一种耦合作用下煤低温氧化气体测试装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种耦合作用下煤低温氧化气体测试装置及其使用方法，具体是一种耦合作用下煤低温氧化气体测试装置及其使用方法。

背景技术

采空区煤自燃事故是矿井典型灾害之一，煤自燃不仅浪费大量资源，其产生的有毒有害气体对环境造成污染，当采空区煤自燃灾害与瓦斯灾害共存时，煤自燃引发的灾害更为严重，甚至会引起瓦斯爆炸。目前缺乏针对瓦斯与湿度共同作用下煤低温氧化气体的测试与研究，限制了煤自燃与瓦斯共生灾害的预测工作的发展。

现有煤低温氧化气体测试实验装置，基本方法为将一定量的气流通入煤样罐，加热使煤样升温至设定温度，检测煤样罐出口的气体成分，分析气体随温度的变化规律，瓦斯高温下易爆炸，装置安全性低，传统加热用水浴加热，导致煤无法自燃，气体加热不均匀，导致反应不完全。

针对上述现有问题，现设计一种耦合作用下煤低温氧化气体测试装置及其使用方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耦合作用下煤低温氧化气体测试装置及其使用方法，样品罐位于氮气浴箱内，装置密封，发生爆炸，不会产生连锁反应，安全性好，设有多个阀门，防止燃烧爆炸，事先制备混合气体，保证精确的气体组分，活塞压缩气囊挤出混合气体，方便控制气体流速，采用气浴加热，可加热高温，保证样煤燃烧，保证加热均匀，反应充分实验结果精确。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种耦合作用下煤低温氧化气体测试装置，测试装置包括氮气罐，所述氮气罐的一端连接有密封箱，氮气罐与密封箱之间设有解压阀和压力计，密封箱的一端与氮气罐紧固连接，另一端与加湿器连接。

所述密封箱与加湿器之间设有第一单向阀和干燥器，加湿器的一端连接有氮气浴箱，另一端连接有储水箱，加湿器与氮气浴箱之间设有第一流量计和阻火阀，氮气浴箱的一端连接有色谱分析仪，另一端连接有加热器，氮气浴箱的一端连接有感温器，感温器的一端与氮气浴箱连接，另一端与数据采集器连接，色谱分析仪与数据采集器紧固连接。

所述密封箱内紧固设有用于存储瓦斯气体的气囊，气囊与第一单向阀紧固连接，密封箱内设有用于挤压气囊的活塞。

进一步的，所述加湿器内设有用于气体加湿的喷雾器，加湿器的下端设有闸阀。

进一步的，所述储水箱的一端与闸阀紧固连接，另一端与喷雾器紧固连接，储水箱与喷雾器之间设有第二单向阀和第二流量计。

进一步的，所述氮气浴箱上设有用于进气的第一进气口和第二进气口，进气口内固定设有预热管，氮气浴箱上设有出气口，出气口与第二进气口之间设有加热器，氮气浴箱上设有用于放置煤样的样品罐，样品罐与色谱分析仪紧固连接，氮气浴箱内紧固设有用于固定温度传感器的安装孔。

进一步的，所述样品罐内设有密封盖，样品罐上设有隔热盖，密封盖和隔热盖上均设有爆破片，样品罐内设有对称分布的感温探头，感温探头与感温器紧固连接，感温器的输出端与数据采集器紧固连接。

进一步的，所述气囊内设有瓦斯混合气体，瓦斯混合气体由瓦斯气体、氮气、氧气组成。

一种耦合作用下煤低温氧化气体测试装置的使用方法，所述使用方法包括如下步骤:

S1、预处理

启动热源，设定温度，对氮气浴箱进行预热，加热到设定温度时，开启数据采集器、感温器和色谱分析仪。

S2、进料

打开密封盖，将煤样通过密封盖，放置在样品罐内，改好密封盖和隔热盖，将瓦斯混合气体注入气囊内。

S3、进气

打开氮气罐，调节氮气压力，氮气通过解压阀和压力计进入密封箱，挤压活塞，使活塞挤出气囊中的瓦斯混合气体。

S4、加湿

瓦斯混合气体经过第一单向阀和干燥器，除去瓦斯混合气体内剩余的水分，进入加热器，打开喷雾器，控制第一单向阀和第二单向阀，对瓦斯混合气体进行加湿，得到不同湿度的瓦斯混合气体，多余的水经过闸阀流回储水箱。

S5、加热气体

不同湿度的瓦斯混合气体经过第一流量计和阻火阀进入氮气浴箱内，预热管对气体进行预热，预热后的气体经过出气口进入加热器内加热，经过第二进气口，进入样品罐内。

S6、反应

混合气体进入样品罐内与煤样反应，通过感温器和色谱分析仪检测样品罐内的温度、环境温度计及气体组分，并通过数据采集器收集数据，直到达到实验所需最高温度，完成实验。

S7、清理

关闭装置，当氮气浴箱内温度低于40℃时，取出样品罐，清理煤样。

本发明的有益效果：

1、本发明测试装置，样品罐位于氮气浴箱内，装置密封，发生爆炸，不会产生连锁反应，安全性好，设有多个阀门，防止燃烧爆炸；

2、本发明测试装置，事先制备混合气体，保证精确的气体组分，活塞压缩气囊挤出混合气体，方便控制气体流速，采用气浴加热，可加热高温，保证样煤燃烧，保证加热均匀，反应充分实验结果精确。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明测试装置结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

一种耦合作用下煤低温氧化气体测试装置，测试装置包括氮气罐1，如图1所示，氮气罐1的一端连接有密封箱4，氮气罐1与密封箱4之间设有解压阀2和压力计3，密封箱4的一端与氮气罐1紧固连接，另一端与加湿器7连接，密封箱4与加湿器7之间设有第一单向阀5和干燥器6，加湿器7的一端连接有氮气浴箱19，另一端连接有储水箱25，加湿器7与氮气浴箱19之间设有第一流量计8和阻火阀9，氮气浴箱19的一端连接有色谱分析仪17，另一端连接有加热器20，氮气浴箱19的一端连接有感温器16，感温器16的一端与氮气浴箱19连接，另一端与数据采集器18连接，色谱分析仪17与数据采集器18紧固连接。

密封箱4内紧固设有用于存储瓦斯气体的气囊23，气囊23与第一单向阀5紧固连接，密封箱4内设有用于挤压气囊23的活塞24。

加湿器7内设有用于气体加湿的喷雾器21，加湿器7的下端设有闸阀22。

储水箱25的一端与闸阀22紧固连接，另一端与喷雾器21紧固连接，储水箱25与喷雾器21之间设有第二单向阀31和第二流量计32。

氮气浴箱19上设有用于进气的第一进气口28和第二进气口27，进气口28内固定设有预热管10，氮气浴箱19上设有出气口26，出气口26与第二进气口27之间设有加热器20，氮气浴箱19上设有用于放置煤样的样品罐12，样品罐12与色谱分析仪17紧固连接，氮气浴箱19内紧固设有用于固定温度传感器的安装孔29。

样品罐12内设有密封盖11，样品罐12上设有隔热盖，密封盖11和隔热盖上均设有爆破片13，样品罐12内设有对称分布的感温探头14，感温探头14与感温器16紧固连接，感温器16的输出端与数据采集器18紧固连接。

气囊23为圆柱形结构，挤压时受压面积不变，均匀受压，气囊23内设有瓦斯混合气体，瓦斯混合气体由瓦斯气体、氮气、氧气组成。

一种耦合作用下煤低温氧化气体测试装置的使用方法，所述使用方法包括如下步骤:

S1、预处理

启动热源20，设定温度，对氮气浴箱19进行预热，加热到设定温度时，开启数据采集器18、感温器16和色谱分析仪17。

S2、进料

打开密封盖11，将煤样通过密封盖11，放置在样品罐12内，改好密封盖11和隔热盖，将瓦斯混合气体注入气囊23内。

S3、进气

打开氮气罐1，调节氮气压力，氮气通过解压阀2和压力计3进入密封箱4，挤压活塞24，使活塞24挤出气囊23中的瓦斯混合气体。

S4、加湿

瓦斯混合气体经过第一单向阀5和干燥器6，除去瓦斯混合气体内剩余的水分，进入加热器7，打开喷雾器21，控制第一单向阀5和第二单向阀31，对瓦斯混合气体进行加湿，得到不同湿度的瓦斯混合气体，多余的水经过闸阀22流回储水箱21。

S5、加热气体

不同湿度的瓦斯混合气体经过第一流量计8和阻火阀9进入氮气浴箱19内，预热管10对气体进行预热，预热后的气体经过出气口26进入加热器20内加热，经过第二进气口27，进入样品罐12内。

S6、反应

混合气体进入样品罐12内与煤样反应，通过感温器16和色谱分析仪17检测样品罐12内的温度、环境温度计及气体组分，并通过数据采集器18收集数据，直到达到实验所需最高温度，完成实验。

S7、清理

关闭装置，当氮气浴箱19内温度低于40℃时，取出样品罐12，清理煤样。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。