基于煤与瓦斯共生的煤氧化特性试验装置及其试验方法与流程

本发明涉及煤矿灾害防治研究领域，具体涉及一种基于煤与瓦斯共生的煤氧化特性试验装置及其试验方法。

背景技术：

据统计，我国煤矿中有一半以上的矿井存在自然发火问题，这导致我国成为世界上煤自燃事故多发的国家之一。煤自燃氧化特性研究是煤自燃防治的重要依据。煤自燃氧化特性的鉴定方法有很多，其中热重分析法得到许多研究者的认可。热重分析法能得到特定气氛下研究煤氧化过程中质量的变化规律，得出煤动态氧化吸氧量，同时可以通过煤的热失重曲线确定其动力学参数，利用Coasts-Redfern积分法和Achar微分法等方法计算出煤氧化阶段的活化能，可以直观判断在特定气氛下煤自燃的难易程度。

传统的热重分析法所使用的装置一般为普通的热重分析仪，这种仪器可以测定煤在空气、氮气和二氧化碳气氛下的动力学参数，然而在煤与瓦斯共生条件下，由于瓦斯在高温条件下易发生爆炸，造成机器损坏和研究人员受伤，所以传统热重分析方法不适宜研究煤与瓦斯共生条件下的煤氧化特性。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述问题，提供一种基于煤与瓦斯共生的煤氧化特性试验装置及其试验方法，该试验装置操作简单，具有防火防爆特性，适用于煤与瓦斯共生条件下煤氧化特性研究。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现：

一种基于煤与瓦斯共生的煤氧化特性试验装置，包括空气源、甲烷气源、支流量计、三通阀、水封缓冲器、总流量计、干燥器、单向气阀、阻火呼吸阀和腔体，所述空气源、甲烷气源的输出气管通过三通阀相连通，且空气源、甲烷气源的气管上各设有一个支流量计，连通后的气管依次经过水封缓冲器、干燥器、单向气阀、阻火呼吸阀插入腔体的进气口，所述水封缓冲器、干燥器之间的气管上设有总流量计；所述腔体中部设有管状隔爆板，所述隔爆板的外部设有电热线圈，所述隔爆板内部设有感温探头和托盘，所述腔体的上端设有密封盖、爆破片和出气口，所述腔体的两端分别设有进水口、出水口，所述进水口和出水口之间通过水管连接有恒温循环水槽，所述电热线圈与温度控制系统相连接，所述感温探头与温度监控器相连接，所述托盘连接有位于腔体外部的微天平，所述温度控制系统、温度监控器、微天平与数据采集系统相连接。

进一步地，所述空气源及甲烷气源为瓶装气源。

进一步地，所述腔体为带夹层的双层结构，所述进水口和出水口与腔体的夹层相连通。

进一步地，所述隔爆板由铸铁或含镁量重量百比不大于6％的轻合金制成。

进一步地，所述爆破片整体呈圆环形状，底端中部的截面形状为向上的预拱形。

进一步地，所述恒温循环水槽中设有循环驱动水泵。

上述基于煤与瓦斯共生的煤氧化特性试验装置的一种试验方法，包括如下步骤：

1)启动恒温循环水槽，设定腔体需要保持的温度；

2)恒温循环水槽达到设定温度后，依次打开数据采集系统、微天平、温度监控器和温度控制系统，并设定温度控制系统程序升温的起始温度、终止温度、升温速率和样品编号；

3)依次打开总流量计、支流量计、空气源和甲烷气源，通过调节支流量计改变甲烷气体与空气的比重，以得到实验所需要的煤与瓦斯共生气氛；

4)程序控温箱内腔炉体达到设定的起始温度后，将密封盖打开，将样品托盘放到微天平托盘上，利用微天平进行质量清零，然后将样品托盘取出加入适量的待测煤样，再重新将样品托盘放在微天平托盘上，盖好密封盖，启动升温程序，通过数据采集系统观察煤氧化热失重情况；

5)实验温度达到设定的终止温度后开始降温，当温度低于50℃时取出样品托盘，关闭气源、流量计及各系统，即完成整个试验过程。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、各部件结构简单，试验操作方便，适用于煤与瓦斯共生条件下煤氧化特性研究。

2、试验装置具有防火防爆特性，采用了水封缓冲器、单向气阀、阻火呼吸阀、隔爆板、爆破片等安全装置，可有效防止试验过程中由于瓦斯爆炸使得机器损坏、研究人员受伤情况的发生。

3、试验装置样品添加量可以达到100g，有效克服了传统热重分析法研究煤氧化特性时存在的煤样添加量过少问题。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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为本发明的结构示意图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-空气源，2-甲烷气源，3-支流量计，4-三通阀，5-水封缓冲器，6-总流量计，7-干燥器，8-单向气阀，9-阻火呼吸阀，10-密封盖，11-爆破片，12-出气口，13-进水口，14-出水口，15-电热线圈，16-隔爆板，17-感温探头，18-托盘，19-进气口，20-温度控制系统，21-温度监控器，22-微天平，23-数据采集系统，24-恒温循环水槽，25-腔体。

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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

参阅图1所示，本发明为一种基于煤与瓦斯共生的煤氧化特性试验装置，包括空气源1、甲烷气源2、支流量计3、三通阀4、水封缓冲器5、总流量计6、干燥器7、单向气阀8、阻火呼吸阀9和腔体25，空气源1、甲烷气源2的输出气管通过三通阀4相连通，且空气源1、甲烷气源2的气管上各设有一个支流量计3，连通后的气管依次经过水封缓冲器5、干燥器7、单向气阀8、阻火呼吸阀9插入腔体25的进气口19，水封缓冲器5、干燥器7之间的气管上设有总流量计6；腔体25中部设有管状隔爆板16，隔爆板16的外部设有电热线圈15，隔爆板16内部设有感温探头17和托盘18，感温探头17位于托盘18下方，腔体25的上端设有密封盖10、爆破片11和出气口12，腔体25的两端分别设有进水口13、出水口14，进水口13和出水口14之间通过水管连接有恒温循环水槽24，电热线圈15与温度控制系统20相连接，感温探头17与温度监控器21相连接，托盘18连接有位于腔体25外部的微天平22，温度控制系统20、温度监控器21、微天平22与数据采集系统23相连接。

其中，空气源1及甲烷气源2为瓶装气源，腔体25为带夹层的双层结构，进水口13和出水口14与腔体25的夹层相连通，隔爆板16由铸铁或含镁量重量百比不大于6％的轻合金制成，爆破片11整体呈圆环形状，底端中部的截面形状为向上的预拱形，恒温循环水槽24中设有循环驱动水泵。

上述基于煤与瓦斯共生的煤氧化特性试验装置的一种试验方法，包括如下步骤：

1)启动恒温循环水槽24，设定腔体25需要保持的温度；

2)恒温循环水槽24达到设定温度后，依次打开数据采集系统23、微天平22、温度监控器21和温度控制系统20，并设定温度控制系统20程序升温的起始温度、终止温度、升温速率和样品编号；

3)依次打开总流量计6、支流量计3、空气源1和甲烷气源2，通过调节支流量计3改变甲烷气体与空气的比重，以得到实验所需要的煤与瓦斯共生气氛；

4)程序控温箱内腔炉体达到设定的起始温度后，将密封盖10打开，将样品托盘放到微天平托盘18上，利用微天平22进行质量清零，然后将样品托盘取出加入适量的待测煤样，再重新将样品托盘放在微天平托盘18上，盖好密封盖10，启动升温程序，通过数据采集系统23观察煤氧化热失重情况；

5)实验温度达到设定的终止温度后开始降温，当温度低于50℃时取出样品托盘，关闭气源、流量计及各系统，即完成整个试验过程。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。