一種瓦斯煤塵混合爆炸模擬試驗裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種瓦斯煤塵混合爆炸模擬試驗裝置，屬于煤礦災害防治研究領域。所述裝置由甲烷氣瓶、壓縮空氣瓶、減壓閥、電磁閥、流量計、三通、煤塵腔、閥門、真空泵、模擬巷道、試驗架、防爆安全閥、點火探針、點火器、壓力傳感器、溫度傳感器、一氧化碳傳感器、數據采集儀、高速攝像儀、三角支架、計算機、連接管、連接線、數據線、煤塵掃組成。本發明能研究瓦斯與煤塵爆炸性相互促進關系、瓦斯煤塵混合爆炸各特征參數的演化規律，對煤礦特大災害事故防治研究具有重要意義。
【專利說明】一種瓦斯煤塵混合爆炸模擬試驗裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及煤礦災害防治研究領域，尤其是涉及一種瓦斯煤塵混合爆炸模擬試驗
>J-U裝直。
【背景技術】
[0002]在煤礦發生的災害事故中，多數都有煤塵參與，其中有煤塵參與的瓦斯爆炸導致的死亡人數約占85%。瓦斯煤塵混合爆炸的典型特征是，其爆炸威力比瓦斯或煤塵單一因素的爆炸劇烈的多，且煤塵在瓦斯爆燃的影響下會發生不完全氧化反應而產生大量的一氧化碳，其毒理特性又會加劇事故的死亡人數。所以，在煤礦災害事故中，有煤塵參與的瓦斯爆炸事故一直都是最嚴重的，嚴重影響了煤礦安全生產，制約了煤炭工業發展的步伐。因此，研究瓦斯煤塵混合爆炸(即有煤塵參與的瓦斯爆炸)特性對掌握其破壞規律和防控重特大煤礦災害事故具有重要意義；然而，目前還沒有關于此方面研究的專利，也就是說，有必要發明一種能開展瓦斯煤塵混合爆炸模擬試驗裝置，為開展相關科學研究提供幫助，并通過系列試驗研究找到瓦斯、煤塵爆炸性的相互促進關系(如煤塵濃度對瓦斯爆炸極限的影響、瓦斯濃度對煤塵爆炸極限的影響等)，以及瓦斯煤塵混合爆炸的各特征參數(如壓力、溫度、一氧化碳、火焰、煙氣云等)演化規律，為重特大瓦斯煤塵災害事故的防控和救援提供理論支持。
【發明內容】
[0003]為解決上述問題，本發明的目的在于提供一種瓦斯煤塵混合爆炸模擬試驗裝置，通過本發明能研究瓦斯與煤塵爆炸性之間的相互促進關系、瓦斯煤塵混合爆炸過程中各特征參數的演化規律。
[0004]本發明采用的技術方案為:
[0005]發明一種瓦斯煤塵混合爆炸模擬試驗裝置，所述高壓氣瓶和壓縮空氣瓶分別通過連接管與減壓閥a和b、電磁閥a和b、流量計a和b連接，然后交匯于三通；所述三通的另一接口通過連接管與煤塵腔相連，然后通過閥門a接入模擬巷道；所述真空泵通過連接管和閥門b接入模擬巷道；所述模擬巷道固定在試驗架上，其上布置了防爆安全閥、點火探針、壓力傳感器、溫度傳感器和一氧化碳傳感器；所述點火探針通過連接線與點火器相連，點火器的另一端通過連接線與數據采集儀相連；所述壓力傳感器、溫度傳感器和一氧化碳傳感器通過連接線分別接入數據采集儀的不同接口 ；所述數據采集儀另有一路通過連接線與高速攝像儀相連；所述高速攝像儀安設在三角支架上，通過數據線連接于計算機；所述U型鐵絲桿固定在橡膠圈上，在橡膠圈外側嵌套一個海綿套，共同構成煤塵掃。
[0006]進一步，所述甲烷氣瓶和壓縮空氣瓶固定放置，防止傾倒而出現事故隱患。
[0007]進一步，所述煤塵腔上有擰蓋口，通過該口可以裝入預制煤塵，煤塵要在200目以上，要經過電熱鼓風干燥箱干燥，并用電子天平稱量好克數，裝入后擰緊蓋口，煤塵腔內的腔體呈弧形，利于煤塵吹入模擬巷道中。[0008]進一步，所述模擬巷道為透明高強度鋼化玻璃制成的圓柱筒形腔體，兩端可拆卸，通過螺栓、螺母和密封圈來固定圓柱筒體和兩端面的透明高強度鋼化玻璃。
[0009]進一步，所述防爆安全閥安裝于模擬巷道的中部附近，以防止煤塵爆炸產生的壓力超過鋼化玻璃強度而毀損模擬巷道；所述點火探針安裝于模擬巷道的中部，且針尖位于巷道斷面的中心位置，以便于爆炸過程中的數據采集；所述壓力傳感器測量范圍為0?lOMPa，溫度傳感器最高可測溫度不小于4000°C，一氧化碳傳感器的測量范圍為0?500ppm,各傳感器數量根據模擬巷道的長度來確定,其中壓力傳感器從模擬巷道中部向一側等距離布置，溫度傳感器從模擬巷道中部向一側沿兩邊布置，一氧化碳傳感器從模擬巷道中部向一側始末布置，且各傳感器連接于數據采集儀的不同通道接口 ；所述數據采集儀用于記錄、存儲傳感器采集的壓力、溫度和一氧化碳數據。
[0010]進一步，所述點火器、數據采集儀和高速攝像儀通過連接線相連，在點火器點著點火探針的同時，觸發數據采集儀開始采集數據，此時數據采集儀通過外觸發開啟高速攝像儀同步開始攝像；所述高速攝像儀是可調焦的，且最短曝光時間為Iy S，在降低分辨率情況下最大幀速可達100，OOOfps，其架設在一個各方位角度可調的三角支架上，并通過數據線與計算機相連，在計算機中通過軟件對高速攝像儀進行操作及對拍攝圖像進行存儲、分析和處理。
[0011]進一步，所述U型鐵絲桿為U型的硬鐵絲，其長度不小于模擬巷道的長度，橡膠圈所在圓直徑略小于模擬巷道，海綿套為軟質海綿以實現清掃功能，且橡膠圈和海綿套有一個豁口，用以在試驗完成后清掃模擬巷道時通過點火探針。
[0012]進一步，該裝置包括以下使用步驟:
[0013]I)取下模擬巷道兩側的透明玻璃斷面，用煤塵掃清潔模擬巷道，清潔后，密閉模擬巷道兩端面。
[0014]2)檢查各傳感器的連接完好性，打開數據采集儀；將高速攝像儀架設在三角支架上，用數據線將高速攝像儀和計算機連接、同時用連接線連接數據采集儀和高速攝像儀，打開計算機和高速攝像儀，之后打開計算機中的攝像控制軟件，根據軟件中所示的實時圖像調整三角支架和高速攝像儀，得到所需拍攝角度和清晰度。
[0015]3)保持閥門a關閉狀態，打開閥門b，開啟真空泵對模擬巷道進行抽真空；關閉閥門b，將預制好的200目煤塵裝入煤塵腔；打開閥門a，并先后打開甲烷氣瓶、壓縮空氣瓶、減壓閥a和b、電磁閥a和b以及流量計a和b，通過調節甲烷和壓縮空氣進入模擬巷道的混合量以及不同預制的煤塵量，得到不同煤塵和瓦斯濃度下的預混空間。
[0016]4)關閉閥門a，檢查點火探針與點火器的連接完好性，同時用連接線連接點火器和數據采集儀；點火器對點火探針點火，并觸發數據采集儀開始采集壓力、溫度和一氧化碳的實時數據，同時數據采集儀通過外觸發開啟高速攝像儀，同步開始對模擬巷道中瓦斯煤塵混合爆炸全過程進行攝像。
[0017]5)通過對采集的壓力、溫度和一氧化碳數據、瓦斯煤塵混合爆炸影像的綜合分析和處理，找到瓦斯與煤塵爆炸性相互促進的規律，以及瓦斯煤塵混合爆炸的各特征參數的演化規律(如爆炸應力波傳播規律、溫度變化規律、一氧化碳產生與變化規律、火焰變化規律和煙氣云傳播規律等)。
[0018]本發明的有益效果是:[0019]1、本發明能定量地研究瓦斯和煤塵爆炸性之間的相互促進關系；
[0020]2、本發明能定量地研究瓦斯煤塵混合爆炸各特征參數(如壓力、溫度、一氧化碳、火焰、煙氣云等)的演化規律；
[0021]3、本發明構造簡單、性能穩定，方便開展瓦斯與煤塵爆炸相關性的系列研究工作。【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1為本發明實施例1的結構示意圖。
[0023]圖2為本發明實施例2的結構示意圖。
[0024]圖3為煤塵腔內部結構示意圖。
[0025]圖4為模擬巷道立體示意圖。
[0026]圖5為煤塵掃立體示意圖。
[0027]其中:1 一甲燒氣瓶，2—壓縮空氣瓶，3—減壓閥a、b,4 —電磁閥a、b,5—流量計a、b，6—二通，7—煤塵腔，8 —閥丨]a、b, 9—真空栗，10—模擬巷道，11 一試驗架，12—防爆安全閥，13一點火探針，14一點火器，15一壓力傳感器a、b、c, 16一溫度傳感器a、b、c, 17一一氧化碳傳感器a、b, 18一數據米集儀，19一聞速攝像儀，20一二角支架，21 一計算機，30一連接管，40—連接線，50—數據線，60—螺栓，61—螺母，62—密封圈，70 — U型鐵絲桿，71—橡膠圈，72—海綿套。
【具體實施方式】
[0028]下面結合附圖和各實施例對本發明作進一步闡述。
[0029]如圖1為本發明實施例1的結構示意圖，一種瓦斯煤塵混合爆炸模擬試驗裝置，所述高壓氣瓶I和壓縮空氣瓶2分別通過連接管30與減壓閥3a和3b、電磁閥4a和4b、流量計5a和5b連接，然后交匯于三通6 ;所述三通6的另一接口通過連接管30與煤塵腔7相連，然后通過閥門8a接入模擬巷道10 ;所述真空泵9通過連接管30和閥門Sb接入模擬巷道10 ;所述模擬巷道10固定在試驗架11上，其上布置了防爆安全閥12、點火探針13、壓力傳感器15、溫度傳感器16和一氧化碳傳感器17 ;所述點火探針13通過連接線40與點火器14相連，點火器14的另一端通過連接線40與數據采集儀18相連；所述壓力傳感器15、溫度傳感器16和一氧化碳傳感器17通過連接線40分別接入數據采集儀18的不同接口 ；所述數據采集儀18另有一路通過連接線40與高速攝像儀19相連；所述高速攝像儀19安設在三角支架20上，通過數據線50連接于計算機21 ;所述U型鐵絲桿70固定在橡膠圈71上，在橡膠圈71外側嵌套一個海綿套72，共同構成煤塵掃。
[0030]其中，所述甲烷氣瓶I和壓縮空氣瓶2固定放置，防止傾倒而出現事故隱患；所述煤塵腔7上有擰蓋口，通過該口可以裝入預制煤塵，煤塵要在200目以上，要經過電熱鼓風干燥箱干燥，并用電子天平稱量好克數，裝入后擰緊蓋口，煤塵腔內的腔體呈弧形，如圖3所示為其剖面示意圖，這樣有利于煤塵吹入模擬巷道中而不殘留；所述模擬巷道10為透明高強度鋼化玻璃制成的圓柱筒形腔體，兩端通過螺栓60、螺母61和密封圈62來固定和密封，如圖4所示；所述防爆安全閥23安裝于模擬巷道20的中部附近，以防止煤塵爆炸產生的壓力超過鋼化玻璃強度而毀損模擬巷道20 ;所述點火探針13安裝于模擬巷道10的中部，且針尖位于巷道斷面的中心位置，以便于爆炸過程中的數據采集；所述壓力傳感器15測量范圍為O?lOMPa，溫度傳感器16最高可測溫度不小于4000°C，一氧化碳傳感器17的測量范圍為0?500ppm，各傳感器數量根據模擬巷道10的長度來確定，其中壓力傳感器15從模擬巷道10中部向一側等距離布置，溫度傳感器16從模擬巷道10中部向一側沿兩邊布置，一氧化碳傳感器17從模擬巷道10中部向一側始末布置，在本發明實施例中它們的個數分別為3、3、2，且各傳感器連接于數據采集儀18的不同通道接口 ；所述數據采集儀18用于記錄、存儲傳感器采集的壓力、溫度和一氧化碳數據；所述點火器14、數據采集儀18和高速攝像儀19通過連接線40相連，在點火器14點著點火探針13的同時，觸發數據采集儀18開始采集數據，此時數據采集儀18通過外觸發開啟高速攝像儀19同步開始攝像；所述高速攝像儀19是可調焦的，且最短曝光時間為I U S，在降低分辨率情況下最大幀速可達100，OOOfps，其架設在一個各方位角度可調的三角支架20上，并通過數據線50與計算機21相連，在計算機21中通過軟件對高速攝像儀19進行操作及對拍攝圖像進行存儲、分析和處理；所述煤塵掃如圖5所示，其中U型鐵絲桿70為U型的硬鐵絲，其長度不小于模擬巷道10的長度，橡膠圈71所在圓直徑略小于模擬巷道10，海綿套72為軟質海綿以實現清掃功能，且橡膠圈71和海綿套72有一個豁口，用以在試驗完成后清掃模擬巷道10時通過點火探針13。
[0031]在使用該裝置進行系列試驗時，包括以下幾項使用步驟:
[0032]I)取下模擬巷道10兩側的透明玻璃斷面，用煤塵掃清潔模擬巷道10，清潔后，密閉模擬巷道10兩端面。
[0033]2)檢查各傳感器的連接完好性，打開數據采集儀18 ;將高速攝像儀19架設在三角支架20上，用數據線50將高速攝像儀19和計算機21連接、同時用連接線40連接數據采集儀18和高速攝像儀19，打開計算機21和高速攝像儀19，之后打開計算機21中的攝像控制軟件，根據軟件中所示的實時圖像調整三角支架20和高速攝像儀19，得到所需拍攝角度和清晰度。
[0034]3)保持閥門8a關閉狀態，打開閥門Sb，開啟真空泵9對模擬巷道10進行抽真空；關閉閥門8b，將預制好的200目煤塵裝入煤塵腔7 ;打開閥門8a，并先后打開甲烷氣瓶1、壓縮空氣瓶2、減壓閥3a和3b、電磁閥4a和4b以及流量計5a和5b，通過調節甲烷和壓縮空氣進入模擬巷道10的混合量以及不同預制的煤塵量，得到不同煤塵和瓦斯濃度下的預混空間。
[0035]4)關閉閥門8a，檢查點火探針13與點火器14的連接完好性，同時用連接線連接點火器14和數據采集儀18 ;點火器14對點火探針13點火，并觸發數據采集儀18開始采集壓力、溫度和一氧化碳的實時數據，同時數據采集儀18通過外觸發開啟高速攝像儀19，同步開始對模擬巷道10中瓦斯煤塵混合爆炸全過程進行攝像。
[0036]5)通過對采集的壓力、溫度和一氧化碳數據、瓦斯煤塵混合爆炸影像的綜合分析和處理，找到瓦斯與煤塵爆炸性相互促進的規律，以及瓦斯煤塵混合爆炸的各特征參數的演化規律(如爆炸應力波傳播規律、溫度變化規律、一氧化碳產生與變化規律、火焰變化規律和煙氣云傳播規律等)。
[0037]如圖2為本發明實施例2的結構示意圖，其與實施例1基本相同，只是實施例1是高速攝像儀19沿模擬巷道10的斷面對瓦斯煤塵混合爆炸過程進行攝像，而實施例2是沿模擬巷道7走向對瓦斯煤塵混合爆炸過程進行攝像，即得到在不同傳播方向上火焰和煙氣云之爆炸參數演化規律。
[0038]最后應當說明的是，以上內容僅用于說明本發明的技術方案，而非對其保護范圍進行限制，本領域科研和技術人員對本發明技術方案進行一定的修改或變更，均納入本發明技術方案的保護范圍。
【權利要求】
1.一種瓦斯煤塵混合爆炸模擬試驗裝置，其特征在于，所述高壓氣瓶(I)和壓縮空氣瓶(2)分別通過連接管(30)與減壓閥(3a、3b)、電磁閥(4a、4b)、流量計(5a、5b)連接，然后交匯于三通(6);所述三通(6)的另一接口通過連接管(30)與煤塵腔(7)相連，然后通過閥門(8a)接入模擬巷道(10 );所述真空泵(9 )通過連接管(30 )和閥門(Sb )接入模擬巷道(10);所述模擬巷道(10)固定在試驗架(11)上，其上布置了防爆安全閥(12)、點火探針(13)、壓力傳感器(15)、溫度傳感器(16)和一氧化碳傳感器(17);所述點火探針(13)通過連接線(40)與點火器(14)相連，點火器(14)的另一端通過連接線(40)與數據采集儀(18)相連；所述壓力傳感器(15)、溫度傳感器(16)和一氧化碳傳感器(17)通過連接線(40)分別接入數據采集儀(18)的不同接口 ；所述數據采集儀(18)另有一路通過連接線(40)與高速攝像儀(19)相連；所述高速攝像儀(19)安設在三角支架(20)上，通過數據線(50)連接于計算機(21);所述U型鐵絲桿(70)固定在橡膠圈(71)上，在橡膠圈(71)外側嵌套一個海綿套(72)，共同構成煤塵掃。
2.根據權利要求1所述的一種瓦斯煤塵混合爆炸模擬試驗裝置，其特征在于，所述甲烷氣瓶(I)和壓縮空氣瓶(2 )要固定放置。
3.根據權利要求1所述的一種瓦斯煤塵混合爆炸模擬試驗裝置，其特征在于，所述煤塵腔(7)上有擰蓋口，通過該口可以裝入預制煤塵，煤塵要在200目以上，煤塵腔(7)內的腔體內呈弧形。
4.根據權利要求1所述的一種瓦斯煤塵混合爆炸模擬試驗裝置，其特征在于，所述模擬巷道(10)為透明高強度鋼化玻璃制成的圓柱筒形腔體，兩端可拆卸，通過螺栓(60)、螺母(61)和密封圈(62)來固定圓柱筒體和兩端面的透明高強度鋼化玻璃。
5.根據權利要求1所述的一種瓦斯煤塵混合爆炸模擬試驗裝置，其特征在于，所述防爆安全閥(12)安裝于模擬巷道(10)的中部附近，以防止煤塵爆炸產生的壓力超過鋼化玻璃強度而毀損模擬巷道(10);所述點火探針(13)安裝于模擬巷道(10)的中部，且針尖位于巷道斷面的中心位置；所述壓力傳感器(15)測量范圍為0?lOMPa，溫度傳感器最高可測溫度不小于4000°C，一氧化碳傳感器的測量范圍為0?500ppm，各傳感器數量根據模擬巷道(10)的長度來確定，其中壓力傳感器(15)從模擬巷道(10)中部向一側等距離布置，溫度傳感器(16)從模擬巷道(10)中部向一側沿兩邊布置，一氧化碳傳感器(17)從模擬巷道(10)中部向一側始末布置，且各傳感器連接于數據采集儀(18 )的不同通道接口。
6.根據權利要求1或5所述的一種瓦斯煤塵混合爆炸模擬試驗裝置，其特征在于，所述點火器(14)、數據采集儀(18)和高速攝像儀(19)通過連接線(40)相連，在點火器(14)點著點火探針(13)的同時，觸發數據采集儀(18)開始采集數據，此時數據采集儀(18)通過外觸發開啟高速攝像儀(19)同步開始攝像；其中，所述高速攝像儀(19)架設在一個各方位角度可調的三角支架(20)上，并通過數據線(50)與計算機(21)相連，在計算機(21)中通過軟件對高速攝像儀(19)進行操作及對拍攝圖像進行存儲、分析和處理。
7.根據權利要求1所述的一種瓦斯煤塵混合爆炸模擬試驗裝置，其特征在于，所述U型鐵絲桿(70)為U型的硬鐵絲，其長度不小于模擬巷道(10)的長度，橡膠圈(71)所在圓直徑略小于模擬巷道(10)，海綿套(72)為軟質海綿，且橡膠圈(71)和海綿套(72)有一個豁口，用以在試驗完成后清掃模擬巷道(10)時通過點火探針(13)。
【文檔編號】G01N33/22GK103616491SQ201310548721
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年11月7日 優先權日:2013年11月7日
【發明者】李重情, 劉澤功, 劉健, 蔡峰, 任克斌, 王廣軍, 楊應迪, 張樹川, 張文清, 李堯斌 申請人:安徽理工大學
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
