受压煤体煤氧化升温特性参数测定装置的制造方法
【专利摘要】本发明涉及受压煤体煤氧化升温特性参数测定装置，有效解决受压煤体煤氧化升温特性参数的测定问题，反应釜体外壁有和第二程序升温温控器相连的加热片，加热片外有保温层，反应釜上盖上有温度传感器、进气管道和出气管道，温度传感器接温度采集模块，进气管道接气体预热器，气体预热器和高压气瓶连通、第一程序升温温控器相连，出气管道接气相色谱分析仪，反应釜体侧壁上有位移传感器和第一压力表，反应釜底部的油缸内的活塞上端装有煤柱，活塞下端伸出，油缸上下两部经第一、第二油路管道与加压系统连通，温度采集模块、气相色谱分析仪、位移传感器、第二程序升温温控器与计算机连，本发明自动化程度高，测量结果可靠稳定，容易操作，效果好。
【专利说明】
受压煤体煤氧化升温特性参数测定装置
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种受压煤体煤氧化升温特性参数测定装置。
【背景技术】
[0002]煤田火是困扰人类和环境的一大灾害。据统计中国煤田火区燃烧面积已达720km2，每年直接烧失煤炭储量超过2000万吨，间接破坏煤炭资源2亿吨。据初步估算，煤田自燃每年至少造成200亿元的经济损失。在我国的煤田火区中，以新疆煤田火灾最为严重，据统计，我国北方燃烧的煤田和矿区有62块，其中新疆境内就分布就有35处。在全球范围内，所有产煤国都不同程度地存在地下煤层燃烧现象，从上世纪开始煤田火先后在英国、美国、印度、澳大利亚、印度尼西亚和中国形成灾害，而其中以中国、印度和印尼三国的煤田火形势最为严峻。
[0003]煤田火区存着巨大的危害:一，煤田火每年造成2000万吨以上的煤炭损失，同时封存大量的煤炭资源，对不可再生的煤炭资源是一种极大的破坏和浪费;二，煤田火释放烃类气体在特定条件下易发生爆炸事故，严重影响煤矿安全生产，此外这些有毒有害气体不仅加剧温室效应，而且危害人类健康;三，煤田火区的大量燃烧在消耗煤炭资源的同时，由于煤岩受热变形、裂隙交错发育，易造成地表塌陷、破坏植被，恶化环境，对矿区的生活环境造成极大安全隐患。
[0004]目前已有的测定方法多是针对碎煤、颗粒煤进行氧化升温实验来确定煤的自燃特性。煤田火多是煤体在受载条件下煤的氧化升温形成的，现有的煤自燃特性测试方法则无法实现受压条件下煤体氧化升温特性参数的测试。若有一种装置可以对煤体在空气气氛下同时实现加载和升温，则可以实现受压煤体氧化升温特性参数测试。实现对煤体的流-固-热多场耦合实验研究，将为浅埋藏煤层煤自然发火的机理的判断提供有力的实验参数。
【发明内容】
[0005]针对上述情况，为克服现有技术缺陷，本发明之目的就是提供一种受压煤体煤氧化升温特性参数测定装置，可有效解决受压煤体煤氧化升温特性参数的测定问题。
[0006]本发明解决技术方案是，反应釜由反应釜体、反应釜上盖、反应釜下底组成，反应釜体为带有内腔的空芯体，反应釜上盖和反应釜下底分别密封在反应釜体的上口部和下口部，反应釜体外壁上有加热片，加热片外部包裹有反应釜保温层，加热片与反应釜体外部的第二程序升温温控器相连，反应釜上盖上设有自反应釜体内腔伸出的温度传感器、进气管道和出气管道，温度传感器的自由端接温度采集模块，进气管道接在气体预热器的一端，气体预热器的另一端经流量控制器和高压气瓶连通，气体预热器连接在第一程序升温温控器上，出气管道接在气相色谱分析仪上，反应釜体侧壁上设有与反应釜体内腔相连通的位移传感器和测定反应釜体内腔压力的第一压力表，反应釜下底的底部设有油缸，油缸内装有活塞，活塞是由塞体和塞体上面及下面的上活塞杆和下活塞杆连接在一起构成，上活塞杆的上端自反应釜下底竖直伸进反应釜体内腔，上活塞杆的上端竖直装有煤柱，煤柱的上端接触到反应釜上盖的内壁，下活塞杆的下端自油缸的底部向下竖直伸出，塞体横向置于油缸内，塞体的外壁和油缸紧密接触，将油缸间隔成上下两部分，油缸的上下两部分分别经第一油路管道、第二油路管道与加压系统相连通，加压系统的结构是，储油仓的一端和轴向栗的一端连通，储油仓的二端连接有第四油路管道，储油仓的三端连接有第五油路管道，轴向栗的二端连接有第三油路管道，第三油路管道的外端和第一个三通管的垂直端连通，第一个三通管的水平端中的其中一端经第二个三通管分别和第四油路管道、第一油路管道连通，第一个三通管的水平端中的另一端经第三个三通管分别和第二油路管道、第五油路管道连通，第一个三通管的水平端两侧分别有多个针型阀，温度采集模块、气相色谱分析仪、位移传感器、第二程序升温温控器均连接在计算机上。
[0007]本发明适用于煤体的自燃特性参数测试，自动化程度高，测量结果可靠稳定，容易操作，效果好，可实现煤体在高压气氛中不同承压状态下煤的升温氧化特性参数的测试。
【附图说明】
[0008]图1为本发明的结构主视图。
【具体实施方式】
[0009]以下结合附图对本发明的【具体实施方式】作详细说明。
[0010]由图1给出，本发明的结构是，反应釜由反应釜体15、反应釜上盖16、反应釜下底17组成，反应釜体为带有内腔的空芯体，反应釜上盖和反应釜下底分别密封在反应釜体的上口部和下口部，反应釜体外壁上有加热片12，加热片外部包裹有反应釜保温层14，加热片12与反应釜体外部的第二程序升温温控器25相连，反应釜上盖上设有自反应釜体内腔伸出的温度传感器22、进气管道B和出气管道D，温度传感器的自由端接温度采集模块23，进气管道B接在气体预热器7的一端，气体预热器的另一端经流量控制器5和高压气瓶I连通，气体预热器连接在第一程序升温温控器11上，出气管道D接在气相色谱分析仪10上，反应釜体侧壁上设有与反应釜体内腔相连通的位移传感器24和测定反应釜体内腔压力的第一压力表13，反应釜下底的底部设有油缸20，油缸内装有活塞21，活塞是由塞体和塞体上面及下面的上活塞杆和下活塞杆连接在一起构成，上活塞杆的上端自反应釜下底竖直伸进反应釜体内腔，上活塞杆的上端竖直装有煤柱32，煤柱的上端接触到反应釜上盖的内壁，下活塞杆的下端自油缸的底部向下竖直伸出，塞体横向置于油缸内，塞体的外壁和油缸紧密接触，将油缸间隔成上下两部分，油缸的上下两部分分别经第一油路管道F、第二油路管道H与加压系统相连通，加压系统的结构是，储油仓26的一端和轴向栗28的一端连通，储油仓的二端连接有第四油路管道G，储油仓的三端连接有第五油路管道A，轴向栗的二端连接有第三油路管道E，第三油路管道E的外端和第一个三通管的垂直端连通，第一个三通管的水平端中的其中一端经第二个三通管分别和第四油路管道G、第一油路管道F连通，第一个三通管的水平端中的另一端经第三个三通管分别和第二油路管道H、第五油路管道A连通，第一个三通管的水平端两侧分别有多个针型阀，温度采集模块23、气相色谱分析仪10、位移传感器24、第二程序升温温控器25均连接在计算机31上。
[0011]所述的反应釜置于支架30上，反应釜上盖16和反应釜下底17均通过螺钉18和密封垫19密封在反应釜体的上口部和下口部。
[0012]所述的高压气瓶I至流量控制器之间的管道上依次连接有减压阀2、稳压阀3、稳流阀4。
[0013]所述的出气管道D经背压阀9接在气相色谱分析仪10上。
[0014]所述的进气管道B外部套有气路保温层8以保证预热效果，气路保温层和反应釜保温层14均是由玻璃棉或保温棉制成筒状结构。
[0015]所述的第一压力表通过气路管道C与反应釜内部相通。
[0016]所述的第二油路管道H上有第二压力表29。
[0017]所述的位移传感器24的导杆伸进反应釜内部紧贴在煤柱上，温度传感器的工作端紧贴在煤柱32上。
[0018]所述的储油仓26和轴向栗之间连通有单向阀27。
[0019]所述的第二个三通管的垂直端和第一油路管道F连通，第三个三通管的垂直端和第二油路管道H连通。
[0020]所述的针型阀有4个，分别为第一针型阀、第二针型阀、第三针型阀、第四针型阀，第四油路管道G上在第二个三通管一侧有第一针型阀33，第五油路管道A上在第三个三通管一侧有第二针型阀6，第二个三通管和第一个三通管之间有第三针型阀34，第一个三通管和第三个三通管之间有第四针型阀35。
[0021]所述的气体预热器7为升温箱，是现有技术，如盐城市华邦合金电器有限公司XTDQ-HX实验室级烘干箱。
[0022]所述的第一程序升温温控器11和第二程序升温温控器25的结构相同，均为现有技术，如L0TUSANA龙腾圣华生产的LA-36程序升温温控器。
[0023]所述的升温箱和第一程序升温温控器连接在一起构成可程式烘箱，可程式烘箱为现有技术，如上海和呈仪器制造有限公司生产的DHG-9240A可程式烘箱。
[0024]所述的温度采集模块23为现有技术，如温度采集卡、温度记录仪等，温度记录仪如sinomeasure的SIN-R6000C彩色无纸记录仪湿度压力电流电压电量曲线温度记录仪。
[0025]所述的流量控制器5为现有技术，如Sevenstar的D07-7K气体质量流量控制器、D07-9E气体质量流量控制器等。
[0026]所述的位移传感器24为现有技术，是量程0.5-5mm的位移传感器，如合肥市科宇传感器有限公司生产的1￥0(:-11^、胃￥0(:-0.^)差动变压器位移传感器，￥￥0(:-21^￥￥0(:-10差动变压器位移传感器，WYDC-5L、WYDC-2.差动变压器位移传感器。
[0027]所述的位移传感器24经数据采集卡36和计算机相连接。
[0028]所述的煤柱为用煤样制成的柱状体。
[0029]本发明的工作原理是，装样，即将反应釜上盖16和反应釜下底17打开，对反应釜内部进行清理之后，将反应釜下底17安装回原位，并置于支架30上，将煤柱32放置在反应釜内的上活塞杆的上端，安装反应釜上盖16，同时保证温度传感器22和位移计传感器24与煤柱32紧贴，将高压气瓶1、减压阀2、稳压阀3、稳流阀4、流量控制器5、气体预热器7、进气管道B依次连接，将出气管道D、背压阀9、气相色谱分析仪10依次连接，关闭背压阀9，打开高压气瓶1、减压阀2、稳压阀3、稳流阀4、流量控制器5，由于背压阀9处于关闭状态，流量控制器5初期会有示数，随后示数逐渐减小，当稳定时，流量控制器示数为O则表示反应釜气密性良好，反之，则表示存在漏气，需查找漏源;若反应釜气密良好，则打开背压阀9，并通过调节背压阀9使测定反应釜体内腔压力的第一压力表13处于实验设定压力值，同时使流量控制器5处于实验设定值。煤柱加压，使第三针型阀34和第二针型阀6处于关紧状态，第一针型阀33和第四针型阀35处于打开状态，储油仓26中液压油经单向阀27通过轴向栗，经第三油路管道E、第二油路管道H压入油缸20下部分，使活塞21向上位移对煤柱进行加压;加压初期当第二压力表29略有示数时记录活塞21置于油缸20外部的长度xl，之后通过轴向栗28对煤柱32加到实验设定压力后，关闭第四针型阀35防止液压油回流，同时记录此时活塞21置于油缸20外部的长度x2，通过(xl-x2)则可计算出煤柱的轴向应变。煤样在氧化升温过程中由于物性参数的改变会引起其轴向的进一步应变，测试过程中的轴向应变可通过活塞21置于油缸20外部的长度改变而获得，应力可通过第二压力表示数获得。也可在测试过程中通过打开关闭第四针型阀35和轴向栗28使煤柱在测试过程中维持在某一压力范围内。气路预热是通过第一程序升温温控器11控制气体预热器7进行预热，反应釜升温则是通过第二程序升温温控器25控制加热片12，对反应釜体15进行加热;实验时，通过第一程序升温温控器和第二程序升温温控器使气体预热器和反应釜体达到实验设定恒定温度，之后以实验设定升温速率进行升温。数据采集是指，温度采集模块23将煤柱32的温度数据传输到计算机31，气相色谱分析仪10将反应釜的出口气体分析数据传输到计算机31，位移传感器24将煤柱32径向应变传输至计算机31，第二程序升温温控器将数据传输至计算机31，实验完毕时，关闭第一针型阀33和第四针型阀35，打开第三针型阀34和第二针型阀6，通过轴向栗28、将液压油压入油缸20的上部分，使活塞21向下移动实现卸压，同时关闭高压气瓶I。
[0030]本发明适用于煤体的自燃特性参数测试。通过高压气瓶供给空气作为气源，调节减压阀、稳流阀、流量控制器以及反应釜出口的背压阀可以使反应釜内气氛处于一定压力，并使新鲜气流以一定流量通过反应釜。通过加热片和第二程序升温温控器可以使反应釜在不同温度下恒温或使反应釜以一定升温速率进行升温。通过温度传感器、温度采集模块可以实现对反应釜内部温度的实时记录。通过轴向栗和单向阀将储油仓中的液压油压入油缸可以推动活塞向上发生位移，从而对煤柱进行加压，同时与油缸相连的第二压力表可显示压力示数从而可以控制加压力度。通过油缸和储油仓之间的针型阀可以实现油缸与储油仓的连通与独立，从而可以实现卸压。通过温度传感器、温度采集模块可以实现对煤柱和反应釜内温度的测量和实时记录。通过位移传感器以及数据采集卡可以实现对煤柱形变量的测量和实时记录。通过将出气管道D与气相色谱仪相连可以获得不同温度下气体体积分数。本发明的特点在于可以实现煤样在高压气氛中同时加压和升温，对温度、压力、煤体形变量、气体体积分数参数的测量和记录。本发明自动化程度高，测量结果可靠稳定，可实现煤体在高压气氛中不同承压状态下煤的升温氧化特性参数的测试。
【主权项】
1.一种受压煤体煤氧化升温特性参数测定装置，其特征在于，反应釜由反应釜体(15)、反应釜上盖(16)、反应釜下底(17)组成，反应釜体为带有内腔的空芯体，反应釜上盖和反应釜下底分别密封在反应釜体的上口部和下口部，反应釜体外壁上有加热片(12)，加热片外部包裹有反应釜保温层(14)，加热片(12)与反应釜体外部的第二程序升温温控器(25)相连，反应釜上盖上设有自反应釜体内腔伸出的温度传感器(22)、进气管道(B)和出气管道(D)，温度传感器的自由端接温度采集模块(23)，进气管道(B)接在气体预热器(7)的一端，气体预热器的另一端经流量控制器(5)和高压气瓶(I)连通，气体预热器连接在第一程序升温温控器(11)上，出气管道(D)接在气相色谱分析仪(10)上，反应釜体侧壁上设有与反应釜体内腔相连通的位移传感器(24)和测定反应釜体内腔压力的第一压力表(13)，反应釜下底的底部设有油缸(20)，油缸内装有活塞(21)，活塞是由塞体和塞体上面及下面的上活塞杆和下活塞杆连接在一起构成，上活塞杆的上端自反应釜下底竖直伸进反应釜体内腔，上活塞杆的上端竖直装有煤柱(32)，煤柱的上端接触到反应釜上盖的内壁，下活塞杆的下端自油缸的底部向下竖直伸出，塞体横向置于油缸内，塞体的外壁和油缸紧密接触，将油缸间隔成上下两部分，油缸的上下两部分分别经第一油路管道(F)、第二油路管道(H)与加压系统相连通，加压系统的结构是，储油仓(26 )的一端和轴向栗(28 )的一端连通，储油仓的二端连接有第四油路管道(G)，储油仓的三端连接有第五油路管道(A)，轴向栗的二端连接有第三油路管道(E)，第三油路管道(E)的外端和第一个三通管的垂直端连通，第一个三通管的水平端中的其中一端经第二个三通管分别和第四油路管道(G)、第一油路管道(F)连通，第一个三通管的水平端中的另一端经第三个三通管分别和第二油路管道(H)、第五油路管道(A)连通，第一个三通管的水平端两侧分别有多个针型阀，温度采集模块(23)、气相色谱分析仪(10)、位移传感器(24)、第二程序升温温控器(25)均连接在计算机(31)上。2.根据权利要求1所述的受压煤体煤氧化升温特性参数测定装置，其特征在于，所述的反应釜置于支架(30)上，反应釜上盖(16)和反应釜下底(17)均通过螺钉(18)和密封垫(19)密封在反应釜体的上口部和下口部。3.根据权利要求1所述的受压煤体煤氧化升温特性参数测定装置，其特征在于，所述的高压气瓶(I)至流量控制器之间的管道上依次连接有减压阀(2)、稳压阀(3)、稳流阀(4)。4.根据权利要求1所述的受压煤体煤氧化升温特性参数测定装置，其特征在于，所述的出气管道(D)经背压阀(9)接在气相色谱分析仪(10)上;所述的进气管道(B)外部套有气路保温层(8)以保证预热效果，气路保温层和反应釜保温层(14)均是由玻璃棉或保温棉制成筒状结构；所述的第一压力表通过气路管道(C)与反应釜内部相通;所述的第二油路管道(H)上有第二压力表(29)。5.根据权利要求1所述的受压煤体煤氧化升温特性参数测定装置，其特征在于，所述的位移传感器(24)的导杆伸进反应釜内部紧贴在煤柱上，温度传感器的工作端紧贴在煤柱(32)上。6.根据权利要求1所述的受压煤体煤氧化升温特性参数测定装置，其特征在于，所述的储油仓(26)和轴向栗之间连通有单向阀(27);所述的第二个三通管的垂直端和第一油路管道(Π连通，第三个三通管的垂直端和第二油路管道(H)连通。7.根据权利要求1所述的受压煤体煤氧化升温特性参数测定装置，其特征在于，所述的针型阀有4个，分别为第一针型阀、第二针型阀、第三针型阀、第四针型阀，第四油路管道(G)上在第二个三通管一侧有第一针型阀(33)，第五油路管道(A)上在第三个三通管一侧有第二针型阀(6)，第二个三通管和第一个三通管之间有第三针型阀(34)，第一个三通管和第三个三通管之间有第四针型阀(35)。8.根据权利要求1所述的受压煤体煤氧化升温特性参数测定装置，其特征在于，所述的气体预热器(7)为升温箱;所述的第一程序升温温控器(11)和第二程序升温温控器(25)的结构相同；所述的升温箱和第一程序升温温控器连接在一起构成可程式烘箱。9.根据权利要求1所述的受压煤体煤氧化升温特性参数测定装置，其特征在于，所述的位移传感器(24)经数据采集卡(36)和计算机相连接。10.根据权利要求1所述的受压煤体煤氧化升温特性参数测定装置，其特征在于，所述的煤柱为用煤样制成的柱状体。
【文档编号】G01N33/22GK105842280SQ201610176055
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月26日
【发明人】徐永亮, 王兰云, 褚廷湘, 余明高, 王少坤, 宋志鹏, 位亚南, 荆国松
【申请人】河南理工大学