一种煤岩蠕变过程中自燃特性测试用实验装置的制造方法_2

文档序号:8921113阅读:来源:国知局
1相配合以将所述静态压力传递给煤样的上盖3,所述上盖3与盛煤容器4内壁滑动配合;所述盛煤容器4内设置有传感器支撑框架21,所述传感器支撑框架21上设置有多个温度传感器22,多个所述温度传感器22沿传感器支撑框架21的高度方向分层布设,所述盛煤容器4内位于所述煤样的顶面放置有用于与上盖3接触配合以测试所述静态压力大小的压力传感器23,所述盛煤容器4上连接有压力测试管4-2,所述压力测试管4-2上设置有第一气压表6和排气阀5。
[0037]本实施例中,采用该实验装置能够有效实现煤岩蠕变过程中自燃特性的测试,具体的是:通过施压机构1为盛煤容器4内的煤样施加静态压力,使盛煤容器4内的煤样产生蠕变,并通过充气系统向盛煤容器4内充入空气和氮气的混合气体,然后再通过气体采集装置对盛煤容器4输出的气体进行采样,进而分析从盛煤容器4输出的气体中氧气的含量,得到不同静态压力下气体浓度关键指标随时间变化,综合气体成份及温度数据变化判断蠕变过程中煤自燃特性规律,在一般情况下,煤自然特性包括氧气消耗特性和放热特性。通过采集盛煤容器4内输出气体中氧气随静态压力作用时间的变化量及趋势得出氧气消耗特性,另外,通过温度传感器22检测煤样的温度,进而得到放热特性,进而得到煤岩蠕变过程中自燃特性,从而能够有效的指导煤矿火灾预防,完善煤自燃预测预报体系。
[0038]本实施例中,多个所述温度传感器22沿传感器支撑框架21的高度方向布设分五层布设,每层布设两个温度传感器22,其中内侧温度传感器22布设在盛煤容器4的中心轴线上,外侧温度传感器22布设在盛煤容器4的中心轴线距盛煤容器4内壁的四分之三处。这样能够准确的得出盛煤容器4不同位置处煤样的温度,全面且充分的反应盛煤容器4内煤样的温度。本实施例中,所述传感器支撑框架21由铁丝搭设而成,在盛煤容器4内煤样承受静态压力时,所述传感器支撑框架21能够随煤样的蠕变而发生变形。
[0039]本实施例中,所述温度传感器22的数据线和压力传感器23的数据线通过盛煤容器4侧壁上的数据线穿出口 4-3输出并与外部的数据采集巡检仪24相接,所述数据线穿出口 4-3通过密封塞堵住。
[0040]如图1所示,所述充气系统包括氮气瓶12和空气发生器11,所述盛煤容器4的底部设置有通气口 4-1,所述通气口 4-1连接有第一输气管7,所述氮气瓶12通过第二输气管14与第一输气管7连接,所述空气发生器11通过第三输气管10与第一输气管7连接,所述第二输气管14上设置有第一截断阀18,所述第三输气管10上设置有第二截断阀8,所述第二输气管14上且位于第一截断阀18与氮气瓶12之间设置有减压阀13和第二气压表20。
[0041]本实施例中,通过所述充气系统,能够通过调节氮气瓶12及空气发生器11流量可以由氮气及空气调配出不同氧气浓度(体积分数为0 %、5 %、10 %、15 %、20 %五种条件下)的气体样品来改变盛煤容器4内气体组分环境,进而综合气体成份及温度数据变化判断蠕变过程中特性规律,研宄不同气体环境下煤样蠕变过程中自燃特性规律。并且所述充气系统还能够在实验开始前对盛煤容器4的煤样进行氮气冲洗,避免煤样内存留的氧气使得影响氮气和空气的混合气体中氧气的输入量与煤样中实际氧气量不相符,进而影响实验结果的准确性。
[0042]如图1所示,所述气体采集装置包括集气容器15,所述集气容器15通过第四输气管16与第一输气管7连接,所述第四输气管16上设置有第三截断阀17。本实施例中,所述气体采集装置的结构简单,使用方便,能够有效、快速的实现盛煤容器4输出气体的采集。
[0043]如图1所示,所述第二输气管14上安装有第一流量计19,所述第三输气管10上安装有第二流量计9。通过观察第一流量计19,能够得到第二输气管14内氮气流量,通过观察第二流量计9,能够得到第三输气管10内空气的流量,进而方便调配出不同氧气浓度且用以充入盛煤容器4的空气和氮气的混合气体。
[0044]如图1所示,该实验装置包括主体支架2,所述主体支架2包括基座2-1、反力板2-2以及设置在所述基座2-1与反力板2-2之间的多根立柱2-3,所述盛煤容器4安装在所述基座2-1上,所述施压机构1安装在反力板2-2与盛煤容器4之间。本实施例中,所述主体支架2的结构简单,能够有效的支撑施压机构1,并为盛煤容器4提供安装平台。
[0045]如图1所示,所述施压机构1包括液压缸,所述液压缸的缸体1-1固定安装在反力板2-2上,所述液压缸的活塞杆1-2与所述上盖3相连接,所述液压缸的有杆腔内设置有回复弹簧1-3。通过设置回复弹簧1-3,能够为活塞杆1-2的伸出量起到一定的阻碍作用,进而避免所述施压机构1为上盖3施加过大的压力。
[0046]结合图2,所述上盖3上设置有供所述活塞杆1-2伸入的连接筒3-1,所述活塞杆1-2与所述连接筒3-1螺纹连接。这样能够实现活塞杆1-2与上盖3的有效连接。
[0047]如图2所示,所述盛煤容器4的内壁和上盖3的内表面均设置有绝热层25,所述盛煤容器4的外壁和上盖3的外表面均设置有保温层26。
[0048]本实施例中,通过设置绝热层25,能够有效阻隔盛煤容器4内的热量通过盛煤容器4侧壁和上盖3散发出去,确保温度传感器22测得盛煤容器4内的准确温度。并通过设置保温层26,使传递到盛煤容器4侧壁和上盖3的热量得以保持,避免与外界发生换热反应使得盛煤容器4内温度降低而使温度传感器22测不到盛煤容器4内的实际温度。
[0049]如图2所示,所述上盖3与盛煤容器4之间设置有密封垫圈27,所述密封垫圈27与所述盛煤容器4的内壁呈滑动配合。通过设置密封垫圈27,能够实现盛煤容器4与上盖3接触处的密封,同时也不会影响上盖3沿盛煤容器4内壁的滑动。
[0050]本实施例中,该实验装置在使用时,包括准备阶段和实验阶段:
[0051]一、准备阶段
[0052]把煤样破碎并使用标准筛按粒径筛分后进行编号备用,把温度传感器22分五层安设在传感器支撑框架21上面,把传感器支撑框架21放置在盛煤容器4内部;然后向盛煤容器4内填充煤样使煤样高度没过传感器支撑框架21的顶部,期间保证传感器支撑框架21的竖直布设。将供气系统和气体采集装置连接好,各温度传感器22及压力传感器23与数据采集巡检仪24连接好,调整上盖3到与煤样接触的位置,关闭第三截断阀17和第二截断阀8,打开第一截断阀18使氮气瓶12内的氮气进入盛煤容器4进行充气试验,然后关闭第一截断阀18查看第一气压表6数值变化来验证盛煤容器4的密封性。
[0053]二、实验阶段
[0054]启动液压站带动所述施压机构1,通过液压控制系统来控制液压缸无杆腔内的液压油压力大小进而控制活塞杆1-2的上下移动,使上盖3紧贴煤样,然后增大无杆腔内液压油压力继续缓慢为煤样施加压力,待上盖3下方压力传感器23读数达到0.5N时停止加载,然后减少液压缸无杆腔内的液压油压力反向调节活塞杆1-2使所述压力传感器23读数回到0N。然后打开排气阀5,关闭第三截断阀17和第二截断阀8,打开第一截断阀18并调节减压阀13至0.1MPa,对盛煤容器4内的煤样进行氮气冲洗,氮气冲洗时间达到10分钟后,关闭第一截断阀18停止对煤样的氮气冲洗,然后打开第二截断阀8及空气发生器11,再打开第一截断阀18,通过调节空气发生器11及氮气瓶12输出的氮气流量来组合配制含有不同氧气含量的混合气体,根据第一流量计19、第二流量计9显示来调整具体流量值,用所述混合气体对盛煤容器4进行充气10分钟后关闭排气阀5并继续充气使压力达到第一气压表6读数为0.5MPa后关闭第一截断阀18、空气发生器11和第二截断阀8。
[0055]通过对液压缸无杆腔继续注
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