煤自燃及煤与瓦斯混合爆炸试验系统的制作方法

本发明属于煤自燃与瓦斯耦合致灾技术领域，具体是涉及一种煤自燃及煤与瓦斯混合爆炸试验系统。

背景技术：

我国的煤炭资源蕴藏较为丰富，同时煤炭资源在我国也作为一种相当重要的消费源，约占我国一次性能源消费的60％。在煤炭开采的进程中，可能会发生火灾、煤与瓦斯突出、透水、瓦斯爆炸、煤尘、顶板垮落等诸类事故，这些灾害不仅会造成煤炭资源的损失，更会威胁井下工作人员的生命安全、破坏生产设备，造成巨大的财产损失。

煤矿井下煤层自然发火会造成许多资源的损失，这是由于火灾的产生多会伴随着有毒气体的生成，而且为了避免火灾的扩大，将会造成一定的区域进行封闭，由此所造成的不可开采的煤炭资源，就已经达到了亿吨。同时，在矿井灾害中，瓦斯爆炸事故属于破坏性最大、伤害最严重的事故。瓦斯爆炸产生的高温高压，会促使爆源附近的气体以极大的速度向外冲击，造成人员伤亡，破坏巷道和器材设施，扬起大量煤尘并使之参与爆炸，产生更大的破坏力。另外，爆炸后生成大量的有害气体，造成人员中毒死亡。

矿井瓦斯和煤自燃共生灾害相互影响体现在：瓦斯抽采会导致破裂煤体和采空区漏风，容易引起煤自燃，而煤自燃火源又可能导致瓦斯爆炸，同时成为矿井生产的巨大危险源。由此可见，高瓦斯矿井在发生煤自燃的情况下，极易发生瓦斯爆炸事故，破坏程度巨大，危险性远超其在自然状态下的危害。

针对煤自燃及煤与瓦斯混合爆炸试验，进行现场试验过于复杂且成本巨大，而且现有的试验系统较为缺乏，因此对煤自燃及煤与瓦斯混合爆炸的规律研究具有一定的制约。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种煤自燃及煤与瓦斯混合爆炸试验系统，其用于测定致使煤自燃发展成瓦斯与煤尘爆炸的临界温度、瓦斯量及爆炸产物等参数，从而对煤自燃及煤与瓦斯爆炸规律进行研究。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种煤自燃及煤与瓦斯混合爆炸试验系统，其特征在于：包括试验炉、空气储罐、瓦斯储罐、气相色谱仪、温度显示仪和为所述试验炉加热的温控加热系统，所述空气储罐、瓦斯储罐、气相色谱仪和温度显示仪均设置在所述试验炉外，所述试验炉包括炉体和炉体底座，所述炉体安装在炉体底座的顶部，所述炉体的炉门上设置有圆形观测窗口，所述空气储罐的出气口通过空气进气管道与炉体的空气进口连接，所述瓦斯储罐的出气口通过瓦斯进气管道与炉体的瓦斯进口连接，所述空气进气管道上安装有空气流量控制阀，所述瓦斯进气管道上从瓦斯储罐至炉体依次安装有压力表、流量计和瓦斯流量控制阀，所述炉体的气体采集口与气相色谱仪相连接；所述炉体内安装有用于检测炉体内温度的热电阻传感器，所述热电阻传感器通过第一导线与温度显示仪连接且由温度显示仪显示所检测的温度，所述炉体的泄压出口安装有泄压阀。

上述的煤自燃及煤与瓦斯混合爆炸试验系统，其特征在于：所述温控加热系统包括电磁加热器和温控器，所述电磁加热器通过第二导线与电磁加热器连接，所述电磁加热器设置在炉体底座的顶部且位于炉体内，所述温控器设置在所述试验炉外。

上述的煤自燃及煤与瓦斯混合爆炸试验系统，其特征在于：所述电磁加热器为防爆电磁加热器。

上述的煤自燃及煤与瓦斯混合爆炸试验系统，其特征在于：所述热电阻传感器的数量为多个，多个所述热电阻传感器均匀安装在炉体的侧壁和顶壁上，多个所述热电阻传感器均并联且多个热电阻传感器检测的温度值通过温度显示仪求平均后进行显示。

上述的煤自燃及煤与瓦斯混合爆炸试验系统，其特征在于：所述泄压出口的出口端连接有真空罐。

上述的煤自燃及煤与瓦斯混合爆炸试验系统，其特征在于：所述炉体的形状为长方体，所述圆形观测窗口设置在炉体的前侧几何中心处。

上述的煤自燃及煤与瓦斯混合爆炸试验系统，其特征在于：所述炉体为隔爆炉体。

上述的煤自燃及煤与瓦斯混合爆炸试验系统，其特征在于：所述圆形观测窗口采用厚度为8mm～12mm的钢化玻璃。

上述的煤自燃及煤与瓦斯混合爆炸试验系统，其特征在于：所述热电阻传感器为钨铼热电偶。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明可以实现煤自燃及煤与瓦斯混合爆炸试验，可用于测定致使煤自燃发展成瓦斯与煤尘爆炸的临界温度、瓦斯量及爆炸产物等参数，从而对煤自燃及煤与瓦斯爆炸规律进行深入研究。

2、本发明炉体采用长方体形隔爆炉体，炉门中心设有圆形观测窗口，便于试验人员观察试验过程。

3、本发明炉体的隔爆外壳采用钢板、铸铝等金属材料制成，圆形观测窗采用钢化玻璃，满足国标对视窗的耐性要求、冲击强度要求以及绝缘/静电性能要求等硬性指标，可避免试验进行时，所发生的煤与瓦斯爆炸对试验人员安全构成威胁。

4、本发明通过温控器和流量计、流量控制阀，可通过控制煤体温度和反应的瓦斯浓度，引发煤体自燃或煤与瓦斯爆炸，从而对煤自燃与煤与瓦斯爆炸规律进行研究。

5、本发明制造简单，制造成本低，可有效用于煤自燃及煤与瓦斯混合爆炸试验的过程中。

下面通过附图和实施例，对本发明做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明热电阻传感器在炉体顶部的布设示意图。

附图标记说明:

1—瓦斯储罐；2—压力表；3—流量计；

4—瓦斯流量控制阀；5—炉体；6—电磁加热器；

7—泄压出口；8—泄压阀；9—气体采集口；

10—热电阻传感器；11—温控器；12—圆形观测窗口；

13—炉体底座；14—气相色谱仪；15—温度显示仪；

16—第二导线；17—瓦斯进气管道；18—真空罐；

19—空气储罐；20—空气进气管道；21—空气流量控制阀；

22—第一导线。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括试验炉、空气储罐19、瓦斯储罐1、气相色谱仪14、温度显示仪15和为所述试验炉加热的温控加热系统，所述空气储罐19、瓦斯储罐1、气相色谱仪14和温度显示仪15均设置在所述试验炉外，所述试验炉包括炉体5和炉体底座13，所述炉体5安装在炉体底座13的顶部，所述炉体5的炉门上设置有圆形观测窗口12，所述空气储罐19的出气口通过空气进气管道20与炉体5的空气进口连接，所述瓦斯储罐1的出气口通过瓦斯进气管道17与炉体5的瓦斯进口连接，所述空气进气管道20上安装有空气流量控制阀21，所述瓦斯进气管道17上从瓦斯储罐1至炉体5依次安装有压力表2、流量计3和瓦斯流量控制阀4，所述炉体5的气体采集口9与气相色谱仪14相连接；所述炉体5内安装有用于检测炉体5内温度的热电阻传感器10，所述热电阻传感器10通过第一导线22与温度显示仪15连接且由温度显示仪15显示所检测的温度，所述炉体5的泄压出口7安装有泄压阀8。

其中，压力表2、流量计3和瓦斯流量控制阀4对通入炉体5内的瓦斯量进行控制，当炉体5内的瓦斯浓度达到临界值时，炉内煤与瓦斯混合物发生爆炸，试验人员可通过炉门的圆形观测窗口12对试验过程进行监察。

炉体5上设有气体采集口9，试验人员可通过气体采集口9进行取气，并将其注入气相色谱仪14进行气体成分分析，可观测爆炸前后反应生成物的变化。煤与瓦斯混合爆炸后会在炉体5内生成高压气体，可通过炉体外侧的泄压出口7进行泄压。

如图1所示，所述温控加热系统包括电磁加热器6和温控器11，所述电磁加热器6通过第二导线16与电磁加热器6连接，所述电磁加热器6设置在炉体底座13的顶部且位于炉体5内，所述温控器11设置在所述试验炉外。

当热电阻传感器10检测的温度还没有达到温控器11所设置的温度时，温控器11输出的接触点闭合；当热电阻传感器10检测的温度达到温控器11所设置的温度后，温控器11输出的接触点断开。

本实施例中，所述电磁加热器6为防爆电磁加热器，防爆电磁加热器为现有产品，电磁加热器6的外壳采用含铁的钢铁、铸铝等金属材料，通过焊接工艺制成隔爆外壳。

如图1所示，所述热电阻传感器10的数量为多个，多个所述热电阻传感器10均匀安装在炉体5的侧壁和顶壁上，多个所述热电阻传感器10均并联且多个热电阻传感器10检测的温度值通过温度显示仪15求平均后进行显示。

如图1所示，所述泄压出口7的出口端连接有真空罐18，不仅可以避免直接将炉内废气排至室内，且便于加速泄压，也避免对试验人员造成危害。

本实施例中，所述炉体5的形状为长方体，所述圆形观测窗口12设置在炉体5的前侧几何中心处。

本实施例中，所述炉体5为隔爆炉体，采用钢板、铸铝等隔爆材料，通过焊接工艺制成隔爆炉体，具有隔爆效果。

本实施例中，所述圆形观测窗口12采用厚度为8mm～12mm的钢化玻璃，同时满足国标对视窗的耐性要求、冲击强度要求以及绝缘/静电性能要求等硬性指标。

本实施例中，所述热电阻传感器10为钨铼热电偶，炉体5的内壁设有多个热电阻传感器10，并通过第一导线22与温度显示仪15连接；热电阻探头采用钨铼热电偶，最高可测温度达+2800℃，可对炉体5内的高温进行测量，并将所测温度信号转换为电信号，试验人员可由温度显示仪15读取记录测量结果。

本发明的工作原理为：在进行煤自燃试验时，将试验煤体放置于炉体5内部的电磁加热器6上，电磁加热器6通过其内部电子线路板组成部分产生交变磁场，切割交变磁力线从而产生交变的电流(即涡流)，涡流使外壳铁原子高速无规则运动，原子互相碰撞、摩擦而产生热能，从而起到加热煤体的效果。

由空气储罐19向炉体5内提供充足的氧气，试验人员可通过温控器11控制电磁加热器6对上方试验煤体进行加热，加速了煤的氧化反应速度，使煤堆的温度升高，模拟煤堆自燃过程。将炉体5内各热电阻传感器10并联，可获得炉体5内测点温度的平均值，温度显示仪15上显示的温度。每升温10℃时通过气体采集口9进行抽气，注入气相色谱仪14进行气体分析，得出该温度条件下煤自燃指标气体(o2、n2、co、co2、ch4、c2h4、c2h6)的浓度，进行整理记录用于后期参数分析。试验人员在圆形观测窗口12观测，当炉体5内出现发火现象(即温度超过煤的自燃点时，煤堆发生自燃)时，通过温控器11控制电磁加热器6停止加热，记录温度显示仪15上显示的温度，并通过气体采集口9进行抽气，注入气相色谱仪14进行气体分析，得出该温度条件下煤自燃指标气体(o2、n2、co、co2、ch4、c2h4、c2h6)的浓度。

煤堆发生自燃后停止加热，此时炉体5内具有一定的引火温度及充足的氧气含量，打开瓦斯流量控制阀4，通过瓦斯流量控制阀4缓慢增加注入炉体5内的瓦斯量，同时空气储罐19继续向炉体5内提供充足的氧气。通过圆形观测窗口12观测，当炉体5内煤与瓦斯混合发生爆炸(炉内瓦斯到达一定程度，会引发煤与瓦斯爆炸)时，记录温度显示仪15上显示的温度，并通过气体采集口9进行抽气，注入气相色谱仪14进行气体分析，得出该温度条件下煤自燃指标气体(o2、n2、co、co2、ch4、c2h4、c2h6)的浓度，进行整理记录用于后期参数分析。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。