防灭火热棒性能测试实验装置制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种煤自燃防灭火热棒性能测试实验装置，包括箱体、热棒、加热系统和测温分析控制系统；加热系统包括温控箱和与温控箱电连接的加热器；测温分析控制系统包括温度巡检仪、控制分析单元和多个测温电阻，测温电阻铠装；加热器、热棒的蒸发段和多个测温电阻均设置在箱体的实验煤样中，各个测温电阻分别保持与热棒的蒸发段不同的距离；多个测温电阻分别与温度巡检仪之间通过信号线相连，每条信号线均用聚四氟乙烯包裹；温度巡检仪用于将测温电阻输出的电阻信号转换成温度信号并将该温度信号传输至控制分析单元。本发明有助于掌握热棒对煤堆自燃防治方面的性能参数，对丰富煤自燃防治技术手段具有重要指导意义。
【专利说明】煤自燃防灭火热棒性能测试实验装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及松散煤岩体自燃的防灭火【技术领域】，尤其涉及一种煤自燃防灭火热棒性能测试实验装置。
【背景技术】
[0002]我国有90%以上的煤层属于自燃或易自燃煤层，80%以上的煤矿存在自然发火危险。据不完全统计，国有重点煤矿积存煤矸石总量达到50亿吨，形成大型矸石山1500多座，占地1.5万公顷，其中有300多座存在自燃危险。这些煤矸石山经常年风吹日晒、雨水冲刷、风化分解，自燃煤矸石山常年烟雾缭绕，向大气释放大量CO、CO2, SO2等气体，污染大气、破坏生态环境，严重的还会引发事故，造成巨大损失。如1975年甘肃上窑矿矸石山爆炸，带着浓烟的炽热的煤矸石喷发高百米，200m范围内温度达500°C，2km范围内的树木都被烧焦，12km2范围内空气被严重污染，烟尘数日不散，造成20人死亡，40余人重伤。煤矸石山自燃严重遏制煤炭企业的可持续发展，随着社会经济的发展和人们环保意识的增强，煤矸石山弓I发的社会环境问题已成为亟待解决的棘手问题。
[0003]现有自燃矸石山常规灭火方法有挖掘熄灭法，该方法适用范围小，工程量相对较大，无法进行大面积剥离灭火；表面覆盖法包裹层易出现裂隙漏气而复燃，需要后期不断维护；干冰灭火、阻燃药剂灭火方法费用高；深层注浆灭火法对技术和工艺要求相对较高。鉴于常规手段的存在的局限性，提出基于热棒技术原理的煤矸石自燃防治新技术，通过热棒具有的温差小、传热量大、等温等特性，将煤矸石山中的热量及时导出，从而破坏蓄热环境，防治煤矸石山自燃。
[0004]然而，目前在煤自燃防治领域并没有对热棒在煤堆中移热降温能力进行研究的实验装置，
【发明内容】
[0005]为了解决【背景技术】中所存在的技术问题，本发明提出了一种结构简单、成本较低并可实现无职守管理的煤自燃防灭火热棒性能测试实验装置，用于测试研究热棒对煤堆内部温度场的分布影响特性、确定热棒的有效降温半径、计算热棒的产冷量以及掌握热棒在煤堆中散热的最优性能参数，为热棒模组间管间距的设计和对煤堆及煤矸石山自燃防治提供依据。
[0006]本发明的技术解决方案是:
[0007]煤自燃防灭火热棒性能测试实验装置，其特殊之处在于:包括箱体、热棒、加热系统和测温分析控制系统；
[0008]热棒包括蒸发段和冷凝段；
[0009]加热系统包括温控箱、向温控箱供电的供电单元和与温控箱电连接的加热器；箱体内装有实验煤样；
[0010]测温分析控制系统包括温度巡检仪、控制分析单元和多个测温电阻，测温电阻铠装；
[0011]所述加热器、热棒的蒸发段和多个测温电阻均设置在箱体的实验煤样中，各个测温电阻分别保持与热棒的蒸发段不同的距离；
[0012]所述多个测温电阻分别与温度巡检仪之间通过信号线相连，每条信号线均用聚四氟乙烯包裹；温度巡检仪用于将测温电阻输出的电阻信号转换成温度信号并将该温度信号传输至控制分析单元。
[0013]基于上述技术方案，本发明还做出以下优化和限定:
[0014]上述温控箱内设置有中间继电器和温度控制器，所述加热器上另单独设置有测温电阻，该测温电阻通过信号线与温度控制器的采集输入端相连，该信号线位于箱体内的部分包裹有聚四氟乙烯；加热器通过中间继电器与供电单元连接，温度控制器的控制输出端与中间继电器相连用于控制中间继电器的通断。
[0015]上述箱体包括内层和外层，内层和外层之间设有保温棉毡。
[0016]上述温度巡检仪转换成的温度信号是通过RS232接口或RS485接口传输至控制分析单元的。
[0017]上述温控箱内还设有均与供电单元相连的通电/断电指示灯、漏电保护器和交流接触器。
[0018]上述箱体为长方体状，箱体的内层和外层均为不锈钢板。
[0019]上述温度巡检仪是32路高精度智能温度巡检仪，与温度巡检仪相连的测温电阻有25-32个，所述每个测温电阻与温度巡检仪之间的接线法采用二线制接线或三线制接线。
[0020]上述热棒是碳钢-水热棒，热棒的冷凝段设有散热翅片，散热翅片为圆形翅片、环状翅片、螺旋翅片、直肋片或针肋，热棒长度为500?15000mm，优选1500mm，热棒的管径为25?150mm,热棒的壁厚为I?10mnin
[0021]上述加热器为平板加热器，箱体包括6个侧壁，加热器通过螺栓固定在箱体的一个侧壁上，加热器的尺寸为600 X 500mm，厚度5mm ;箱体6个侧壁的厚度均为10mm，不锈钢板的厚度均为1mm，箱体内径尺寸为X = 800mm, Y = 600mm, Z = 500mm。
[0022]本发明具有以下技术效果:
[0023]1、利用热棒独特的传热性能，采用耐高温保温材料构建防治煤自燃的热棒性能测试实验装置，模拟热棒主动降温条件下的煤堆升温过程，采用测温电阻采集温度信号，精度高，反应速度快，实现了无职守管理自动在线检测的煤自燃防灭火热棒性能测试实验系统；
[0024]2、本发明结构简单，操作更加简单、方便；
[0025]3、本发明温度控制也从现有的人工设定，改为温度自动巡检和人工设定，使升温过程温度的控制更加精确。通过本发明对热棒主动降温条件下的煤堆温度场进行研究，建立热棒对煤堆降温的模型，可为煤堆和煤矸石山自燃的防治提供较好的指导，丰富我国现在有煤自燃防灭火技术手段。
[0026]4、本发明有助于掌握热棒对煤堆自燃防治方面的性能参数，对丰富煤自燃防治技术手段具有重要指导意义。【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1是本发明煤自燃防灭火热棒性能测试实验装置结构示意图；
[0028]图2是图1的A-A向视图；
[0029]图3是图1中B处的局部放大图；
[0030]附图标记:
[0031]1-温控箱；2_平板加热器；3-热棒；4_外层；5-保温棉租；6-测温电阻；7-温度巡检仪；8_控制分析单元；9_通电/断电指示灯；10-启动按钮；11-RS232接口 ；12_预留孔；13_螺栓；14-供电单元；15-温度控制器；16_中间继电器，17-内层。
【具体实施方式】
[0032]本发明提供了一种煤自燃防灭火热棒性能测试实验装置，如图1，包括箱体、热棒3、加热系统和测温分析控制系统；
[0033]加热系统包括温控箱1、向温控箱供电的供电单元14和与温控箱电连接的加热器，加热器可以采用平板加热器2，温控箱用以控制加热器的温度；箱体内装有实验煤样；
[0034]热棒包括蒸发段和冷凝段；热棒可以采用碳钢-水热棒，热棒工作温度在O?300°C之间。热棒的冷凝段设有散热翅片，散热翅片为圆形翅片、环状翅片、螺旋翅片、直肋片或针肋，可以通过高频电阻将螺旋翅片焊接在冷凝段，热棒长度为500?15000_，优选1500mm,热棒的管径为25?150mm,热棒的壁厚为I?10mm。热棒管径选用DN20- φ 25mm
和DN32- φ 42mm的无缝钢管，厚度3mm，内部冲入含缓蚀剂的蒸馏水；热棒冷凝段加翅片管长度为700mm(内部按标准进行化学和工艺处理)；翅片高度11.17mm，厚度0.54mm，翅片间距4.03mm ;翅片外圆表面平整，无开口 ；热棒外表面应严格处理，具有良好的反射、辐射及防腐性能；热棒力学强度:屈服强度> 290MPa，抗拉强度> 480MPa，伸长率> 23%，抗弯截面模量:> 30441mm3。根据不同实验条件，选用不同规格热棒。
[0035]测温分析控制系统包括温度巡检仪7、控制分析单元8和多个测温电阻6，测温电阻铠装；
[0036]加热器、热棒的蒸发段和多个测温电阻均设置在箱体的实验煤样中，各个测温电阻分别保持与热棒的蒸发段不同的距离；多个测温电阻分别与温度巡检仪之间通过信号线相连，每个测温电阻与温度巡检仪之间的接线法采用二线制接线或三线制接线，每条信号线均用聚四氟乙烯包裹；温度巡检仪用于将测温电阻输出的电阻信号转换成温度信号并将该温度信号传输至控制分析单元。
[0037]控制分析单元是用于存储接收到的温度信号的控制分析单元。
[0038]其中，温控箱内设有启动按钮10、中间继电器16和温度控制器15，加热器上另单独设置有测温电阻，该测温电阻通过信号线与温度控制器的采集输入端相连，该信号线位于箱体内的部分包裹有聚四氟乙烯，可耐温200摄氏度；加热器通过中间继电器与供电单元连接，温度控制器的控制输出端与中间继电器相连用于控制中间继电器的通断，进而达到控制加热器温度的目的。
[0039]为了保证保温效果，箱体上设有箱盖，箱体包括内层17和外层4，箱体厚度为IOmm,内层和外层之间可设有保温棉毡5 (如耐高温保温棉)，本发明的保温棉毡具有导热率低、热容量低、优良的热稳定性及抗热震性，隔热、防火等功能。箱体的形状可以采用长方体状，可通过焊接方式制成，箱体的内层和外层均可采用Imm厚不锈钢板。箱体内径尺寸为X = 800mm, Y = 600mm, Z = 500mm,内腔总体积0.24m3,大约装煤240kg。箱体包括6个侧壁，箱体一个侧壁上有四个直径为5_的预留孔12，用以固定加热器。箱体具有如下特点:I)外观质量:表面平整，无妨碍实用的伤痕、污迹破损；2)燃烧性能:A级不燃；3)耐温性:800度以内；4)氧指数:0 ；5)容量:≤0.24m3 ；6)机械强度大，装煤后不会鼓帮；7)保温性好。
[0040]温度巡检仪转换成的温度信号可以通过RS232接口 11或RS485接口传输至控制分析单元进行存储和处理，控制分析单元可以为远程计算机。
[0041]温度巡检仪可以采用32路高精度智能温度巡检仪，具体可以采用32路XSLC09高精度智能温度巡检仪，与温 度巡检仪相连的测温电阻有25-32个。
[0042]温控箱内还设有均与供电单元相连的通电/断电指示灯9、漏电保护器和交流接触器，通电/断电指示灯用于显示加热器的工作状态。
[0043]如图2和图3，加热器通过螺栓13固定在设有预留孔12的箱体侧壁上，加热器的尺寸为600 X 500mm,厚度5mm ;箱体6个侧壁的厚度均为IOmm,不锈钢板的厚度均为1mm,箱体内径尺寸为 X = 800mm, Y = 600mm, Z = 500mm。
[0044]当按下温度控制箱的启动按钮10，接通供电单元，平板加热器开始工作，设置在加热器上的测温电阻，把采集到平板加热器上的温度信号传送至温度控制器中，若温度超过设置温度时，中间继电器自动断开，平板加热器停止工作，维持一定温度，当平板加热器上温度低于所设温度时，中间继电器自动接通，平板加热器又开始工作。以此来控制平板加热器维持恒定的加热温度。
[0045]本发明的平板加热器具有升温快、发热均匀、导热性能好、使用寿命长等特点。考虑到散热和损耗等其他原因，装置中选用功率为1500?，其表面负荷可达到3~4W/cm2的平板加热器。尺寸为600 X 500mm,厚度5mm,可对试验箱中煤样进行一维单向加热。
[0046]本发明的测温电阻选用型号WZP-020的热电阻(PtlOO)，精度A级，测温范围-50°C~250°C，约30个点，可以采用三线制接线，长度1.5m，线径6mm。
[0047]本发明的控制分析单元包括在线温度检测软件，可通过计算机串行口采集仪表测量数据并实时显示、存储，对存储数据进行曲线分析、曲线打印、趋势浏览、报表生成、报表编辑、报表打印、转化生成TXT/EXCEL文件等。
[0048]本发明的控制分析单元采用远程计算机时，远程计算机的配置为Intel赛扬双核处理器，CPU频率2GHz，500G硬盘，2G内存，操作系统选用Windows7版本，用于实时在线监控与数据处理与存储。
[0049]当使用本发明时，可以有以下操作步骤:
[0050]I】将实验煤样装入到箱体中，然后再箱体内按照一定尺寸埋设测温电阻，箱体上表面敷设耐高温棉毡，将实验煤体和空气进行隔绝，测量记录测温电阻在煤堆中的位置、距离等数据；
[0051]2】将热棒与平板加热器距离一定距离，安装进煤体，蒸发段置于煤体中，冷凝段置于空气中，测量记录热棒与平板加热器距离数据、热棒蒸发段埋入煤体的尺寸数据；
[0052]3】操作温控箱，通过温控仪表设定恒定的加热温度，控制平板加热器的加热温度，对实验煤体温度进行加热，记录加热测试时间，观测试验过程数据运行情况；
[0053]4】采集升温过程温度各测点升温数据，处理分析；[0054]上述步骤2】中撤掉热棒，在其他条件相同情况下，对实验煤样进行自然升温，对比有热棒时与无热棒时，两次升温煤堆升温曲线；建立相关热棒对煤堆移热降温的数学模型，并建立相关热棒对煤堆移热降温模型，指导煤堆和煤矸石山的自燃防灭火工程。
【权利要求】
1.煤自燃防灭火热棒性能测试实验装置，其特征在于:包括箱体、热棒、加热系统和测温分析控制系统； 热棒包括蒸发段和冷凝段； 加热系统包括温控箱、向温控箱供电的供电单元和与温控箱电连接的加热器；箱体内装有实验煤样； 测温分析控制系统包括温度巡检仪、控制分析单元和多个测温电阻，测温电阻铠装； 所述加热器、热棒的蒸发段和多个测温电阻均设置在箱体的实验煤样中，各个测温电阻分别保持与热棒的蒸发段不同的距离； 所述多个测温电阻分别与温度巡检仪之间通过信号线相连，每条信号线均用聚四氟乙烯包裹；温度巡检仪用于将测温电阻输出的电阻信号转换成温度信号并将该温度信号传输至控制分析单元。
2.根据权利要求1所述的煤自燃防灭火热棒性能测试实验装置，其特征在于: 所述温控箱内设置有中间继电器和温度控制器，所述加热器上另单独设置有测温电阻，该测温电阻通过信号线与温度控制器的采集输入端相连，该信号线位于箱体内的部分包裹有聚四氟乙烯；加热器通过中间继电器与供电单元连接，温度控制器的控制输出端与中间继电器相连用于控制中间继电器的通断。
3.根据权利要求2所述的煤自燃防灭火热棒性能测试实验装置，其特征在于:所述箱体包括内层和外层，内层和外层之间设有保温棉毡。
4.根据权利要求3所述的煤自燃防灭火热棒性能测试实验装置，其特征在于:所述温度巡检仪转换成的温度信号是通过RS232接口或RS485接口传输至控制分析单元的。
5.根据权利要求3所述的煤自燃防灭火热棒性能测试实验装置，其特征在于:所述温控箱内还设有均与供电单元相连的通电/断电指示灯、漏电保护器和交流接触器。
6.根据权利要求5所述的煤自燃防灭火热棒性能测试实验装置，其特征在于:所述箱体为长方体状，箱体的内层和外层均为不锈钢板。
7.根据权利要求6所述的煤自燃防灭火热棒性能测试实验装置，其特征在于:所述温度巡检仪是32路高精度智能温度巡检仪，与温度巡检仪相连的测温电阻有25-32个，所述每个测温电阻与温度巡检仪之间的接线法采用二线制接线或三线制接线。
8.根据权利要求7所述的煤自燃防灭火热棒性能测试实验装置，其特征在于:所述热棒是碳钢-水热棒，热棒的冷凝段设有散热翅片，散热翅片为圆形翅片、环状翅片、螺旋翅片、直肋片或针肋，热棒长度为500?15000mm,优选1500mm,热棒的管径为25?150mm,热棒的壁厚为I?10mm。
9.根据权利要求8所述的煤自燃防灭火热棒性能测试实验装置，其特征在于:所述加热器为平板加热器，箱体包括6个侧壁，加热器通过螺栓固定在箱体的一个侧壁上，加热器的尺寸为600 X 500mm,厚度5mm ;箱体6个侧壁的厚度均为IOmm,不锈钢板的厚度均为Imm,箱体内径尺寸为 X = 800mm, Y = 600mm, Z = 500mm。
【文档编号】G01N25/18GK103954647SQ201410186179
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年5月5日 优先权日:2014年5月5日
【发明者】邓军, 李贝, 马砺, 文虎, 王伟峰, 肖旸, 任立峰, 刘庚, 李珍宝, 吴林峰 申请人:西安科技大学