本發明專利技術公開了一種基于煤與瓦斯共生的煤氧化特性試驗裝置及其試驗方法，試驗裝置包括空氣源、甲烷氣源、支流量計、三通閥、水封緩沖器、總流量計、干燥器、單向氣閥、阻火呼吸閥和腔體，空氣源、甲烷氣源連通后的氣管插入腔體的進氣口，腔體中部設有隔爆板及與溫度控制系統相連接的電熱線圈，隔爆板內部設有與溫度監控器相連接感溫探頭和微天平托盤，腔體的上端設有密封蓋、爆破片和出氣口，溫度控制系統、溫度監控器、微天平與數據采集系統相連接。本發明專利技術適用于煤與瓦斯共生條件下煤氧化特性研究，具有防火防爆特性，防止試驗過程中瓦斯爆炸造成破壞情況的發生；樣品添加量較大，克服傳統研究方法存在的煤樣添加量過少問題。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及煤礦災害防治研究領域，具體涉及一種基于煤與瓦斯共生的煤氧化特性試驗裝置及其試驗方法。
技術介紹
據統計，我國煤礦中有一半以上的礦井存在自然發火問題，這導致我國成為世界上煤自燃事故多發的國家之一。煤自燃氧化特性研究是煤自燃防治的重要依據。煤自燃氧化特性的鑒定方法有很多，其中熱重分析法得到許多研究者的認可。熱重分析法能得到特定氣氛下研究煤氧化過程中質量的變化規律，得出煤動態氧化吸氧量，同時可以通過煤的熱失重曲線確定其動力學參數，利用Coasts-Redfern積分法和Achar微分法等方法計算出煤氧化階段的活化能，可以直觀判斷在特定氣氛下煤自燃的難易程度。傳統的熱重分析法所使用的裝置一般為普通的熱重分析儀，這種儀器可以測定煤在空氣、氮氣和二氧化碳氣氛下的動力學參數，然而在煤與瓦斯共生條件下，由于瓦斯在高溫條件下易發生爆炸，造成機器損壞和研究人員受傷，所以傳統熱重分析方法不適宜研究煤與瓦斯共生條件下的煤氧化特性。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服現有技術中存在的上述問題，提供一種基于煤與瓦斯共生的煤氧化特性試驗裝置及其試驗方法，該試驗裝置操作簡單，具有防火防爆特性，適用于煤與瓦斯共生條件下煤氧化特性研究。為實現上述技術目的，達到上述技術效果，本專利技術是通過以下技術方案實現：一種基于煤與瓦斯共生的煤氧化特性試驗裝置，包括空氣源、甲烷氣源、支流量計、三通閥、水封緩沖器、總流量計、干燥器、單向氣閥、阻火呼吸閥和腔體，所述空氣源、甲烷氣源的輸出氣管通過三通閥相連通，且空氣源、甲烷氣源的氣管上各設有一個支流量計，連通后的氣管依次經過水封緩沖器、干燥器、單向氣閥、阻火呼吸閥插入腔體的進氣口，所述水封緩沖器、干燥器之間的氣管上設有總流量計；所述腔體中部設有管狀隔爆板，所述隔爆板的外部設有電熱線圈，所述隔爆板內部設有感溫探頭和托盤，所述腔體的上端設有密封蓋、爆破片和出氣口，所述腔體的兩端分別設有進水口、出水口，所述進水口和出水口之間通過水管連接有恒溫循環水槽，所述電熱線圈與溫度控制系統相連接，所述感溫探頭與溫度監控器相連接，所述托盤連接有位于腔體外部的微天平，所述溫度控制系統、溫度監控器、微天平與數據采集系統相連接。進一步地，所述空氣源及甲烷氣源為瓶裝氣源。進一步地，所述腔體為帶夾層的雙層結構，所述進水口和出水口與腔體的夾層相連通。進一步地，所述隔爆板由鑄鐵或含鎂量重量百比不大于6％的輕合金制成。進一步地，所述爆破片整體呈圓環形狀，底端中部的截面形狀為向上的預拱形。進一步地，所述恒溫循環水槽中設有循環驅動水泵。上述基于煤與瓦斯共生的煤氧化特性試驗裝置的一種試驗方法，包括如下步驟：1)啟動恒溫循環水槽，設定腔體需要保持的溫度；2)恒溫循環水槽達到設定溫度后，依次打開數據采集系統、微天平、溫度監控器和溫度控制系統，并設定溫度控制系統程序升溫的起始溫度、終止溫度、升溫速率和樣品編號；3)依次打開總流量計、支流量計、空氣源和甲烷氣源，通過調節支流量計改變甲烷氣體與空氣的比重，以得到實驗所需要的煤與瓦斯共生氣氛；4)程序控溫箱內腔爐體達到設定的起始溫度后，將密封蓋打開，將樣品托盤放到微天平托盤上，利用微天平進行質量清零，然后將樣品托盤取出加入適量的待測煤樣，再重新將樣品托盤放在微天平托盤上，蓋好密封蓋，啟動升溫程序，通過數據采集系統觀察煤氧化熱失重情況；5)實驗溫度達到設定的終止溫度后開始降溫，當溫度低于50℃時取出樣品托盤，關閉氣源、流量計及各系統，即完成整個試驗過程。與現有技術相比，本專利技術的有益效果是：1、各部件結構簡單，試驗操作方便，適用于煤與瓦斯共生條件下煤氧化特性研究。2、試驗裝置具有防火防爆特性，采用了水封緩沖器、單向氣閥、阻火呼吸閥、隔爆板、爆破片等安全裝置，可有效防止試驗過程中由于瓦斯爆炸使得機器損壞、研究人員受傷情況的發生。3、試驗裝置樣品添加量可以達到100g，有效克服了傳統熱重分析法研究煤氧化特性時存在的煤樣添加量過少問題。當然，實施本專利技術的任一產品并不一定需要同時達到以上所述所有優點。附圖說明為了更清楚地說明本專利技術實施例的技術方案，下面將對實施例描述所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本專利技術的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本專利技術的結構示意圖；附圖中，各標號所代表的部件列表如下：1-空氣源，2-甲烷氣源，3-支流量計，4-三通閥，5-水封緩沖器，6-總流量計，7-干燥器，8-單向氣閥，9-阻火呼吸閥，10-密封蓋，11-爆破片，12-出氣口，13-進水口，14-出水口，15-電熱線圈，16-隔爆板，17-感溫探頭，18-托盤，19-進氣口，20-溫度控制系統，21-溫度監控器，22-微天平，23-數據采集系統，24-恒溫循環水槽，25-腔體。具體實施方式下面將結合本專利技術實施例中的附圖，對本專利技術實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本專利技術一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本專利技術中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本專利技術保護的范圍。參閱圖1所示，本專利技術為一種基于煤與瓦斯共生的煤氧化特性試驗裝置，包括空氣源1、甲烷氣源2、支流量計3、三通閥4、水封緩沖器5、總流量計6、干燥器7、單向氣閥8、阻火呼吸閥9和腔體25，空氣源1、甲烷氣源2的輸出氣管通過三通閥4相連通，且空氣源1、甲烷氣源2的氣管上各設有一個支流量計3，連通后的氣管依次經過水封緩沖器5、干燥器7、單向氣閥8、阻火呼吸閥9插入腔體25的進氣口19，水封緩沖器5、干燥器7之間的氣管上設有總流量計6；腔體25中部設有管狀隔爆板16，隔爆板16的外部設有電熱線圈15，隔爆板16內部設有感溫探頭17和托盤18，感溫探頭17位于托盤18下方，腔體25的上端設有密封蓋10、爆破片11和出氣口12，腔體25的兩端分別設有進水口13、出水口14，進水口13和出水口14之間通過水管連接有恒溫循環水槽24，電熱線圈15與溫度控制系統20相連接，感溫探頭17與溫度監控器21相連接，托盤18連接有位于腔體25外部的微天平22，溫度控制系統20、溫度監控器21、微天平22與數據采集系統23相連接。其中，空氣源1及甲烷氣源2為瓶裝氣源，腔體25為帶夾層的雙層結構，進水口13和出水口14與腔體25的夾層相連通，隔爆板16由鑄鐵或含鎂量重量百比不大于6％的輕合金制成，爆破片11整體呈圓環形狀，底端中部的截面形狀為向上的預拱形，恒溫循環水槽24中設有循環驅動水泵。上述基于煤與瓦斯共生的煤氧化特性試驗裝置的一種試驗方法，包括如下步驟：1)啟動恒溫循環水槽24，設定腔體25需要保持的溫度；2)恒溫循環水槽24達到設定溫度后，依次打開數據采集系統23、微天平22、溫度監控器21和溫度控制系統20，并設定溫度控制系統20程序升溫的起始溫度、終止溫度、升溫速率和樣品編號；3)依次打開總流量計6、支流量計3、空氣源1和甲烷氣源2，通過調節支流量計3改變甲烷氣體與空氣的比重，以得到實驗所需要的煤與瓦斯共生氣氛；4)程序控溫箱內腔爐體達到設定的起始溫度后，將密封蓋10打開，將樣品托盤放到微天平托盤18本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種基于煤與瓦斯共生的煤氧化特性試驗裝置，其特征在于：包括空氣源(1)、甲烷氣源(2)、支流量計(3)、三通閥(4)、水封緩沖器(5)、總流量計(6)、干燥器(7)、單向氣閥(8)、阻火呼吸閥(9)和腔體(25)，所述空氣源(1)、甲烷氣源(2)的輸出氣管通過三通閥(4)相連通，且空氣源(1)、甲烷氣源(2)的氣管上各設有一個支流量計(3)，連通后的氣管依次經過水封緩沖器(5)、干燥器(7)、單向氣閥(8)、阻火呼吸閥(9)插入腔體(25)的進氣口(19)，所述水封緩沖器(5)、干燥器(7)之間的氣管上設有總流量計(6)；所述腔體(25)中部設有管狀隔爆板(16)，所述隔爆板(16)的外部設有電熱線圈(15)，所述隔爆板(16)內部設有感溫探頭(17)和托盤(18)，所述感溫探頭(17)位于托盤(18)下方，所述腔體(25)的上端設有密封蓋(10)、爆破片(11)和出氣口(12)，所述腔體(25)的兩端分別設有進水口(13)、出水口(14)，所述進水口(13)和出水口(14)之間通過水管連接有恒溫循環水槽(24)，所述電熱線圈(15)與溫度控制系統(20)相連接，所述感溫探頭(17)與溫度監控器(21)相連接，所述托盤(18)連接有位于腔體(25)外部的微天平(22)，所述溫度控制系統(20)、溫度監控器(21)、微天平(22)與數據采集系統(23)相連接。...
【技術特征摘要】
1.一種基于煤與瓦斯共生的煤氧化特性試驗裝置，其特征在于：包括空氣源(1)、甲烷氣源(2)、支流量計(3)、三通閥(4)、水封緩沖器(5)、總流量計(6)、干燥器(7)、單向氣閥(8)、阻火呼吸閥(9)和腔體(25)，所述空氣源(1)、甲烷氣源(2)的輸出氣管通過三通閥(4)相連通，且空氣源(1)、甲烷氣源(2)的氣管上各設有一個支流量計(3)，連通后的氣管依次經過水封緩沖器(5)、干燥器(7)、單向氣閥(8)、阻火呼吸閥(9)插入腔體(25)的進氣口(19)，所述水封緩沖器(5)、干燥器(7)之間的氣管上設有總流量計(6)；所述腔體(25)中部設有管狀隔爆板(16)，所述隔爆板(16)的外部設有電熱線圈(15)，所述隔爆板(16)內部設有感溫探頭(17)和托盤(18)，所述感溫探頭(17)位于托盤(18)下方，所述腔體(25)的上端設有密封蓋(10)、爆破片(11)和出氣口(12)，所述腔體(25)的兩端分別設有進水口(13)、出水口(14)，所述進水口(13)和出水口(14)之間通過水管連接有恒溫循環水槽(24)，所述電熱線圈(15)與溫度控制系統(20)相連接，所述感溫探頭(17)與溫度監控器(21)相連接，所述托盤(18)連接有位于腔體(25)外部的微天平(22)，所述溫度控制系統(20)、溫度監控器(21)、微天平(22)與數據采集系統(23)相連接。2.根據權利要求1所述的基于煤與瓦斯共生的煤氧化特性試驗裝置，其特征在于：所述空氣源(1)及甲烷氣源(2)為瓶裝氣源。3.根據權利要求1所述的基于煤與瓦斯共生的煤氧化特性試驗裝置，其特征在于：所述腔體(25)為帶夾層的雙層...
【專利技術屬性】
技術研發人員：聶士斌，戴廣龍，張曦，周亮，周燦，
申請(專利權)人：安徽理工大學，
類型：發明
國別省市：安徽;34
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