一种测试煤自然发火全过程的实验系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种测试煤自然发火全过程的实验系统，解决现有实验装置不能十分准确的测试出实验结果，且耗时较长，实验过程消耗大量人力物力的问题。该系统包括供气装置、流量自动控制装置、煤样罐、加热炉、高温天平、过滤装置、冷却装置、气体检测装置和计算机；煤样罐放置在加热炉内，高温天平通过阻热传感线连接煤样罐；供气装置包括多个气罐，气罐的出口处设置有减压阀；供气装置通过进气导管与煤样罐连接，煤样罐通过出气导管与气体检测装置连接，气体检测装置将数据传输给计算机；进气导管上设置有流量自动控制装置，出气导管上设置有过滤装置和冷却装置。

An experimental system for testing the whole process of spontaneous combustion of coal

The utility model relates to an experimental system for testing the whole process of coal spontaneous combustion, which solves the problem that the existing experimental device can not test the experimental results very accurately, and takes a long time and consumes a lot of manpower and material resources in the experimental process. The system includes gas supply device, flow automatic control device, coal sample tank, heating furnace, high temperature balance, filter device, cooling device, gas detection device and computer; coal sample tank is placed in heating furnace, high temperature balance is connected to coal sample tank through heat resistance sensor line; gas supply device includes multiple gas tanks, and pressure reducing valve is set at the outlet of gas tank; gas supply device is connected with coal sample tank through intake pipe; The coal sample tank is connected with the gas detection device through the gas outlet pipe, and the gas detection device transmits data to the computer; the flow automatic control device is set on the intake pipe, and the filter device and cooling device are set on the gas outlet pipe.

【技术实现步骤摘要】
一种测试煤自然发火全过程的实验系统
本技术涉及一种煤燃烧实验系统，具体涉及一种测试煤自然发火全过程的实验系统。
技术介绍
矿井煤自燃是煤矿五大灾害之一，中国90％以上的煤层具有自燃或易自燃特点。随着煤矿开采强度不断增大，矿井开采水平不断延深，煤层瓦斯压力、瓦斯含量、地应力和瓦斯涌出量不断增大，煤自燃火灾对矿井安全生产构成了严重威胁。煤炭自燃引起的火灾约占矿井火灾总数的85％，其中采空区自燃火灾占煤矿内因火灾的60％以上，中国25个主要产煤省区的130余个大中型矿区均不同程度受到煤层自然发火威胁。如宁夏宁东矿区、陕北神东矿区等每年都出现由于煤自燃引起的CO异常燃烧现象，煤炭自然发火严重。据统计，死亡10人以上的重特大事故中，由火灾直接引起的约占6.7％。煤炭自燃诱发煤矿瓦斯及粉尘爆炸等次生灾害，易造成事故和损失扩大。煤自燃是一种复杂的物理变化反应，其发展是一种非线性的动态变化过程，包括由低温缓慢氧化到快速氧化阶段，且煤在整个变化过程中会产生大量的指标气体。煤自燃气体产物是指煤层在井下环境条件下由于其自燃而释放出来的气体，其包括两部分，一部分为煤自燃氧化气体，是由于煤自身氧化产生的气体产物；另一部分为煤自燃吸附气体，是成煤过程中吸附的气体，由于煤体温度升高而解吸出来的。因此，准确的测试研究指标气体随温度变化的规律，在各矿井生产过程中对煤自燃的防治有着极为重要的指导意义。目前，常采用氧化实验炉法进行煤炭自燃倾向性的研究，即建立大型煤炭自燃发火实验平台模拟煤炭自燃，根据温度控制方式可分为：恒温氧化法(包括活化能法、新交叉点温度法)、跟踪控温法(包括自动热温速率和自热温度法)和程序升温法(交叉点温度法)。目前煤低温程序升温实验是测试煤指标气体和自燃特性的主要手段之一，其优势主要在于能够在较短时间内检测出不同煤样的自燃特征。对于现有煤自然发火特性参数研究的实验，体型较大、功能较为齐全的实验装置，具有测试时间较长、测试成本也较高的缺陷；体型较小的，虽然测试时间明显缩短，但能够检测的温度较低，且功能也较为单一，实验系统会对测试结果造成系统误差。因此，由于现有的实验装置不能十分准确的测试出相关的实验结果，且耗时较长，实验过程还消耗大量人力物力，故十分有必要开发出一种全新的煤自然发火全过程的实验系统装置。
技术实现思路
本技术的目的是解决现有实验装置不能十分准确的测试出实验结果，且耗时较长，实验过程消耗大量人力物力的问题，提供了一种测试煤自然发火全过程的实验系统。为了实现上述目的，本技术的技术方案是：一种测试煤自然发火全过程的实验系统，包括供气装置、流量自动控制装置、煤样罐、加热炉、高温天平、过滤装置、冷却装置、气体检测装置和计算机；所述煤样罐放置在加热炉内，加热炉上方放置有高温天平，高温天平通过阻热传感线连接煤样罐，用于称量煤样罐的质量；所述供气装置包括多个气罐，所述气罐的出口处设置有减压阀；所述供气装置通过进气导管与煤样罐连接，所述煤样罐通过出气导管与气体检测装置连接，气体检测装置将数据传输给计算机；所述进气导管上设置有流量自动控制装置，所述出气导管上设置有过滤装置和冷却装置；所述流量自动控制装置包括压力表、第一质量流量控制器、第二质量流量控制器；所述压力表和第一质量流量控制器设置在各气罐的出口管路上，所述第二质量流量控制器设置在煤样罐的进口管路上。进一步地，所述出气导管上还设置有气密管路，所述气密管路的末端与水槽连通。进一步地，所述加热炉包括炉体和炉门，炉体包括外壳、内壳、绝热材料、加热单元、测温单元和控制面板；所述外壳和内壳的间隙采用绝热材料填充，所述加热单元为多个，分别设置在炉体侧壁、炉体上部和底部；所述测温单元为多个，分别设置在炉体内和煤样罐内，所述控制面板设置在炉体外壳表面，且分别控制加热单元和测温单元，所述风扇设置在炉体侧壁上。进一步地，所述外壳和内壳均采用金属材料制成，绝热材料为气凝胶，加热单元为镍铬电炉丝，测温单元为单铂铑热电偶。进一步地，所述测温单元、加热单元与控制面板的连接导线均包裹有阻热材料。进一步地，所述冷却装置为半封闭水槽，槽壁放置封装的半导体制冷片。进一步地，所述气体检测装置为激光气体分析仪。进一步地，所述出气导管上还设置有第三质量流量控制器。进一步地，所述煤样罐分为罐盖和罐体两部分，罐盖和罐体使用法兰连接。进一步地，所述罐体的形状为圆柱体，罐体被悬挂在炉体空间中心。本专利技术的有益效果为：1.本技术系统相对于现有的试验装置，大幅度减小实验员的工作量，高度自动化，能在高温、高烟尘等恶劣环境下工作，且能能够实现恒温、程序升温、跟踪升温等多种实验条件。2.本技术系统在实验的过程中，由于做到了实时检测气体的浓度变化，会得到比以往实验过程中更加精准的实验数据，这对于研究低温阶段煤自然发火的机理有着重要的意义。3.本技术通过对气路部分的优化，使得误差较现在的试验装置大幅度减小，无需气体采集与人工测试过程，进一步减少了实验的系统误差。系统精准控制实验过程中的气体流量，减小实验误差，得到实验过程中煤样质量随温度变化规律。4.本技术使用激光气体分析仪的预热时间约为十五分钟，使用时无需校准设备，测量气体组分浓度不到五秒钟。普通气相色谱仪大约需要一小时的预热，使用两小时校准气相色谱仪，每次测量气体组分大约需要十分钟，因此极大的缩短了试验周期。5.本技术系统还完善了检测气体组分的多样化，具此得到全新的煤自然发火全过程实验系统装置。附图说明图1为本技术测试煤自然发火全过程的实验系统示意图；图2为本技术加热炉炉体结构示意图。附图标记：1-气罐，2-减压阀，3-压力表，4-第一质量流量控制器，5-第二质量流量控制器，6-两位三通电磁阀，7-高温天平，8-煤样罐，9-加热炉，10-冷却装置，11-过滤装置，12-第三质量流量控制器，13-气体检测装置，14-计算机，15-气密管路，16-水槽，18-进气导管，19-出气导管，91-外壳，92-内壳，93-绝热材料，94-加热单元，95-测温单元，96-控制面板，97-风扇。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术的内容作进一步详细描述。本技术提供一种加热炉与测气装置一体的、能够实现不间断测试的煤自然发火全过程的实验系统装置。该系统一是解决实验系统本身带来的对测试结果造成系统误差；二是克服了原有实验装置较长的测试时间，避免了人工取气测试过程中造成的人为误差；三是完善了检测气体组分的多样化，具此得到全新的煤自然发火全过程实验系统装置。如图1所示，该测试煤自然发火全过程的实验系统，包括供气装置、流量自动控制装置、煤样罐8、加热炉9、高温天平7、过滤装置11、冷却装置10、气体检测装置13和计算机14。加热炉9由炉体和炉门构成，炉体的形状为长方体，包括两个短侧壁和一个长侧壁。炉体包括外壳91、内壳92、绝热材料93、加热单元94、测温单元95和控制面板96；外壳91和内壳92的间隙使用绝热材料93填充，加热单元94为多个，分别设置在炉体侧壁、炉体上部和底部；测温单元95为两个，分别设置在炉体的侧壁及罐体内，放置在炉体侧壁的测温单元95的作用是监测炉体内的温度，罐体内测温单元95用于测量罐体内的温度。控制面板96设置在炉体外壳本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测试煤自然发火全过程的实验系统，其特征在于：包括供气装置、流量自动控制装置、煤样罐(8)、加热炉(9)、高温天平(7)、过滤装置(11)、冷却装置(10)、气体检测装置(13)和计算机(14)；所述煤样罐(8)放置在加热炉(9)内，加热炉(9)上方放置有高温天平(7)，高温天平(7)通过阻热传感线连接煤样罐(8)，用于称量煤样罐(8)的质量；所述供气装置包括多个气罐(1)，所述气罐(1)的出口处设置有减压阀(2)；所述供气装置通过进气导管(18)与煤样罐(8)连接，所述煤样罐(8)通过出气导管(19)与气体检测装置(13)连接，气体检测装置(13)将数据传输给计算机(14)；所述进气导管(18)上设置有流量自动控制装置，所述出气导管(19)上设置有过滤装置(11)和冷却装置(10)；所述流量自动控制装置包括压力表(3)、第一质量流量控制器(4)、第二质量流量控制器(5)；所述压力表(3)和第一质量流量控制器(4)设置在各气罐(1)的出口管路上，所述第二质量流量控制器(5)设置在煤样罐(8)的进口管路上。

【技术特征摘要】
1.一种测试煤自然发火全过程的实验系统，其特征在于：包括供气装置、流量自动控制装置、煤样罐(8)、加热炉(9)、高温天平(7)、过滤装置(11)、冷却装置(10)、气体检测装置(13)和计算机(14)；所述煤样罐(8)放置在加热炉(9)内，加热炉(9)上方放置有高温天平(7)，高温天平(7)通过阻热传感线连接煤样罐(8)，用于称量煤样罐(8)的质量；所述供气装置包括多个气罐(1)，所述气罐(1)的出口处设置有减压阀(2)；所述供气装置通过进气导管(18)与煤样罐(8)连接，所述煤样罐(8)通过出气导管(19)与气体检测装置(13)连接，气体检测装置(13)将数据传输给计算机(14)；所述进气导管(18)上设置有流量自动控制装置，所述出气导管(19)上设置有过滤装置(11)和冷却装置(10)；所述流量自动控制装置包括压力表(3)、第一质量流量控制器(4)、第二质量流量控制器(5)；所述压力表(3)和第一质量流量控制器(4)设置在各气罐(1)的出口管路上，所述第二质量流量控制器(5)设置在煤样罐(8)的进口管路上。2.根据权利要求1所述的测试煤自然发火全过程的实验系统，其特征在于：所述出气导管(19)上还设置有气密管路(15)，所述气密管路(15)的末端与水槽(16)连通。3.根据权利要求2所述的测试煤自然发火全过程的实验系统，其特征在于：所述加热炉(9)包括炉体和炉门，所述炉体包括外壳(91)、内壳(92)、绝...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵婧昱，张宇轩，宋佳佳，张嬿妮，邓军，郭涛，王涛，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：新型
国别省市：陕西,61