一种用于煤岩自燃氧化特性分析的分析仪及分析方法技术

本发明专利技术公开了一种用于煤岩自燃氧化特性分析的分析仪及分析方法，属于煤岩分析技术领域。分析仪包括外壳、框架、快速开合系统、加热温控系统、温度采集系统、稳定注入系统、样品反应容器、管线、色谱分析系统。分析方法为：空压机通过管线经稳定注入系统将气体注入样品反应容器，快速开合装置开启，样品反应容器内加入煤岩样品，通过加热温控系统对样品反应容器加热，并通过温度采集系统采集温度，样品反应容器产生的气体进入色谱分析系统进行色谱分析。本发明专利技术的用于煤岩自燃特性分析仪及方法，测试煤自燃程序性升温过程中不同粒度、不同温度段下煤与空气反应的耗氧特性、气体浓度、气体产生率等规律，并在此基础上分析自燃特性。

【技术实现步骤摘要】
一种用于煤岩自燃氧化特性分析的分析仪及分析方法
本专利技术具体涉及一种用于煤岩自燃氧化特性分析的分析仪及分析方法，属于煤岩分析

技术介绍
煤自燃是煤不经点燃而自行着火的现象，是有自燃倾向性的煤在遇到空气中的氧气时，进行氧化产生的热量大于向周围环境中散失的热量，发生了热量聚集，使煤温升高达到燃点而着火的过程。煤层露头、老窿，以及煤堆，都是容易引起煤自燃的场所。煤的自燃不但浪费地下煤炭资源，而且影响煤矿生产和安全。煤自燃的原因，主要是煤与空气接触发生氧化，一方面使煤的温度升高，同时又使煤的燃点降低，因而易于引起煤的自燃。此外，煤层由于地质构造变动或因采掘而破碎，以及通风不良等，也是引起自燃的因素。煤岩自燃特性，是煤岩的一项重要指标，对煤岩的自燃特性分析是煤岩性能分析的主要工作之一。现有的分析方法中，通过对煤岩组成成分进行分析，是煤岩自燃的一个主要分析方法。近年来，出现了模拟实际的煤岩自燃分析仪器，但是功能都很单一，局限于采用色谱吸氧法测定吸氧量，分析判定自燃发火倾向性及难易程度。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的缺陷，本专利技术提出一种可用于煤岩自燃氧化特性分析的分析仪。具体的，本专利技术的用于煤岩自燃特性分析仪，包括外壳、框架、快速开合系统、加热温控系统、温度采集系统、稳定注入系统、样品反应容器、管线、色谱分析系统，样品反应容器安装在框架顶部，空压机通过管线经稳定注入系统连通样品反应容器，快速开合系统设置在样品反应容器上，加热温控系统、温度采集系统连接至样品反应容器，样品反应容器产生的气体经气样定时定量自动采集系统，通过管线连通色谱分析系统。进一步的，所述快速开合系统包括卡箍、铜丝杠、滑轮、电机、电机控制器、减速器，电机控制器、减速器连接电机，电机输出端通过滑轮依次连接铜丝杠及卡箍。进一步的，所述加热温控系统包括保温层、加热套、热电阻、温控仪表，保温层设置在样品反应容器内部，保温层内设置加热套，加热套内部设有热电阻。进一步的，所述温度采集系统包括温度传感器。温度传感器包括系统内环境温度传感器，还包括煤样样品容器内温度传感器，前者用于测定系统内环境温度，后者用于测定样品容器内煤样的实际温度，而且后者的数量为多个，用于测定煤样多个点的温度。进一步的，所述的温度控制系统，采用单片机进行控制，可以设定多种升温方式，可根据实际实验的升温需要，编写升温程序。由于煤炭是热的不良导体，因此在升温过程中，会造成煤温与环境温度（或加热体温度）差异过大，若不采取精确控制的措施，温差可达100℃，严重影响实验的精度和数据的可靠性。因此，为实现实验过程中的温度控制的精度，防止出现冲温现象。本专利中，温度控制以实时测得的煤温数据为基准，将预设的煤温与实际煤温的差值进行时间上的微分处理，自动设定多个临时温度值，然后根据实际煤温与下一个临时温度值的差值，实时调整加热器的加热输出功率，即当实时煤温与临时预设值相差较大时，温控系统会自动加大加热器的输出功率，相反地，当差值较小时，会自动减小输出功率。进一步的，所述稳定注入系统包括调压阀、稳压阀、压力传感器、显示表、质量流量控制器、单向阀、过滤器。进一步的，所述气样定时定量自动采集系统，与工控机相连，按照预设的采集方式定时定量采集气样，并送入气相色谱分析仪中，进行气体组份测定。具体的采集方式，可以设定为按照实际煤温达到某一条件（如煤温达到5℃的整数倍数）时自动采集，或者每隔固定的时间间隔（如20分钟）自动采集，每次定量采集30ml，其余时间通过三通装置，将气体产物通入尾气处理装置。进一步的，所述分析仪还包括产出气体降温装置、背压系统，样品反应容器产生的气体通过管线连通产出气体降温装置、背压系统，背压系统包括反向安全阀。进一步的，所述样品容器为316L不锈钢材质制成。本专利技术还提供了利用上述分析仪实现的煤岩自燃特性分析方法，所述方法具体为：空压机通过管线经稳定注入系统将气体注入样品反应容器，快速开合装置开启，样品反应容器内加入煤岩样品，通过加热温控系统对样品反应容器加热，并通过温度采集系统采集温度，样品反应容器产生的气体进入色谱分析系统进行色谱分析，获得煤自燃程序性升温过程中不同粒度、不同温度段下煤与空气反应的耗氧特性、气体浓度、气体产生率数据。进一步的，所述方法中样品反应容器产生的气体最终通过管线进入产出气体降温装置、背压系统。本专利技术的有益效果在于：本专利技术的用于煤岩自燃特性分析仪及方法，测试煤自燃程序性升温过程中不同粒度、不同温度段下煤与空气反应的耗氧特性、气体浓度、气体产生率等规律，并在此基础上分析自燃特性。为现场生产提供科学可靠的指导依据，相比于现有技术的分析仪器和方法，将现有系统合二为一（即气相色谱仪和程序升温系统合成一套设备），设备操作更加便捷、温控系统更加科学，更适用于煤岩体升温测试，测试数据更精确可靠，测试过程更简便。不仅可以测试煤炭自燃的特性，还可以测试岩体的热破坏特性，适用范围更加广泛。附图说明图1为煤岩自燃分析仪的结构示意图；图2为样品反应容器部分的示意图；图3为煤岩自燃分析方法的流程图。附图标记如下：1、外壳，2、框架，3、卡箍，4、铜丝杠，5、滑轮，6、保温层，7、加热套，8、热电阻，9、气体质量流量计，10、色谱分析系统，11、电机，12、稳定注入系统，13、管线。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行说明：实施例1如图1、图2所示，用于煤岩自燃氧化特性分析的分析仪主要由：外壳1、框架2、快速开合系统、加热控温系统、温度采集系统、稳定注入系统12、产出气体降温装置、背压系统、样品反应容器、支架、阀门、管线13等组成。快速开合系统主要由卡箍3、铜丝杠4、滑轮5、电机11、电机控制器、减速器等组成；卡箍3：卡箍3是连接带沟槽的管件、阀门以及管路配件的一种连接装置。用在对快接头之间起紧箍作用，一般两个接头带有垫片，有橡胶，和硅胶，四氟。铜丝杠4，连接卡箍3及为电机11转动提供支撑作用。电机11：选用惠斯通步进电机，为密封卡箍3提供动力源。减速器：是指原电机与工作机之间独立封闭式传动装置，用来降低转速并相应地增大转矩。加热控温系统包括：加热套7：加热温度室温-250℃，控温精度0.1℃。保温层6：特殊航天材料保温装置，外置不锈钢保护套。热电阻8。控温仪表：基本误差0.2%FS，双排满四位LED数码管显示，采样速率5次/秒，显示周期0.6秒。温度采集系统包括：包含温度传感器、采集仪表、接头等。温度传感器：进口OMEGA，量程：0-250℃，精度：±0.3%FS。采集仪表：基本误差0.2%FS，双排满四位LED数码管显示，采样速率5次/秒，显示周期0.6秒。稳定注入系统包括：包含：高精度调压阀、高精度稳压阀、压力传感器、显示仪表、气体质量流量计9、单向阀、过滤器等。高精度调压阀：控制一定微小压力，恒定设定、控制。设定压力范围0.005-0.2MPa，灵敏度0.2%满度以内。高精度稳压阀：稳定一定压力，超过设置压力后自动分压、泄压。适用范围0-0.9MPa，压力传感器：量程0.5MPa，准确度0.1级。气体质量流量计9：流量范围0-200ml，产品精度±1％F.S，工作压差范围：0.1-0.5MPa。单向阀及过滤器：过滤器保证进气量干燥清洁，无杂质。单向阀保证本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于煤岩自燃氧化特性分析的分析仪，包括外壳、框架，其特征在于，所述分析仪还包括快速开合系统、加热温控系统、温度采集系统、稳定注入系统、样品反应容器、管线、色谱分析系统，样品反应容器安装在框架顶部，空压机通过管线经稳定注入系统连通样品反应容器，快速开合系统设置在样品反应容器上，加热温控系统、温度采集系统连接至样品反应容器，样品反应容器产生的气体通过管线连通色谱分析系统。

【技术特征摘要】
1.一种用于煤岩自燃氧化特性分析的分析仪，包括外壳、框架，其特征在于，所述分析仪还包括快速开合系统、加热温控系统、温度采集系统、稳定注入系统、样品反应容器、管线、色谱分析系统，样品反应容器安装在框架顶部，空压机通过管线经稳定注入系统连通样品反应容器，快速开合系统设置在样品反应容器上，加热温控系统、温度采集系统连接至样品反应容器，样品反应容器产生的气体通过管线连通色谱分析系统。2.如权利要求1所述的用于煤岩自燃氧化特性分析的分析仪，其特征在于，所述快速开合系统包括卡箍、铜丝杠、滑轮、电机、电机控制器、减速器，电机控制器、减速器连接电机，电机输出端通过滑轮依次连接铜丝杠及卡箍。3.如权利要求1所述的用于煤岩自燃氧化特性分析的分析仪，其特征在于，所述加热温控系统包括保温层、加热套、热电阻、温控仪表，保温层设置在样品反应容器内部，保温层内设置加热套，加热套内部设有热电阻。4.如权利要求1所述的用于煤岩自燃氧化特性分析的分析仪，其特征在于，所述温度采集系统包括温度传感器。5.如权利要求1所述的用于煤岩自燃氧化特性分析的分析仪，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王亚超，罗振敏，翟小伟，郭军，王伟峰，肖旸，张嬿妮，程方明，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61