[发明专利]一种瓦斯爆炸模拟试验系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及爆炸试验技术领域，尤其是涉及一种瓦斯爆炸模拟试验系统及方法。

背景技术

我国是世界上煤炭生产和消费的大国，预计2050年煤炭作为主要能源还将占50%以上，但煤炭生产面临着各种煤矿灾害，特别是瓦斯灾害，如在煤矿企业一次死亡10人以上的事故中，瓦斯事故占死亡人数的71%。其中，瓦斯爆炸不仅可导致大量人员伤亡，还会摧毁井巷设施、中断生产，有时还会引起煤尘爆炸、矿井火灾等二次煤矿灾害。所以，对瓦斯爆炸规律的研究对预防和控制瓦斯灾害具有重大意义，是保障煤矿安全生产的基础。

矿井瓦斯是煤矿井下各种有毒有害气体的总称，其主要成分是甲烷（CH₄），占80%以上，故人们习惯上将甲烷称为瓦斯，也就是说，瓦斯爆炸可以等价为甲烷-空气的混合气体在外界火源诱导触发下的爆炸过程。对于该爆炸过程的模拟试验研究方面的专利，目前只有樊小利等发明的智能型瓦斯爆炸实验演示装置（申请号：CN200910064363.0），其不足在于：它只是一个定性的瓦斯爆炸演示实验装置，而不能定量地对各种浓度的瓦斯爆炸进行研究。所以，有必要发明一种可定量、精细化地对各种不同浓度条件下的瓦斯爆炸进行研究的模拟试验系统及方法，通过对瓦斯爆炸规律的定量化和精细化研究，为预防和控制煤矿瓦斯灾害提供理论支持。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种瓦斯爆炸模拟试验系统及方法，它实现了对瓦斯爆炸过程的定量化和精细化描述，能得到瓦斯爆炸过程中爆炸应力波传播规律、温度变化规律、烟气和火焰变化规律等。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种瓦斯爆炸模拟试验系统，包括甲烷气瓶、空气瓶、减压阀、电磁阀、流量计、三通、模拟巷道、试验架、进气口、进气阀门、出气口、出气阀门、真空泵、防爆安全阀、点火探针、点火器、压力传感器、温度传感器、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。其特征在于，所述甲烷气瓶和空气瓶分别通过连接管与减压阀、电磁阀和流量计连接，并交汇于三通，再通过连接管和进气阀门连接于模拟巷道的进气口；所述模拟巷道固定在试验架上，其上有进气口、出气口和防爆安全阀；所述真空泵通过连接管和出气阀门连接于模拟巷道的出气口；所述点火探针安装于模拟巷道的中部，并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；所述压力传感器和温度传感器安装在模拟巷道内，并通过连接线分别与数据采集仪相连；所述数据采集仪另有一路通过连接线与高速摄像仪相连；所述高速摄像仪置于三角支架上，通过数据线连接于计算机。

进一步，所述甲烷气瓶和空气瓶要固定放置，用以防止气瓶倾斜倒塌发生事故；所述减压阀、电磁阀和流量计各有两个，分别用于甲烷气瓶和空气瓶气路。

进一步，所述模拟巷道为一透明高强度钢化玻璃制成的密闭圆柱腔体，这样就可用高速摄像仪进行摄像；所述防爆安全阀安装于模拟巷道的中部附近，以防止瓦斯爆炸产生的压力超过钢化玻璃强度而毁损模拟巷道，起到释放压力的作用。

进一步，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，这样在点火爆炸时其爆炸波的传播是对称的，有利于数据采集。

进一步，所述压力传感器测量范围为0～10MPa，温度传感器为热电偶型，最高可测温度不小于3000℃，它们的个数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，以探测爆炸应力波沿巷道走向的传递变化情况；温度传感器从模拟巷道中部向一侧沿两边布置，以探测温度沿巷道走向及在巷道断面内的变化情况；所述数据采集仪经不同的通道接口与压力传感器和温度传感器相连，记录并存储传感器采集的压力和温度数据，之后再通过相关软件对数据进行分析和处理。

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，在点火器触发点火探针时，同时触发数据采集仪开始采集数据，此时数据采集仪又通过外触发开启高速摄像仪同步开始摄像，并通过软件在计算机中记录和存储；所述三角支架为一种可调整各方位角度的三角支撑架，固定于其上的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。

一种瓦斯爆炸模拟试验方法，其分为以下几步：

1）检查压力传感器和温度传感器是否完好、连接线的连接是否准确，打开数据采集仪。