[发明专利]一种瓦斯煤尘混合爆炸模拟试验装置

说明书

技术领域

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装置。

背景技术

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

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。

本发明采用的技术方案为：

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。

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。

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。

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。

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0～10MPa，温度传感器最高可测温度不小于4000℃，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。

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1μs，在降低分辨率情况下最大帧速可达100,000fps，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。

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。

进一步，该装置包括以下使用步骤：

1）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。