一种瓦斯煤尘混合爆炸模拟试验装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种瓦斯煤尘混合爆炸模拟试验装置，属于煤矿灾害防治研究领域。所述装置由甲烷气瓶、压缩空气瓶、减压阀、电磁阀、流量计、三通、煤尘腔、阀门、真空泵、模拟巷道、试验架、防爆安全阀、点火探针、点火器、压力传感器、温度传感器、一氧化碳传感器、数据采集仪、高速摄像仪、三角支架、计算机、连接管、连接线、数据线、煤尘扫组成。本发明能研究瓦斯与煤尘爆炸性相互促进关系、瓦斯煤尘混合爆炸各特征参数的演化规律，对煤矿特大灾害事故防治研究具有重要意义。
【专利说明】一种瓦斯煤尘混合爆炸模拟试验装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及煤矿灾害防治研究领域，尤其是涉及一种瓦斯煤尘混合爆炸模拟试验
>J-U装直。
【背景技术】
[0002]在煤矿发生的灾害事故中，多数都有煤尘参与，其中有煤尘参与的瓦斯爆炸导致的死亡人数约占85%。瓦斯煤尘混合爆炸的典型特征是，其爆炸威力比瓦斯或煤尘单一因素的爆炸剧烈的多，且煤尘在瓦斯爆燃的影响下会发生不完全氧化反应而产生大量的一氧化碳，其毒理特性又会加剧事故的死亡人数。所以，在煤矿灾害事故中，有煤尘参与的瓦斯爆炸事故一直都是最严重的，严重影响了煤矿安全生产，制约了煤炭工业发展的步伐。因此，研究瓦斯煤尘混合爆炸(即有煤尘参与的瓦斯爆炸)特性对掌握其破坏规律和防控重特大煤矿灾害事故具有重要意义；然而，目前还没有关于此方面研究的专利，也就是说，有必要发明一种能开展瓦斯煤尘混合爆炸模拟试验装置，为开展相关科学研究提供帮助，并通过系列试验研究找到瓦斯、煤尘爆炸性的相互促进关系(如煤尘浓度对瓦斯爆炸极限的影响、瓦斯浓度对煤尘爆炸极限的影响等)，以及瓦斯煤尘混合爆炸的各特征参数(如压力、温度、一氧化碳、火焰、烟气云等)演化规律，为重特大瓦斯煤尘灾害事故的防控和救援提供理论支持。
【发明内容】
[0003]为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种瓦斯煤尘混合爆炸模拟试验装置，通过本发明能研究瓦斯与煤尘爆炸性之间的相互促进关系、瓦斯煤尘混合爆炸过程中各特征参数的演化规律。
[0004]本发明采用的技术方案为:
[0005]发明一种瓦斯煤尘混合爆炸模拟试验装置，所述高压气瓶和压缩空气瓶分别通过连接管与减压阀a和b、电磁阀a和b、流量计a和b连接，然后交汇于三通；所述三通的另一接口通过连接管与煤尘腔相连，然后通过阀门a接入模拟巷道；所述真空泵通过连接管和阀门b接入模拟巷道；所述模拟巷道固定在试验架上，其上布置了防爆安全阀、点火探针、压力传感器、温度传感器和一氧化碳传感器；所述点火探针通过连接线与点火器相连，点火器的另一端通过连接线与数据采集仪相连；所述压力传感器、温度传感器和一氧化碳传感器通过连接线分别接入数据采集仪的不同接口 ；所述数据采集仪另有一路通过连接线与高速摄像仪相连；所述高速摄像仪安设在三角支架上，通过数据线连接于计算机；所述U型铁丝杆固定在橡胶圈上，在橡胶圈外侧嵌套一个海绵套，共同构成煤尘扫。
[0006]进一步，所述甲烷气瓶和压缩空气瓶固定放置，防止倾倒而出现事故隐患。
[0007]进一步，所述煤尘腔上有拧盖口，通过该口可以装入预制煤尘，煤尘要在200目以上，要经过电热鼓风干燥箱干燥，并用电子天平称量好克数，装入后拧紧盖口，煤尘腔内的腔体呈弧形，利于煤尘吹入模拟巷道中。[0008]进一步，所述模拟巷道为透明高强度钢化玻璃制成的圆柱筒形腔体，两端可拆卸，通过螺栓、螺母和密封圈来固定圆柱筒体和两端面的透明高强度钢化玻璃。
[0009]进一步，所述防爆安全阀安装于模拟巷道的中部附近，以防止煤尘爆炸产生的压力超过钢化玻璃强度而毁损模拟巷道；所述点火探针安装于模拟巷道的中部，且针尖位于巷道断面的中心位置，以便于爆炸过程中的数据采集；所述压力传感器测量范围为0?lOMPa，温度传感器最高可测温度不小于4000°C，一氧化碳传感器的测量范围为0?500ppm,各传感器数量根据模拟巷道的长度来确定,其中压力传感器从模拟巷道中部向一侧等距离布置，温度传感器从模拟巷道中部向一侧沿两边布置，一氧化碳传感器从模拟巷道中部向一侧始末布置，且各传感器连接于数据采集仪的不同通道接口 ；所述数据采集仪用于记录、存储传感器采集的压力、温度和一氧化碳数据。
[0010]进一步，所述点火器、数据采集仪和高速摄像仪通过连接线相连，在点火器点着点火探针的同时，触发数据采集仪开始采集数据，此时数据采集仪通过外触发开启高速摄像仪同步开始摄像；所述高速摄像仪是可调焦的，且最短曝光时间为Iy S，在降低分辨率情况下最大帧速可达100，OOOfps，其架设在一个各方位角度可调的三角支架上，并通过数据线与计算机相连，在计算机中通过软件对高速摄像仪进行操作及对拍摄图像进行存储、分析和处理。
[0011]进一步，所述U型铁丝杆为U型的硬铁丝，其长度不小于模拟巷道的长度，橡胶圈所在圆直径略小于模拟巷道，海绵套为软质海绵以实现清扫功能，且橡胶圈和海绵套有一个豁口，用以在试验完成后清扫模拟巷道时通过点火探针。
[0012]进一步，该装置包括以下使用步骤:
[0013]I)取下模拟巷道两侧的透明玻璃断面，用煤尘扫清洁模拟巷道，清洁后，密闭模拟巷道两端面。
[0014]2)检查各传感器的连接完好性，打开数据采集仪；将高速摄像仪架设在三角支架上，用数据线将高速摄像仪和计算机连接、同时用连接线连接数据采集仪和高速摄像仪，打开计算机和高速摄像仪，之后打开计算机中的摄像控制软件，根据软件中所示的实时图像调整三角支架和高速摄像仪，得到所需拍摄角度和清晰度。
[0015]3)保持阀门a关闭状态，打开阀门b，开启真空泵对模拟巷道进行抽真空；关闭阀门b，将预制好的200目煤尘装入煤尘腔；打开阀门a，并先后打开甲烷气瓶、压缩空气瓶、减压阀a和b、电磁阀a和b以及流量计a和b，通过调节甲烷和压缩空气进入模拟巷道的混合量以及不同预制的煤尘量，得到不同煤尘和瓦斯浓度下的预混空间。
[0016]4)关闭阀门a，检查点火探针与点火器的连接完好性，同时用连接线连接点火器和数据采集仪；点火器对点火探针点火，并触发数据采集仪开始采集压力、温度和一氧化碳的实时数据，同时数据采集仪通过外触发开启高速摄像仪，同步开始对模拟巷道中瓦斯煤尘混合爆炸全过程进行摄像。
[0017]5)通过对采集的压力、温度和一氧化碳数据、瓦斯煤尘混合爆炸影像的综合分析和处理，找到瓦斯与煤尘爆炸性相互促进的规律，以及瓦斯煤尘混合爆炸的各特征参数的演化规律(如爆炸应力波传播规律、温度变化规律、一氧化碳产生与变化规律、火焰变化规律和烟气云传播规律等)。
[0018]本发明的有益效果是:[0019]1、本发明能定量地研究瓦斯和煤尘爆炸性之间的相互促进关系；
[0020]2、本发明能定量地研究瓦斯煤尘混合爆炸各特征参数(如压力、温度、一氧化碳、火焰、烟气云等)的演化规律；
[0021]3、本发明构造简单、性能稳定，方便开展瓦斯与煤尘爆炸相关性的系列研究工作。【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为本发明实施例1的结构示意图。
[0023]图2为本发明实施例2的结构示意图。
[0024]图3为煤尘腔内部结构示意图。
[0025]图4为模拟巷道立体示意图。
[0026]图5为煤尘扫立体示意图。
[0027]其中:1 一甲烧气瓶，2—压缩空气瓶，3—减压阀a、b,4 —电磁阀a、b,5—流量计a、b，6—二通，7—煤尘腔，8 —阀丨]a、b, 9—真空栗，10—模拟巷道，11 一试验架，12—防爆安全阀，13一点火探针，14一点火器，15一压力传感器a、b、c, 16一温度传感器a、b、c, 17一一氧化碳传感器a、b, 18一数据米集仪，19一闻速摄像仪，20一二角支架，21 一计算机，30一连接管，40—连接线，50—数据线，60—螺栓，61—螺母，62—密封圈，70 — U型铁丝杆，71—橡胶圈，72—海绵套。
【具体实施方式】
[0028]下面结合附图和各实施例对本发明作进一步阐述。
[0029]如图1为本发明实施例1的结构示意图，一种瓦斯煤尘混合爆炸模拟试验装置，所述高压气瓶I和压缩空气瓶2分别通过连接管30与减压阀3a和3b、电磁阀4a和4b、流量计5a和5b连接，然后交汇于三通6 ;所述三通6的另一接口通过连接管30与煤尘腔7相连，然后通过阀门8a接入模拟巷道10 ;所述真空泵9通过连接管30和阀门Sb接入模拟巷道10 ;所述模拟巷道10固定在试验架11上，其上布置了防爆安全阀12、点火探针13、压力传感器15、温度传感器16和一氧化碳传感器17 ;所述点火探针13通过连接线40与点火器14相连，点火器14的另一端通过连接线40与数据采集仪18相连；所述压力传感器15、温度传感器16和一氧化碳传感器17通过连接线40分别接入数据采集仪18的不同接口 ；所述数据采集仪18另有一路通过连接线40与高速摄像仪19相连；所述高速摄像仪19安设在三角支架20上，通过数据线50连接于计算机21 ;所述U型铁丝杆70固定在橡胶圈71上，在橡胶圈71外侧嵌套一个海绵套72，共同构成煤尘扫。
[0030]其中，所述甲烷气瓶I和压缩空气瓶2固定放置，防止倾倒而出现事故隐患；所述煤尘腔7上有拧盖口，通过该口可以装入预制煤尘，煤尘要在200目以上，要经过电热鼓风干燥箱干燥，并用电子天平称量好克数，装入后拧紧盖口，煤尘腔内的腔体呈弧形，如图3所示为其剖面示意图，这样有利于煤尘吹入模拟巷道中而不残留；所述模拟巷道10为透明高强度钢化玻璃制成的圆柱筒形腔体，两端通过螺栓60、螺母61和密封圈62来固定和密封，如图4所示；所述防爆安全阀23安装于模拟巷道20的中部附近，以防止煤尘爆炸产生的压力超过钢化玻璃强度而毁损模拟巷道20 ;所述点火探针13安装于模拟巷道10的中部，且针尖位于巷道断面的中心位置，以便于爆炸过程中的数据采集；所述压力传感器15测量范围为O?lOMPa，温度传感器16最高可测温度不小于4000°C，一氧化碳传感器17的测量范围为0?500ppm，各传感器数量根据模拟巷道10的长度来确定，其中压力传感器15从模拟巷道10中部向一侧等距离布置，温度传感器16从模拟巷道10中部向一侧沿两边布置，一氧化碳传感器17从模拟巷道10中部向一侧始末布置，在本发明实施例中它们的个数分别为3、3、2，且各传感器连接于数据采集仪18的不同通道接口 ；所述数据采集仪18用于记录、存储传感器采集的压力、温度和一氧化碳数据；所述点火器14、数据采集仪18和高速摄像仪19通过连接线40相连，在点火器14点着点火探针13的同时，触发数据采集仪18开始采集数据，此时数据采集仪18通过外触发开启高速摄像仪19同步开始摄像；所述高速摄像仪19是可调焦的，且最短曝光时间为I U S，在降低分辨率情况下最大帧速可达100，OOOfps，其架设在一个各方位角度可调的三角支架20上，并通过数据线50与计算机21相连，在计算机21中通过软件对高速摄像仪19进行操作及对拍摄图像进行存储、分析和处理；所述煤尘扫如图5所示，其中U型铁丝杆70为U型的硬铁丝，其长度不小于模拟巷道10的长度，橡胶圈71所在圆直径略小于模拟巷道10，海绵套72为软质海绵以实现清扫功能，且橡胶圈71和海绵套72有一个豁口，用以在试验完成后清扫模拟巷道10时通过点火探针13。
[0031]在使用该装置进行系列试验时，包括以下几项使用步骤:
[0032]I)取下模拟巷道10两侧的透明玻璃断面，用煤尘扫清洁模拟巷道10，清洁后，密闭模拟巷道10两端面。
[0033]2)检查各传感器的连接完好性，打开数据采集仪18 ;将高速摄像仪19架设在三角支架20上，用数据线50将高速摄像仪19和计算机21连接、同时用连接线40连接数据采集仪18和高速摄像仪19，打开计算机21和高速摄像仪19，之后打开计算机21中的摄像控制软件，根据软件中所示的实时图像调整三角支架20和高速摄像仪19，得到所需拍摄角度和清晰度。
[0034]3)保持阀门8a关闭状态，打开阀门Sb，开启真空泵9对模拟巷道10进行抽真空；关闭阀门8b，将预制好的200目煤尘装入煤尘腔7 ;打开阀门8a，并先后打开甲烷气瓶1、压缩空气瓶2、减压阀3a和3b、电磁阀4a和4b以及流量计5a和5b，通过调节甲烷和压缩空气进入模拟巷道10的混合量以及不同预制的煤尘量，得到不同煤尘和瓦斯浓度下的预混空间。
[0035]4)关闭阀门8a，检查点火探针13与点火器14的连接完好性，同时用连接线连接点火器14和数据采集仪18 ;点火器14对点火探针13点火，并触发数据采集仪18开始采集压力、温度和一氧化碳的实时数据，同时数据采集仪18通过外触发开启高速摄像仪19，同步开始对模拟巷道10中瓦斯煤尘混合爆炸全过程进行摄像。
[0036]5)通过对采集的压力、温度和一氧化碳数据、瓦斯煤尘混合爆炸影像的综合分析和处理，找到瓦斯与煤尘爆炸性相互促进的规律，以及瓦斯煤尘混合爆炸的各特征参数的演化规律(如爆炸应力波传播规律、温度变化规律、一氧化碳产生与变化规律、火焰变化规律和烟气云传播规律等)。
[0037]如图2为本发明实施例2的结构示意图，其与实施例1基本相同，只是实施例1是高速摄像仪19沿模拟巷道10的断面对瓦斯煤尘混合爆炸过程进行摄像，而实施例2是沿模拟巷道7走向对瓦斯煤尘混合爆炸过程进行摄像，即得到在不同传播方向上火焰和烟气云之爆炸参数演化规律。
[0038]最后应当说明的是，以上内容仅用于说明本发明的技术方案，而非对其保护范围进行限制，本领域科研和技术人员对本发明技术方案进行一定的修改或变更，均纳入本发明技术方案的保护范围。
【权利要求】
1.一种瓦斯煤尘混合爆炸模拟试验装置，其特征在于，所述高压气瓶(I)和压缩空气瓶(2)分别通过连接管(30)与减压阀(3a、3b)、电磁阀(4a、4b)、流量计(5a、5b)连接，然后交汇于三通(6);所述三通(6)的另一接口通过连接管(30)与煤尘腔(7)相连，然后通过阀门(8a)接入模拟巷道(10 );所述真空泵(9 )通过连接管(30 )和阀门(Sb )接入模拟巷道(10);所述模拟巷道(10)固定在试验架(11)上，其上布置了防爆安全阀(12)、点火探针(13)、压力传感器(15)、温度传感器(16)和一氧化碳传感器(17);所述点火探针(13)通过连接线(40)与点火器(14)相连，点火器(14)的另一端通过连接线(40)与数据采集仪(18)相连；所述压力传感器(15)、温度传感器(16)和一氧化碳传感器(17)通过连接线(40)分别接入数据采集仪(18)的不同接口 ；所述数据采集仪(18)另有一路通过连接线(40)与高速摄像仪(19)相连；所述高速摄像仪(19)安设在三角支架(20)上，通过数据线(50)连接于计算机(21);所述U型铁丝杆(70)固定在橡胶圈(71)上，在橡胶圈(71)外侧嵌套一个海绵套(72)，共同构成煤尘扫。
2.根据权利要求1所述的一种瓦斯煤尘混合爆炸模拟试验装置，其特征在于，所述甲烷气瓶(I)和压缩空气瓶(2 )要固定放置。
3.根据权利要求1所述的一种瓦斯煤尘混合爆炸模拟试验装置，其特征在于，所述煤尘腔(7)上有拧盖口，通过该口可以装入预制煤尘，煤尘要在200目以上，煤尘腔(7)内的腔体内呈弧形。
4.根据权利要求1所述的一种瓦斯煤尘混合爆炸模拟试验装置，其特征在于，所述模拟巷道(10)为透明高强度钢化玻璃制成的圆柱筒形腔体，两端可拆卸，通过螺栓(60)、螺母(61)和密封圈(62)来固定圆柱筒体和两端面的透明高强度钢化玻璃。
5.根据权利要求1所述的一种瓦斯煤尘混合爆炸模拟试验装置，其特征在于，所述防爆安全阀(12)安装于模拟巷道(10)的中部附近，以防止煤尘爆炸产生的压力超过钢化玻璃强度而毁损模拟巷道(10);所述点火探针(13)安装于模拟巷道(10)的中部，且针尖位于巷道断面的中心位置；所述压力传感器(15)测量范围为0?lOMPa，温度传感器最高可测温度不小于4000°C，一氧化碳传感器的测量范围为0?500ppm，各传感器数量根据模拟巷道(10)的长度来确定，其中压力传感器(15)从模拟巷道(10)中部向一侧等距离布置，温度传感器(16)从模拟巷道(10)中部向一侧沿两边布置，一氧化碳传感器(17)从模拟巷道(10)中部向一侧始末布置，且各传感器连接于数据采集仪(18 )的不同通道接口。
6.根据权利要求1或5所述的一种瓦斯煤尘混合爆炸模拟试验装置，其特征在于，所述点火器(14)、数据采集仪(18)和高速摄像仪(19)通过连接线(40)相连，在点火器(14)点着点火探针(13)的同时，触发数据采集仪(18)开始采集数据，此时数据采集仪(18)通过外触发开启高速摄像仪(19)同步开始摄像；其中，所述高速摄像仪(19)架设在一个各方位角度可调的三角支架(20)上，并通过数据线(50)与计算机(21)相连，在计算机(21)中通过软件对高速摄像仪(19)进行操作及对拍摄图像进行存储、分析和处理。
7.根据权利要求1所述的一种瓦斯煤尘混合爆炸模拟试验装置，其特征在于，所述U型铁丝杆(70)为U型的硬铁丝，其长度不小于模拟巷道(10)的长度，橡胶圈(71)所在圆直径略小于模拟巷道(10)，海绵套(72)为软质海绵，且橡胶圈(71)和海绵套(72)有一个豁口，用以在试验完成后清扫模拟巷道(10)时通过点火探针(13)。
【文档编号】G01N33/22GK103616491SQ201310548721
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年11月7日 优先权日:2013年11月7日
【发明者】李重情, 刘泽功, 刘健, 蔡峰, 任克斌, 王广军, 杨应迪, 张树川, 张文清, 李尧斌 申请人:安徽理工大学
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