用于模拟矿井巷道瓦斯爆炸热冲击动力测试系统及方法

本发明属于瓦斯爆炸防治领域，具体地说是用于模拟矿井巷道瓦斯爆炸热冲击动力测试系统及方法。

背景技术：

1、瓦斯爆炸是煤矿生产中的主要安全隐患之一，由于瓦斯与空气或氧气混合到一定浓度后，一旦遇到一定强度的能量，就可能发生燃烧、爆炸，甚至更强大的破坏性爆炸，造成大面积的严重后果。

2、因此，如何有效控制瓦斯爆炸对煤矿安全生产具有重要意义。

3、目前，研究瓦斯爆炸的实验装置比较单一，不能满足多种巷道工况条件的实验需求，且巷道外壁多为钢制，瓦斯爆炸过程及观测多有不便，且针对巷道内多处瓦斯同时爆炸的装置缺失，这些问题在一定程度上制约着防治复杂巷道多爆源瓦斯的深入研究。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供用于模拟矿井巷道瓦斯爆炸热冲击动力测试系统及方法，以解决现有技术中研究瓦斯爆炸的实验装置比较单一，不能满足多种巷道工况条件的实验需求，且巷道外壁多为钢制，瓦斯爆炸过程及观测多有不便，且针对巷道内多处瓦斯同时爆炸的装置缺失等问题。

2、用于模拟矿井巷道瓦斯爆炸热冲击动力测试系统及方法，包括h型巷道，设于所述h型巷道上并用于抽出所述h型巷道内空气的真空泵，用于检测所述h型巷道内气压的真空表，设于所述h型巷道两端并用于向所述h型巷道内导入混合气体的配气装置，用于点燃所述h型巷道内混合气体的爆炸点火装置，用于检测爆炸火焰速度的火焰速度检测装置以及用于检测所述h型巷道内爆炸数据的爆炸检测装置；

3、所述h型巷道包括第一平行巷道，与所述第一平行巷道平行设置的第二平行巷道以及设于所述第一平行巷道和所述第二平行巷道之间并分别与所述第一平行巷道和所述第二平行巷道垂直且连通的联结巷道；

4、所述第一平行巷道包括第一前巷道以及第一后巷道；

5、所述第二平行巷道包括第二前巷道以及第二后巷道；

6、当所述第一平行巷道、所述第二平行巷道和所述联结巷道连通时，所述h型巷道内形成“h”字状通道；

7、当所述第一前巷道和所述第一后巷道连通，所述第二前巷道和第二后巷道连通时，所述h型巷道内形成两条平行的“i”字状通道；

8、当所述第一后巷道和所述联结巷道连通时，所述h型巷道内形成“l”字状通道；

9、当所述第一平行巷道和所述联结巷道连通时，所述h型巷道内形成“t”字状通道；

10、当所述第一前巷道、所述联结巷道和所述第二后巷道依次连通时，所述h型巷道内形成“z”字状通道；

11、当所述第一后巷道、所述联结巷道和所述第二后巷道依次连通时，所述h型巷道内形成“c”字状通道。

12、优选的，所述爆炸检测装置包括设于所述h型巷道上并用于拍摄所述h型巷道内爆炸火焰的高速摄像机，用于检测爆炸后气压的压力传感器以及用于检测爆炸温度的温度传感器。

13、优选的，所述联结巷道两端设有用于封闭所述联结巷道两端的联结门以及用于封闭所述第一平行巷道和所述第二平行巷道的防火门；

14、所述联结门包括设于所述联结巷道一端的第一联结门，设于所述第一联结门另一端的第二联结门；

15、所述防火门包括用于封闭所述第一平行巷道的第一平行前门，第一平行后门，用于封闭所述第二平行巷道的第二平行前门以及第二平行后门；

16、所述第一平行前门和所述第一平行巷道内侧壁围设形成第一前巷道，所述第一平行后门和所述第一平行巷道内侧壁围设形成第一后巷道；所述第二平行前门和所述第二平行巷道内侧壁围设形成第二前巷道，所述第二平行后门和所述第二平行巷道内侧壁围设形成第二后巷道。

17、优选的，所述防火门包括用于沿所述联结巷道长度方向设置的滑轨，设于两所述滑轨上并沿所述滑轨长度方向移动的门体，设于所述门体上的齿条，设于所述联结巷道上的驱动装置以及设于所述驱动装置旋转端并用于和所述齿条啮合配合的齿轮，所述驱动装置用于驱动所述齿轮旋转，所述齿轮带动所述齿条沿水平方向移动，所述齿条带动所述门体移动。

18、优选的，所述火焰速度检测装置包括第一火焰检测传感器以及第二火焰检测传感器，

19、所述第一火焰检测传感器和所述第二火焰检测传感器之间火焰的平均速度为：

20、

21、其中，l为所述第一火焰检测传感器和所述第二火焰检测传感器之间的距离；

22、t1为火焰前锋到达所述第一火焰检测传感器的时刻；

23、t2为火焰前锋到达所述第二火焰检测传感器的时刻。

24、优选的，所述h型巷道内还设有隔气膜，所述隔气膜与所述h型巷道内侧壁围设形成用于供气体混合的聚气空间。

25、优选的，所述聚气空间包括所述隔气膜与所述第一前巷道内侧壁围设形成的第一聚气空间，所述隔气膜与所述第一后巷道内侧壁围设形成的第二聚气空间，所述隔气膜与所述第二前巷道内侧壁围设形成的第三聚气空间以及所述隔气膜与所述第二后巷道内侧壁围设形成的第四聚气空间。

26、优选的，所述h型巷道侧壁为锰钢板，所述h型巷道还包括设于所述h型巷道侧壁上的钢化玻璃窗。

27、优选的，所述h型巷道和所述真空泵之间还设有真空阀，所述h型巷道和所述配气装置之间还设有进气阀。

28、用于模拟矿井巷道瓦斯爆炸热冲击动力测试方法，包括如下步骤：

29、s1：打开真空阀，开启真空泵，对h型巷道内进行抽真空，当真空表检测气压为-101kpa后，停止真空泵，关闭真空阀；

30、s2：开启第一平行巷道上的进气阀和配气装置，向第一平行巷道内配送预设体积的甲烷气体后，依次关闭配气装置和与进气阀；

31、s3：开启第二平行巷道上的进气阀和配气装置，向第二平行巷道内配送预设体积的甲烷气体后，依次关闭配气装置和进气阀；

32、s4：开启进气阀，配气装置向第一平行巷道和第二平行巷道内配送预混气体，待真空表读数到达0kpa时，按照先后顺序关闭进气阀与真空表；

33、s5：将第一平行巷道内和第二平行巷道内的混合气体静置3至5小时，以确保气体混合均匀；

34、s6：依次开启高速摄像机、压力传感器、温度传感器，并使各传感器保持待触发状态；

35、s7：保持所有阀门处于关闭状态，打开爆炸点火装置进行点火，h型巷道内预混气体被点燃爆炸，爆炸检测装置记录并检测h型巷道内燃烧爆炸数据；高速摄像机拍摄的火焰传播图像以及压力传感器和温度传感器测出的数据均储存至计算机中；

36、s8：对h型巷道内不同位置的聚气空间进行聚气，重复步骤s1至步骤s7，检测不同聚气位置下，多个爆源能量条件下的瓦斯爆燃火焰传播特性参数。

37、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

38、1、本发明通过各巷道连通形成“h”字状通道、“i”字状通道、“l”字状通道、“t”字状通道、“z”字状通道以及“c”字状通道，以模拟多巷道、多工况的瓦斯爆炸情况，适应不同的实验需求，有利于防治复杂巷道多爆源瓦斯的深入研究。