煤最短自然發火期與自然發火特性參數測試裝置及方法制造方法及圖紙

本發明專利技術公開了一種煤最短自然發火期與自然發火特性參數測試裝置，包括測試爐、控制系統、溫度監測系統和氣體采集系統，測試爐包括爐體和爐蓋；控制系統包括溫度控制系統和氣流控制系統，溫度控制系統包括溫度控制器、第一加熱電阻絲和第一電壓調節器；氣流控制系統包括空氣壓縮機和氣流溫度控制水箱；溫度監測系統包括監控計算機、數據采集模塊、爐體溫度監測傳感器組和煤樣溫度監測傳感器組。本發明專利技術還公開了一種煤最短自然發火期與自然發火特性參數測試方法。本發明專利技術設計新穎合理，實現方便且成本低，能夠準確得到煤最短自然發火期及自然發火特性參數，判定了煤樣的自燃傾向性，為煤礦防滅火提供了堅實的基礎，實用性強，便于推廣使用。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于煤層實驗測試裝置
，具體涉及一種煤最短自然發火期與自然發火特性參數測試裝置及方法。
技術介紹
煤自燃災害是不僅嚴重威脅礦井安全生產、工人的生命健康以及環境安全，同時也會造成煤炭資源的巨大損失。煤自燃火區形成演化過程復雜，發展時間長、范圍廣、高溫火源隱蔽，治理難度大，已成為當前亟待解決的難題。因此，研究煤自然發火期、煤自燃特性參數對于煤礦防滅火具有重要意義。長期以來，對于煤自然發火期主要采用統計法，只能精確到月，因此無法滿足現場的防滅火需求。現有的宏觀研究方法，如煤程序升溫實驗、煤絕熱氧化實驗，前者對煤樣被動加熱，后者不能反映煤自燃過程特性，均無法準確得到煤最短自然發火期及自然發火特性參數，難以有效指導煤礦的防滅火工作。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種結構緊湊、設計新穎合理、實現方便且成本低、能夠準確得到煤最短自然發火期及自然發火特性參數、判定了煤樣的自燃傾向性、為煤礦防滅火提供了堅實的基礎、實用性強的煤最短自然發火期與自然發火特性參數測試裝置。為解決上述技術問題，本專利技術采用的技術方案是：一種煤最短自然發火期與自然發火特性參數測試裝置，其特征在于：包括測試爐、控制系統、溫度監測系統和氣體采集系統，所述測試爐包括中空設置的爐體和密封連接在爐體頂部的爐蓋，所述爐體側壁由從內到外依次設置的耐火磚層、第一碳鋼層、第二碳鋼層和不銹鋼層組成，所述第一碳鋼層和第二碳鋼層在上下兩端密閉組成了第一密閉間隙，所述第一密閉間隙的下部設置有穿出爐體外的進水管，所述進水管上連接有進水閥門，所述第一密閉間隙的上部設置有穿出爐體外的出水管，所述第二碳鋼層和不銹鋼層在上下兩端密閉組成了第二密閉間隙，所述第二密閉間隙中充填有隔熱材料，所述爐體底部為耐火磚層,所述爐體底部上方設置有與爐體內壁固定連接的煤樣支撐架，所述煤樣支撐架上鋪設有銅網，位于煤樣支撐架上方的爐體內壁上均勻設置有多層十字形隔架，所述爐體下部設置有卸煤口，所述卸煤口上連接有卸煤蓋，所述爐蓋中心連接有用于伸入廢氣處理水槽中的出氣管；所述控制系統包括溫度控制系統和氣流控制系統，所述溫度控制系統包括溫度控制器和設置在第一密閉間隙內的第一加熱電阻絲，以及用于將220V交流電轉換為第一加熱電阻絲所需電壓的第一電壓調節器，所述溫度控制器、第一電壓調節器和第一加熱電阻絲依次連接；所述氣流控制系統包括空氣壓縮機和氣流溫度控制水箱，所述空氣壓縮機的輸出端連接有伸入氣流溫度控制水箱內底部的第一輸氣管，所述第一輸氣管上設置有壓力表、穩流閥和流量計，所述氣流溫度控制水箱上部連接有自第一密閉間隙上部進入第一密閉間隙，自第一密閉間隙下部穿入煤樣支撐架與爐體底部之間的間隙內，再穿入煤樣支撐架中間位置處上部的第二輸氣管，所述氣流溫度控制水箱內設置有第二加熱電阻絲，所述溫度控制器的輸出端連接有用于將220V交流電轉換為第二加熱電阻絲所需電壓的第二電壓調節器；所述溫度監測系統包括監控計算機、數據采集模塊、爐體溫度監測傳感器組和煤樣溫度監測傳感器組，所述爐體溫度監測傳感器組由均勻設置在第一密閉間隙內中部的多個第一溫度傳感器組成，所述煤樣溫度監測傳感器組由分布在多層十字形隔架上的多個第二溫度傳感器組成，多個第一溫度傳感器的輸出端和多個第二溫度傳感器的輸出端均與數據采集模塊的輸入端連接，所述數據采集模塊和溫度控制器均與監控計算機相接；所述氣體采集系統包括分布在多層十字形隔架上且伸出爐體外部的多根取氣管，伸出爐體外部的一段取氣管上設置有取氣閥門。上述的煤最短自然發火期與自然發火特性參數測試裝置，其特征在于：所述爐體外輪廓的形狀為圓柱形，所述煤樣支撐架為圓盤狀不銹鋼架，所述十字形隔架由兩根十字交叉連接的不銹鋼筋構成，所述銅網的數量為一層或多層。上述的煤最短自然發火期與自然發火特性參數測試裝置，其特征在于：所述爐蓋內部和卸煤蓋內部均填充有隔熱材料。上述的煤最短自然發火期與自然發火特性參數測試裝置，其特征在于：所述隔熱材料為聚氨酯隔熱材料。上述的煤最短自然發火期與自然發火特性參數測試裝置，其特征在于：位于煤樣支撐架中間位置處上部的第二輸氣管0的端口上設置有防塵過濾器。上述的煤最短自然發火期與自然發火特性參數測試裝置，其特征在于：所述爐體側壁的耐火磚層頂部設置有圓環狀凹槽，所述爐蓋卡合連接在圓環狀凹槽內，所述圓環狀凹槽內設置有用于密封爐體與爐蓋的水。上述的煤最短自然發火期與自然發火特性參數測試裝置，其特征在于：所述第一溫度傳感器和第二溫度傳感器均為鉑電阻溫度傳感器，所述第一溫度傳感器的數量為四個，每層所述十字形隔架上的第二溫度傳感器的布設方式相同且數量均為十三個，其中，所述十字形隔架的中心和四個端頭各布設一個第二溫度傳感器，位于十字形隔架的中心和各個端頭之間的十字形隔架上各均勻布設兩個第二溫度傳感器。上述的煤最短自然發火期與自然發火特性參數測試裝置，其特征在于：每層十字形隔架上沿十字形隔架分布有四根取氣管，四根取氣管在爐體內部的端口分別位于十字形隔架的端頭位置處、十字形隔架的中心以及十字形隔架的中心和端頭之間布設兩個第二溫度傳感器的位置處。本專利技術還公開了一種方法步驟簡單、實現方便、能夠準確得到煤最短自然發火期及自然發火特性參數的煤最短自然發火期與自然發火特性參數測試方法，其特征在于該方法包括以下步驟：步驟一、在井下采集煤樣運至放置有煤最短自然發火期與自然發火特性參數測試裝置的煤自然發火實驗中心；步驟二、檢查所述測試爐、控制系統、溫度監測系統和氣體采集系統，確保其完好無故障；步驟三、將卸煤蓋封好在所述卸煤口上；步驟四、在24小時內，對煤樣進行破碎、稱重、粒度分析后，打開爐蓋，將煤樣沿著爐體內壁東南西北四個方向倒入爐體內，并整平煤樣頂部，保證煤樣能夠覆蓋住最上一層的十字形隔架；步驟五、蓋上爐蓋，將煤樣頂部封嚴；步驟六、將進水管連接到水源，打開進水閥門，向爐體的第一密閉間隙內注滿水；步驟七、裝煤18～30小時后，啟動所述溫度控制器、第一電壓調節器、第二電壓調節器、空氣壓縮機、數據采集模塊和監控計算機，第一加熱電阻絲和第二加熱電阻絲開始加熱，空氣壓縮機產生的壓縮空氣經過穩流閥穩流后，經過第一輸氣管、流量計進入氣流溫度控制水箱內，再經過第二輸氣管進入爐體內部；其中，對加熱溫度進行控制的方法為：多個第一溫度傳感器對第一密閉間隙內的溫度進行實時檢測并將檢測到的信號實時輸出給溫度控制器，多個第二溫度傳感器對煤樣不同位置處的溫度進行實時檢測并將檢測到的信號實時輸出給溫度控制器，溫度控制器將其接收到的多個第一溫度傳感器輸出的溫度和多個第二溫度傳感器輸出的溫度傳輸給監控計算機進行記錄并顯示，而且，溫度控制器還將其接收到的同一時刻多個第一溫度傳感器的溫度求平均，得到第一密閉間隙內的溫度Ty，溫度控制器還將其接收到的同一時刻布設在同一層十字形隔架上的多個第二溫度傳感器的溫度求平均，得到各層十字形隔架處的煤樣溫度，選擇出各層十字形隔架處的煤樣溫度中溫度最高的，并將該層十字形隔架上的多本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種煤最短自然發火期與自然發火特性參數測試裝置，其特征在于：包括測試爐、控制系統、溫度監測系統和氣體采集系統，所述測試爐包括中空設置的爐體(1)和密封連接在爐體(1)頂部的爐蓋(2)，所述爐體(1)側壁由從內到外依次設置的耐火磚層(1?1)、第一碳鋼層(1?2)、第二碳鋼層(1?3)和不銹鋼層(1?4)組成，所述第一碳鋼層(1?2)和第二碳鋼層(1?3)在上下兩端密閉組成了第一密閉間隙(1?5)，所述第一密閉間隙(1?5)的下部設置有穿出爐體(1)外的進水管(4)，所述進水管(4)上連接有進水閥門(5)，所述第一密閉間隙(1?5)的上部設置有穿出爐體(1)外的出水管(6)，所述第二碳鋼層(1?3)和不銹鋼層(1?4)在上下兩端密閉組成了第二密閉間隙(1?6)，所述第二密閉間隙(1?6)中充填有隔熱材料(3)，所述爐體(1)底部為耐火磚層(1?1),所述爐體(1)底部上方設置有與爐體(1)內壁固定連接的煤樣支撐架(7)，所述煤樣支撐架(7)上鋪設有銅網(29)，位于煤樣支撐架(7)上方的爐體(1)內壁上均勻設置有多層十字形隔架(8)，所述爐體(1)下部設置有卸煤口，所述卸煤口上連接有卸煤蓋(9)，所述爐蓋(2)中心連接有用于伸入廢氣處理水槽中的出氣管(10)；所述控制系統包括溫度控制系統和氣流控制系統，所述溫度控制系統包括溫度控制器(11)和設置在第一密閉間隙(1?5)內的第一加熱電阻絲(12)，以及用于將220V交流電轉換為第一加熱電阻絲(12)所需電壓的第一電壓調節器(13)，所述溫度控制器(11)、第一電壓調節器(13)和第一加熱電阻絲(12)依次連接；所述氣流控制系統包括空氣壓縮機(14)和氣流溫度控制水箱(15)，所述空氣壓縮機(14)的輸出端連接有伸入氣流溫度控制水箱(15)內底部的第一輸氣管(16)，所述第一輸氣管(16)上設置有壓力表(17)、穩流閥(18)和流量計(19)，所述氣流溫度控制水箱(15)上部連接有自第一密閉間隙(1?5)上部進入第一密閉間隙(1?5)，自第一密閉間隙(1?5)下部穿入煤樣支撐架(7)與爐體(1)底部之間的間隙內，再穿入煤樣支撐架(7)中間位置處上部的第二輸氣管(20)，所述氣流溫度控制水箱(15)內設置有第二加熱電阻絲(21)，所述溫度控制器(11)的輸出端連接有用于將220V交流電轉換為第二加熱電阻絲(21)所需電壓的第二電壓調節器(22)；所述溫度監測系統包括監控計算機(23)、數據采集模塊(24)、爐體溫度監測傳感器組和煤樣溫度監測傳感器組，所述爐體溫度監測傳感器組由均勻設置在第一密閉間隙(1?5)內中部的多個第一溫度傳感器(25)組成，所述煤樣溫度監測傳感器組由分布在多層十字形隔架(8)上的多個第二溫度傳感器(26)組成，多個第一溫度傳感器(25)的輸出端和多個第二溫度傳感器(26)的輸出端均與數據采集模塊(24)的輸入端連接，所述數據采集模塊(24)和溫度控制器(11)均與監控計算機(23)相接；所述氣體采集系統包括分布在多層十字形隔架(8)上且伸出爐體(1)外部的多根取氣管(27)，伸出爐體(1)外部的一段取氣管(27)上設置有取氣閥門(28)。...

【技術特征摘要】
1.一種煤最短自然發火期與自然發火特性參數測試裝置，其特征在
于：包括測試爐、控制系統、溫度監測系統和氣體采集系統，所述測試爐
包括中空設置的爐體(1)和密封連接在爐體(1)頂部的爐蓋(2)，所
述爐體(1)側壁由從內到外依次設置的耐火磚層(1-1)、第一碳鋼層(1-2)、
第二碳鋼層(1-3)和不銹鋼層(1-4)組成，所述第一碳鋼層(1-2)和
第二碳鋼層(1-3)在上下兩端密閉組成了第一密閉間隙(1-5)，所述第
一密閉間隙(1-5)的下部設置有穿出爐體(1)外的進水管(4)，所述
進水管(4)上連接有進水閥門(5)，所述第一密閉間隙(1-5)的上部
設置有穿出爐體(1)外的出水管(6)，所述第二碳鋼層(1-3)和不銹
鋼層(1-4)在上下兩端密閉組成了第二密閉間隙(1-6)，所述第二密閉
間隙(1-6)中充填有隔熱材料(3)，所述爐體(1)底部為耐火磚層(1-1),
所述爐體(1)底部上方設置有與爐體(1)內壁固定連接的煤樣支撐架(7)，
所述煤樣支撐架(7)上鋪設有銅網(29)，位于煤樣支撐架(7)上方的
爐體(1)內壁上均勻設置有多層十字形隔架(8)，所述爐體(1)下部
設置有卸煤口，所述卸煤口上連接有卸煤蓋(9)，所述爐蓋(2)中心連
接有用于伸入廢氣處理水槽中的出氣管(10)；
所述控制系統包括溫度控制系統和氣流控制系統，所述溫度控制系統
包括溫度控制器(11)和設置在第一密閉間隙(1-5)內的第一加熱電阻
絲(12)，以及用于將220V交流電轉換為第一加熱電阻絲(12)所需電
壓的第一電壓調節器(13)，所述溫度控制器(11)、第一電壓調節器(13)
和第一加熱電阻絲(12)依次連接；所述氣流控制系統包括空氣壓縮機(14)
和氣流溫度控制水箱(15)，所述空氣壓縮機(14)的輸出端連接有伸入
氣流溫度控制水箱(15)內底部的第一輸氣管(16)，所述第一輸氣管(16)
上設置有壓力表(17)、穩流閥(18)和流量計(19)，所述氣流溫度控
制水箱(15)上部連接有自第一密閉間隙(1-5)上部進入第一密閉間隙
(1-5)，自第一密閉間隙(1-5)下部穿入煤樣支撐架(7)與爐體(1)

\t底部之間的間隙內，再穿入煤樣支撐架(7)中間位置處上部的第二輸氣
管(20)，所述氣流溫度控制水箱(15)內設置有第二加熱電阻絲(21)，
所述溫度控制器(11)的輸出端連接有用于將220V交流電轉換為第二加
熱電阻絲(21)所需電壓的第二電壓調節器(22)；
所述溫度監測系統包括監控計算機(23)、數據采集模塊(24)、爐
體溫度監測傳感器組和煤樣溫度監測傳感器組，所述爐體溫度監測傳感器
組由均勻設置在第一密閉間隙(1-5)內中部的多個第一溫度傳感器(25)
組成，所述煤樣溫度監測傳感器組由分布在多層十字形隔架(8)上的多
個第二溫度傳感器(26)組成，多個第一溫度傳感器(25)的輸出端和多
個第二溫度傳感器(26)的輸出端均與數據采集模塊(24)的輸入端連接，
所述數據采集模塊(24)和溫度控制器(11)均與監控計算機(23)相接；
所述氣體采集系統包括分布在多層十字形隔架(8)上且伸出爐體(1)
外部的多根取氣管(27)，伸出爐體(1)外部的一段取氣管(27)上設
置有取氣閥門(28)。
2.按照權利要求1所述的煤最短自然發火期與自然發火特性參數測試
裝置，其特征在于：所述爐體(1)外輪廓的形狀為圓柱形，所述煤樣支
撐架(7)為圓盤狀不銹鋼架，所述十字形隔架(8)由兩根十字交叉連接
的不銹鋼筋構成，所述銅網(29)的數量為一層或多層。
3.按照權利要求1所述的煤最短自然發火期與自然發火特性參數測試
裝置，其特征在于：所述爐蓋(2)內部和卸煤蓋(9)內部均填充有隔熱
材料(3)。
4.按照權利要求3所述的煤最短自然發火期與自然發火特性參數測試
裝置，其特征在于：所述隔熱材料(3)為聚氨酯隔熱材料。
5.按照權利要求1所述的煤最短自然發火期與自然發火特性參數測試
裝置，其特征在于：位于煤樣支撐架(7)中間位置處上部的第二輸氣管
(20)的端口上設置有防塵過濾器(30)。
6.按照權利要求1所述的煤最短自然發火期與自然發火特性參數測試

\t裝置，其特征在于：所述爐體(1)側壁的耐火磚層(1-1)頂部設置有圓
環狀凹槽(31)，所述爐蓋(2)卡合連接在圓環狀凹槽(31)內，所述
圓環狀凹槽(31)內設置有用于密封爐體(1)與爐蓋(2)的水。
7.按照權利要求1所述的煤最短自然發火期與自然發火特性參數測試
裝置，其特征在于：所述第一溫度傳感器(25)和第二溫度傳感器(26)
均為鉑電阻溫度傳感器，所述第一溫度傳感器(25)的數量為四個，每層
所述十字形隔架(8)上的第二溫度傳感器(26)的布設方式相同且數量
均為十三個，其中，所述十字形隔架(8)的中心和四個端頭各布設一個
第二溫度傳感器(26)，位于十字形隔架(8)的中心和各個端頭之間的
十字形隔架(8)上各均勻布設兩個第二溫度傳感器(26)。
8.按照權利要求7所述的煤最短自然發火期與自然發火特性參數測試
裝置，其特征在于：每層十字形隔架(8)上沿十字形隔架(8)分布有四
根取氣管(27)，四根取氣管(27)在爐體(1)內部的端口分別位于十
字形隔架(8)的端頭位置處、十字形隔架(8)的中心以及十字形隔架(8)
的中心和端頭之間布設兩個第二溫度傳感器(26)的位置處。
9.一種采用如權利要求1所述的測試裝置進行煤最短自然發火期與自
然發火特性參數測試的方法，其特征在于該方法包括以下步驟：
步驟一、在井下采集煤樣運至放置有煤最短自然發火期與自然發火特
性參數測試裝置的煤自然發火實驗中心；
步驟二、檢查所述測試爐、控制系統、溫度監測系統和氣體采集系統，
確保其完好無故障；
步驟三、將卸煤蓋(9)封好在所述卸煤口上；
步驟四、在24小時內，對煤樣進行破碎、稱重、粒度分析后，打開
爐蓋(2)，將煤樣沿著爐體(1)內壁東南西北四個方向倒入爐體(1)
內，并整平煤樣頂部，保證煤樣能夠覆蓋住最上一層的十字形隔架(8)；
步驟五、蓋上爐蓋(2)，將煤樣頂部封嚴；
步驟六、將進水管(4)連接到水源，打開進水閥門(5)，向爐體(1)

\t的第一密閉間隙(1-5)內注滿水；
步驟七、裝煤18～30小時后，啟動所述溫度控制器(11)、第一電
壓調節器(13)、第二電壓調節器(22)、空氣壓縮機(14)、數據采集
模塊(24)和監控計算機(23)，第一加熱電阻絲(12)和第二加熱電阻
絲(21)開始加熱，空氣壓縮機(14)產生的壓縮空氣經過穩流閥(18)
穩流后，經過第一輸氣管(16)、流量計(19)進入氣流溫度控制水箱(15)
內，再經過第二輸氣管(20)進入爐體(1)內部；
其中，對加熱溫度進行控制的方法為：多個第一溫度傳感器(25)對
第一密閉間隙(1-5)內的溫度進行實時檢測并將檢測到的信號實時輸出
給溫度控制器(11)，多個第二溫度傳感器(26)對煤樣不同位置處的溫
度進行實時檢測并將檢測到的信號實時輸出給溫度控制器(11)，溫度控
制器(11)將其接收到的多個第一溫度傳感器(25)輸出的溫度和多個第
二溫度傳感器(26)輸出的溫度傳輸給監控計算機(23)進行記錄并顯示，
而且，溫度控制器(11)還將其接收到的同一時刻多個第一溫度傳感器(25)
的溫度求平均，得到第一密閉間隙(1-5)內的溫度Ty，溫度控制器(11)
還將其接收到的同一時刻布設在同一層十字形隔架(8)上的多個第二溫
度傳感器(26)的溫度求平均，得到各層十字形隔架(8)處的煤樣溫度，
選擇出各層十字形隔架(8)處的煤樣溫度中溫度最高的，并將該層十字
形隔架(8)上的多個第二溫度傳感器(26)檢測到的溫度最高的第二溫
度傳感器(26)安裝點定義為煤樣高溫點，將煤樣高溫點的第二溫度傳感
器(26)檢測到的溫度定義為煤樣高溫點的溫度Tc，將煤樣高溫點的溫度Tc傳輸給監控計算機(23)進行記錄并顯示，溫度傳感器控制第一電壓調節
器(13)的輸出電壓和第二電壓調節器(22)的輸出電壓相等，并在第一
密閉間隙(1-5)內的溫度Ty與煤樣高溫點的溫度Tc的差值小于0.05℃～
0.2℃時，減小第一電壓調節器(13)的輸出電壓和第二電壓調節器(22)
的輸出電壓，在第一密閉間隙(1-5)內的溫度Ty與煤樣高溫點的...

【專利技術屬性】
技術研發人員：文虎，鄧軍，劉文永，金永飛，馬礪，翟小偉，許延輝，
申請(專利權)人：西安科技大學，
類型：發明
國別省市：陜西;61