一种煤自燃氧气浓度实验测试装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及煤自燃实验技术领域，公开了一种煤自燃氧气浓度实验测试装置，包括：炉体，炉体的侧壁上均匀设有多个第一通孔、多个第二通孔、多个第三通孔和多个漏风口，炉体内设有多个陶瓷加热棒、多个第一铁棒、多个第二铁棒、多个温度传感器和多个气体采集管，炉体外设有温度控制系统、气体收集池、气体激光光谱装置、数据采集卡和计算机控制系统，多个陶瓷加热棒和多个温度传感器分别与温度控制系统连接，温度控制系统和气体激光光谱装置分别与数据采集卡连接，数据采集卡与计算机控制系统连接，这种煤自燃氧气浓度实验测试装置，能够有效地监测氧气浓度的变化，从而得出在煤层自燃情况下氧气浓度场的分布规律。

An Experimental Device for Measuring Oxygen Concentration in Coal Spontaneous Combustion

The utility model relates to the technical field of coal spontaneous combustion experiment, and discloses an experimental device for measuring oxygen concentration in coal spontaneous combustion. The device comprises a furnace body, a side wall of the furnace body evenly provided with multiple first through holes, multiple second through holes, multiple third through holes and multiple air leaks. The furnace body is provided with multiple ceramic heating rods, multiple first iron rods, multiple second iron rods, multiple temperature sensors and multiple air leaks. There are temperature control system, gas collection pool, gas laser spectrum device, data acquisition card and computer control system outside the furnace. Ceramic heating rods and temperature sensors are connected with temperature control system, temperature control system and gas laser spectrum device are connected with data acquisition card respectively, and data acquisition card is connected with computer control system. This device can effectively monitor the change of oxygen concentration in spontaneous combustion of coal, and thus obtain the distribution law of oxygen concentration field under spontaneous combustion of coal seam.

【技术实现步骤摘要】
一种煤自燃氧气浓度实验测试装置
本技术涉及煤自燃实验
，特别涉及一种煤自燃氧气浓度实验测试装置。
技术介绍
煤自燃是指不经点燃而自行着火的现象，自燃火灾包括煤田自燃及矿井自燃。煤田自燃是指在自燃环境下，因氧化聚热引发的自燃状态的煤层沿露头燃烧的现象。煤田自燃不断向深部发展所形成的大面积煤田火灾，是人类面临的重大自燃灾害之一。由于煤田自燃难以控制，治理难度大，成为极难解决的问题。对于目前现有技术的研究，J.B.Stott等1979年在美国匹兹堡实验室设计建立圆柱形煤自然发火实验炉，进行煤自燃的传质、传热过程研究。X.D.Chen等在1987-1990年期间，在坎特伯雷大学又建立了煤体自然发火实验台，用于研究煤的耗氧和传热性。90年代以后，出现了大吨位的煤炭自然发火实验台。A.C.Smith等1991年建立了装煤量13吨的大型煤自燃实验炉；D.Cliiff等1998年建立了装煤量16吨的大型煤自燃实验炉。徐精彩于20世纪80年代末自主设计并研制了我国首台大型的自然发火实验台(装煤0.85吨)，之后在对该实验台进行改进提升的基础上，装煤量扩大到1.5吨，在2013年全面改造后装煤量扩大到约为2.5吨，并在山东兖矿集团南屯煤矿建立了能够装煤15吨的大型实验炉。通过实验台模拟自燃火灾的发展过程，对煤火发生、发展过程中的临界温度、耗氧速率、放热强度、最短自然发火期等参数进行了相关的研究。综上所述，目前现有的实验测试装置成本高、实验周期长，对于煤田自燃火灾预测预报技术对不同漏风位置以及氧气浓度场分布带来的影响研究不足，无法满足对煤自燃预测技术的需要，更无法为实际生产提供更为有效的特性参数以及工作中提供更为有效的技术指导。
技术实现思路
本技术提供一种煤自燃氧气浓度实验测试装置，可以解决现有技术中的上述问题。本技术提供了一种煤自燃氧气浓度实验测试装置，包括：炉体，炉体的侧壁上均匀设有多个第一通孔、多个第二通孔、多个第三通孔和多个漏风口，炉体内设有多个陶瓷加热棒、多个第一铁棒、多个第二铁棒、多个温度传感器和多个气体采集管，多个陶瓷加热棒一一对应通过多个第一通孔插入炉体内，多个第一铁棒一一对应通过多个第二通孔插入炉体内，多个第二铁棒一一对应通过多个第三通孔插入炉体内，多个第一铁棒的两端均固定有温度传感器，多个第二铁棒两端均固定有气体采集管，多个陶瓷加热棒、多个第一铁棒和多个第二铁棒均按照东、南、西、北四个方位交叉布置在炉体内，上下相邻的两个陶瓷加热棒之间的间距为100～105mm，第一铁棒和第二铁棒交叉设置在陶瓷加热棒的上方和下方，炉体上设有温度控制系统、炉体外设有气体收集池、气体激光光谱装置、数据采集卡和计算机控制系统，多个陶瓷加热棒和多个温度传感器分别与温度控制系统连接，多个气体采集管与气体收集池相连通，气体激光光谱装置正对气体收集池设置，温度控制系统和气体激光光谱装置分别与数据采集卡连接，数据采集卡与计算机控制系统连接。多个漏风口分别通过进气管道连接空气泵，空气泵上设有电磁阀，进气管道上均设有流量计，流量计与数据采集卡连接，电磁阀和计算机控制系统连接。所述炉体的底部设有多个液压支架，多个液压支架均匀设置在炉体底部的周向边缘。所述陶瓷加热棒、第一铁棒和第二铁棒均为12个，温度传感器为24个，气体采集管为24个。所述气体激光光谱装置包括：波长传感器、光纤耦合系统、瞄准仪、激光控制器、信号发生器和信号处理系统，波长传感器与光纤耦合系统连接，光纤耦合系统通过瞄准仪与信号处理系统连接，信号发生器与激光控制器连接，激光控制器与光纤耦合系统连接，信号发生器产生1kHz锯齿扫描信号通过激光控制器加载在电流驱动电路上后，发射出激光进行线性扫描，扫描范围内有两条氧气吸收线，发射出的激光光束射入装有氧气的气体收集池内，通过气体收集池透射出的激光光束经过波长传感器光纤耦合系统和瞄准仪后转换为电压信号，电压信号通过信号处理系统处理后，提取氧气吸收谱，计算机控制系统根据氧气吸收谱进行氧气浓度反演。所述气体收集池包括：球面物镜B、球面物镜C、球面场镜M、入射偏转镜和出射偏转镜，入射偏转镜和出射偏转镜均设置在场镜M的边缘，场镜M到物镜B的距离和场镜M到物镜C之间的距离均等于场镜M的曲率半径R，场镜M的曲率中心CC[M]位于物镜B和物镜C的交界处，物镜B的曲率中心CC[B]位于场镜M上中心点的下方，物镜C的曲率中心CC[C]位于场镜M上中心点的上方，物镜B的曲率中心CC[B]和物镜C的曲率中心CC[C]到场镜M中心点的距离相等。所述漏风口为100个。所述炉体包括内层、中层和外层，内层设有耐火砖，中层设有保温层，保温层选用气凝胶材料制成，外层由碳钢材料制成。与现有技术相比，本技术的有益效果在于：本技术的煤自燃氧气浓度实验测试装置具有快速、高效、准确度高以及实时监控的优点。能够通过气体激光光谱装置有效的监测氧气浓度的变化情况，从而得出在煤层自燃情况下氧气浓度场的分布规律；通过不同位置的漏风口改变通风量，进而研究不同漏风位置对温度场的影响；本实验装置用煤量相对较少，试验周期短，能大量减少实验成本并且提高实验数据的精度。附图说明图1为本技术提供的一种煤自燃氧气浓度实验测试装置纵截面的结构示意图。图2为本技术提供的一种煤自燃氧气浓度实验测试装置的原理框图。图3为本技术气体收集池的结构示意图。图4为本技术气体激光光谱装置的结构示意图。图5为煤自燃氧气浓度实验测试方法的流程图。附图标记说明：1-炉体，2-温度控制系统，3-陶瓷加热棒，4-第一铁棒，5-第二铁棒，6-第一通孔，7-第二通孔，8-漏风口，9-液压支撑架，10-温度传感器，11-气体采集管，12-气体收集池，13-气体激光光谱装置，14-数据采集卡，15-计算机控制系统。具体实施方式下面结合附图，对本技术的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本技术的保护范围并不受具体实施方式的限制。如图1和图2所示，本技术实施例提供的一种煤自燃氧气浓度实验测试装置，包括：如图1和图2所示，本专利技术实施例提供的一种煤自燃氧气浓度实验测试装置，包括：炉体1，炉体1的侧壁上均匀设有多个第一通孔6、多个第二通孔7、多个第三通孔9和多个漏风口8，炉体1内设有多个陶瓷加热棒3、多个第一铁棒4、多个第二铁棒5、多个温度传感器10和多个气体采集管11，多个陶瓷加热棒3一一对应通过多个第一通孔6插入炉体1内，多个第一铁棒4一一对应通过多个第二通孔7插入炉体1内，多个第二铁棒5一一对应通过多个第三通孔9插入炉体1内，多个第一铁棒4的两端均固定有温度传感器10，多个第二铁棒5两端均固定有气体采集管11，多个陶瓷加热棒3、多个第一铁棒4和多个第二铁棒5均按照东、南、西、北四个方位交叉布置在炉体1内，上下相邻的两个陶瓷加热棒3之间的间距为100～105mm，第一铁棒4和第二铁棒5交叉设置在陶瓷加热棒3的上方和下方，炉体1上设有温度控制系统2、炉体1外设有气体收集池12、气体激光光谱装置13、数据采集卡14和计算机控制系统15，多个陶瓷加热棒3和多个温度传感器10分别与温度控制系统2连接，多个气体采集管11与气体收集池12相连通，气体激光光谱装置13正对气体收集池12设置，温本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种煤自燃氧气浓度实验测试装置，其特征在于，包括：炉体(1)，炉体(1)的侧壁上均匀设有多个第一通孔(6)、多个第二通孔(7)、多个第三通孔(9)和多个漏风口(8)，炉体(1)内设有多个陶瓷加热棒(3)、多个第一铁棒(4)、多个第二铁棒(5)、多个温度传感器(10)和多个气体采集管(11)，多个陶瓷加热棒(3)一一对应通过多个第一通孔(6)插入炉体(1)内，多个第一铁棒(4)一一对应通过多个第二通孔(7)插入炉体(1)内，多个第二铁棒(5)一一对应通过多个第三通孔(9)插入炉体(1)内，多个第一铁棒(4)的两端均固定有温度传感器(10)，多个第二铁棒(5)两端均固定有气体采集管(11)，多个陶瓷加热棒(3)、多个第一铁棒(4)和多个第二铁棒(5)均按照东、南、西、北四个方位交叉布置在炉体(1)内，上下相邻的两个陶瓷加热棒(3)之间的间距为100～105mm，第一铁棒(4)和第二铁棒(5)交叉设置在陶瓷加热棒(3)的上方和下方，炉体(1)上设有温度控制系统(2)、炉体(1)外设有气体收集池(12)、气体激光光谱装置(13)、数据采集卡(14)和计算机控制系统(15)，多个陶瓷加热棒(3)和多个温度传感器(10)分别与温度控制系统(2)连接，多个气体采集管(11)与气体收集池(12)相连通，气体激光光谱装置(13)正对气体收集池(12)设置，温度控制系统(2)和气体激光光谱装置(13)分别与数据采集卡(14)连接，数据采集卡(14)与计算机控制系统(15)连接。...

【技术特征摘要】
1.一种煤自燃氧气浓度实验测试装置，其特征在于，包括：炉体(1)，炉体(1)的侧壁上均匀设有多个第一通孔(6)、多个第二通孔(7)、多个第三通孔(9)和多个漏风口(8)，炉体(1)内设有多个陶瓷加热棒(3)、多个第一铁棒(4)、多个第二铁棒(5)、多个温度传感器(10)和多个气体采集管(11)，多个陶瓷加热棒(3)一一对应通过多个第一通孔(6)插入炉体(1)内，多个第一铁棒(4)一一对应通过多个第二通孔(7)插入炉体(1)内，多个第二铁棒(5)一一对应通过多个第三通孔(9)插入炉体(1)内，多个第一铁棒(4)的两端均固定有温度传感器(10)，多个第二铁棒(5)两端均固定有气体采集管(11)，多个陶瓷加热棒(3)、多个第一铁棒(4)和多个第二铁棒(5)均按照东、南、西、北四个方位交叉布置在炉体(1)内，上下相邻的两个陶瓷加热棒(3)之间的间距为100～105mm，第一铁棒(4)和第二铁棒(5)交叉设置在陶瓷加热棒(3)的上方和下方，炉体(1)上设有温度控制系统(2)、炉体(1)外设有气体收集池(12)、气体激光光谱装置(13)、数据采集卡(14)和计算机控制系统(15)，多个陶瓷加热棒(3)和多个温度传感器(10)分别与温度控制系统(2)连接，多个气体采集管(11)与气体收集池(12)相连通，气体激光光谱装置(13)正对气体收集池(12)设置，温度控制系统(2)和气体激光光谱装置(13)分别与数据采集卡(14)连接，数据采集卡(14)与计算机控制系统(15)连接。2.如权利要求1所述的煤自燃氧气浓度实验测试装置，其特征在于，多个漏风口(8)分别通过进气管道连接空气泵，空气泵上设有电磁阀，进气管道上均设有流量计，流量计与数据采集卡(14)连接，电磁阀和计算机控制系统(15)连接。3.如权利要求1所述的煤自燃氧气浓度实验测试装置，其特征在于，所述炉体(1)的底部设有多个液压支架(16)，多个液压支架(16)均匀设置在炉...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵婧昱，郭涛，邓军，肖旸，宋佳佳，张宇轩，王伟峰，王涛，张嬿妮，马晓明，刘登基，马英，袁彬钦，徐林，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：新型
国别省市：陕西,61