[发明专利]一种基于Coward爆炸三角形的混合气体鉴定装置和鉴定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于Coward爆炸三角形的混合气体鉴定装置和鉴定方法，用于研究密闭矿井中大气组成或矿井火灾防治。

背景技术

Coward爆炸性图表法可以简便、快捷地确定混合气体的爆炸性。在最初的Coward图中，只有三种可燃气体(CH₄，CO和H₂)。当三种可燃气体与空气混合时，混合物的爆炸性取决于可燃气体和氧气所占的比重。其中，爆炸性三角形是由三个特征点确定的，即产生爆炸所需最少量氧气的上、下限以及鼻限点。

然而，在一个密闭的矿井中，矿井中的大气由以下气体组成：①大气气体，大气气体是指能在一般环境中发现的气体样品，大约99％的成分是N₂(氮气)和O₂(氧气)，除此以外还有少量的Ar(氩)和CO₂(二氧化碳)；②地下矿井中化学反应(煤的低温氧化，燃烧或瓦斯爆炸事故)产生的气体；③从原始煤层排放的气体，如CH₄(甲烷)，CO₂(二氧化碳)和H₂(氢气)；(4)其他惰性气体，如N₂。

通常情况下，化学反应有两种不同的形式，第一是煤的氧化或燃烧，第二是矿井瓦斯爆炸。煤的氧化是一个不可逆的放热反应，随着温度的增加反应速率随之加快。当煤的氧化产生的热量不能充分传导至周围环境中时，煤体温度增加并反向作用于煤氧化过程，从而导致煤氧化速率的增加，如不能用适当的方式控制这一反应就会导致热失控并可能发生火灾。煤暴露在空气中发生的自发加热反应也是煤的一种低温氧化反应，随着该反应的加剧，有可能导致矿井火灾。

研究矿井火灾产物的重要前提是理解煤体氧化进程中产生的各种气体产物。一般来说，会依次发生以下过程：

(1)气体从煤中分馏出来：低温氧化的初期产物是CO(一氧化碳)、CO₂和水蒸汽，同时也产生了CH₄和H₂；

(2)煤表面发生氧化的同时放出热量：这个阶段产生的气体包括C_nH_2n+2(烷烃)、C_nH_2n(烯烃)和C_nH_2n-2(炔)等一系列烃类气体，且该过程的进展速度取决于氧化的温度；

(3)煤燃烧：消耗O₂并主要产生CO和CO₂。

在地下的空气组分中通常存在C₂H₂(乙炔)、C₂H₄(乙烯)和C₂H₆(乙烷)，虽然这些气体总量不大，但对井下采空区内的气体的爆炸性影响十分显著；由于原始Coward爆炸性图表法并不考虑这些气体，因此在实际的工程应用中均必然会有一定的局限性，有时甚至会误判，将可能发生爆炸的区域判定为不会发生爆炸的区域，这对矿井生产安全产生了极其不利的影响，因而亟需对现有的Coward爆炸鉴定法进行有益的修正。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于Coward爆炸三角形的混合气体鉴定装置和鉴定方法，用于改善现有Coward爆炸鉴定方法的粗判、误判缺陷，提升爆鉴定准确性和可靠性。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于Coward爆炸三角形的混合气体鉴定装置，包括水平设置的气体浓度检测腔体，气体浓度检测腔体的前端设置有探测气管、尾端设置有负压抽吸式风扇，在探测气管的进气端设置有滤尘纱网，在探测气管的内部设置有温度计和压力计，氧气浓度测定探头、氮气浓度测定探头、甲烷浓度测定探头、一氧化碳浓度测定探头、氢气浓度测定探头、乙炔浓度测定探头、乙烯浓度测定探头、乙烷浓度测定探头和二氧化碳测定探头伸入到气体浓度检测腔体内部，并位于同一水平面上。

优选的，所述气体浓度检测腔体外壁上设置有集成显示屏，氧气浓度测定探头、氮气浓度测定探头、甲烷浓度测定探头、一氧化碳浓度测定探头、氢气浓度测定探头、乙炔浓度测定探头、乙烯浓度测定探头、乙烷浓度测定探头和二氧化碳测定探头采集到的各种气体浓度数据通过集成显示屏显示。

一种基于上述鉴定装置的鉴定方法，包括如下步骤：