一种煤样自燃特性检测反应釜结构及方法

技术领域

本发明涉及一种煤样自燃特性检测装置，特别是涉及一种煤样自燃特性检测反应釜结构及检测方法。

背景技术

煤氧化特性的测定是当前确保煤矿生产安全和制约煤矿产能及工作面顺利开展的重要制约因素，针对这一问题，当前开发了多种结构类型的煤样自燃特性检测装置及相应的检测方法，如专利申请号为“201520044815.X ”的“一种模拟煤场煤自燃倾向性的测定装置”、专利申请号为“201610268808.7 ”的“空间及多组分气体对煤自燃倾向性影响的试验方法”等专利，虽然均不能程度满足了对煤样特性检测作业的需要，但在使用中，一方面均不同程度存在设备系统结构复杂，操作繁琐且难度大，且在检测作业中，对检测压力调整监控灵活性和精度差，且气体分析时极易因经过煤样气体中的产生的水分而早晨过检测精度下降，并易因气体中水分导致检测设备故障，严重影响了检测作业的工作效率、检测精度及检测设备运行的稳定性和可靠性；另一方面在运行中，往往仅能满足特定结构煤样检测作业的需要，从而导致检测作业适用范围单一，严重影响了检测作业的通用性和检测作业的便捷性，同时为了满足对不同结构煤样检测的需要，还往往需要配备多个检测设备，从而增加了检测作业的设备投入及运行维护成本。

因此针对这一现状，迫切需要开发一种全新的煤样自燃特性检测装置及实验方法，以满足实际使用的需要。

发明内容

针对现有技术上存在的不足，本发明提供一种煤样自燃特性检测装置及适用方法，以克服以上缺陷满足实际检测作业工作的需要。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

一种煤样自燃特性检测反应釜结构，包括密封盖、承载腔、承载台、承载护套、导向柱、驱动调节机构、倾角传感器、压力传感器及接线端子，承载腔为圆柱体空心管状结构，其上端面及下端面均与密封盖连接并同轴分布，承载腔上端面的密封盖上设与承载腔同轴分布的进气口，承载腔下端面的密封盖上设导向透孔，承载台为圆柱体结构，其下端面与导向柱连接并同轴分布，承载台、导向柱均嵌于承载腔内，并与承载腔同轴分布，其中导向柱下端面通过导向透孔位于承载腔外且超出承载腔下端面外至少10毫米，导向柱另通过驱动调节机构与承载腔侧壁内表面连接，承载台通过承载护套与承载腔内侧面滑动连接，承载护套为与承载台同轴分布的空心圆柱体结构，包覆在承载台外，且承载护套内侧面和外侧面分别与承载台外侧面和承载腔内侧面滑动连接，承载护套上端面比承载台上端面高0—20厘米，下端面与驱动调节机构连接，承载台和导向柱内设均设一条与承载腔同轴分布的导流腔，且承载台和导向柱导流腔间相互连通，压力传感器若干，环绕承载腔轴线均布在驱动调节机构与导向柱、承载护套接触面处，倾角传感器至少一个，嵌于承载腔外表面并位于承载腔中点位置，接线端子至少一个，嵌于承载腔外表面并分别与驱动调节机构、倾角传感器、压力传感器电气连接。

进一步的，所述的承载腔外另设承载机架及转台机构，所述承载机架为与承载腔同住分布的圆柱状框架结构，所述转台机构共两个，以承载腔轴线对称分布在承载腔两侧，且转台机构轴线与承载腔轴线垂直并相交，其交点位于承载腔中点位置。

进一步的，所述承载机架包括定位龙骨、连接滑槽、隔热防护层，所述定位龙骨为圆柱体空心框架结构，所述连接滑槽至少两条，环绕定位龙骨轴线均布在定位龙骨内表面并与定位龙骨轴线平行分布，且定位龙骨通过连接滑槽与承载腔外表面间滑动连接，所述隔热防护层位于定位龙骨同轴分布的空心圆柱管状结构，并嵌于承载龙骨内。

进一步的，所述驱动调节机构包括承载底座、承载套、主升降驱动机构、辅助升降驱动机构、承压弹簧、位移传感器，其中所述承载底座及承载套均为与承载腔同轴分布的环状结构并包覆在导向柱外，所述承载底座外侧面与承载腔侧壁连接，其下端面与承载腔下端面的密封盖间间距为0—20毫米，所述承载套位于承载底座上方，与承载底座间间距为承载台与承载腔上端面间间距的0.8—1.2倍，且承载套与导向柱间通过定位机构相互连接，所述承载底座下端面通过承压弹簧与密封盖连接，承载套上端面与承载台下端面连接，且承压弹簧与导向柱同轴分布并包覆在导向柱外，所述主升降驱动机构、辅助升降驱动机构均至少两条，环绕导向柱轴线均布并与导向柱轴线平行分布，其中所述主升降驱动机构上端面及下端面分别与承载套下端面及承载底座上端面垂直连接，所述辅助升降驱动机构上端面及下端面分别与承载护套下端面及承载底座上端面垂直连接，所述主升降驱动机构、辅助升降驱动机构与承载套及承载护套连接位置处均设至少一个压力传感器，所述位移传感器至少一个，嵌于承载底座上端面并与导向柱外表面滑动连接，所述主升降驱动机构、辅助升降驱动机构、位移传感器与接线端子电气连接。

进一步的，所述的主升降驱动机构、辅助升降驱动机构为电动伸缩杆、气压伸缩杆、液压伸缩杆、丝杠机构、齿轮齿条机构及蜗轮蜗杆机构中的任意一种。

进一步的，所述的承载护套包括金属承载套、尼龙滑套、承载顶板及连接铰链，所述金属承载套至少两个，均为圆柱空心管状结构，所述金属承载套间同轴分布，且相邻两条金属承载套间通过尼龙滑套滑动连接，所述尼龙滑套为与金属承载套同轴分布的空心管状结构，所述金属承载套上端面及下端面与承载顶板连接，所述承载顶板为与金属承载套同轴分布的环状结构，且相邻两个金属承载套所连接的承载顶板间间距不大于1毫米并包覆在尼龙滑套上端面外侧，所述金属承载套、尼龙滑套间轴向截面呈“工”字形结构，且各金属承载套下端面的承载顶板与驱动调节机构间通过连接铰链铰接。

进一步的，所述的导流孔对应的承载台上端面设轴向截面呈“凵”字形，并与承载台同轴分布的煤样承载槽，所述煤样承载槽深度为承载台高度的10%—50%，直径为承载台直径的30%—90%，所述煤样承载槽内设与煤样承载槽同轴分布的承载网和承载环，所述承载网上端面与煤样承载槽上端面间间距为0—5毫米，下端面与煤样承载槽下端面间通过承载环连接，所述承载环为与煤样承载槽同轴分布的闭合环状结构，其高度不小于3毫米，直径为煤样承载槽内径的10%—80%。

进一步的，所述导向柱的导流孔孔径为承载台导流孔孔径的至少3倍，且所述导向柱内的导流孔内设水分过滤机构，所述水分过滤机构包括滤瓶、吸水珠及导流锥，所述滤瓶为与导流孔同轴分布腔体结构，其上端面及下端面均设与滤瓶同轴分布的透孔，其中滤瓶上端面通过透孔与导流锥连通，所述导流锥下端面与透孔连通，所述导流锥下端面直径为导流锥上端面的10%—30%，导流锥上端面外径与导向柱的导流孔内径一致。

一种煤样自燃特性检测反应釜结构的检测方法，包括以下步骤：

S1，设备预制，首先对构成本发明的密封盖、承载腔、承载台、承载护套、导向柱、驱动调节机构、倾角传感器、压力传感器及接线端子进行组装，然后将组装后的本发明通过承载腔外表面的转台机构将本发明与实验设备连接，并使本发明的轴线与水平面垂直分布，然后将本发明分别与实验设备的电路系统、高压起源和气体检测系统连通，即可完成本发明装配；

S2，煤样匹配，根据待测试的煤样结构，通过驱动调节机构首先驱动承载护套调运行，调整承载护套中各金属承载套高出承载台上端面的高度，从而一方面通过承载护套调整增加承载台上端面面积，另一方面通过承载护套与承载台制备得到煤样承载定位用腔，以满足煤样承载定位的需要，并在完成承载护套调整后，将煤样放置在承载台上，并与承载台的承载槽同轴分布，同时高出承载台上端面的承载护套的金属承载套的内侧面对煤样侧表面进行加持定位，即可完成煤样定位，并通过密封盖对承载腔进行密封定位；

S3，封装检测，完成S2步骤后，首先由驱动调节机构同时驱动承载台和承载护套同步匀速沿承载腔轴线上行，一方面将煤样实验腔上升至指定工作位置，另一方面驱动承载台上行对煤样施加压力，使当前煤样承受压力与检测模拟地层实际压力值一致后对煤样进行保压，最后同时驱动外部实验设备的高压气源、气体检测系统运行，使高压气体从高压气源输送至本发明中，并沿煤样轴线方向从上向下流经煤样后，并在流经煤样后通过导流孔从煤样实验腔中排出并输送至气体分析仪进行检测即可，且气体在通过导向柱时，另通过导向柱内的水分过滤机构进行水分过滤后再输送至气体检测系统进行气体分析。

本发明集成化程度及运行自动化程度高，操作简便灵活，可有效的提高提高煤样自燃特性检测作业的工作效率，同时，一方面可极大的提高实验环境仿真及实验压力调节作业的灵活性、便捷性且检测作业精度高，并可有效杜绝检测气体中因残渣水分而导致气体检测结构不准及气体检测设备故障等情况发生；另一方面在检测中，可根据煤样结构灵活调整本发明的承载加压结构，克服了传统检测设备仅能满足特定煤样检测作业的缺陷，从而有效提高了本发明检测作业的通用性、灵活性及检测作业适用范围，在有效提高煤样检测作业的可靠性、便捷性及检测精度及效率的同时，另可有助于降低检测作业及设备维护工作成本。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明。

图1为本发明结构示意图；

图2为煤样实验腔结构示意图；

图3为承载台、承载护套连接结构示意图；

图4为本发明方法流程图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1—3所示，一种煤样自燃特性检测反应釜结构，包括密封盖1、承载腔2、承载台3、承载护套4、导向柱5、驱动调节机构6、倾角传感器7、压力传感器8及接线端子9，承载腔2为圆柱体空心管状结构，其上端面及下端面均与密封盖1连接并同轴分布，承载腔2上端面的密封盖1上设与承载腔2同轴分布的进气口101，承载腔2下端面的密封盖1上设导向透孔102，承载台3为圆柱体结构，其下端面与导向柱5连接并同轴分布，承载台3、导向柱5均嵌于承载腔2内，并与承载腔2同轴分布，其中导向柱5下端面通过导向透孔102位于承载腔2外且超出承载腔2下端面外至少10毫米，导向柱5另通过驱动调节机构6与承载腔2侧壁内表面连接，承载台3通过承载护套4与承载腔2内侧面滑动连接，承载护套4为与承载台3同轴分布的空心圆柱体结构，包覆在承载台3外，且承载护套4内侧面和外侧面分别与承载台3外侧面和承载腔2内侧面滑动连接，承载护套4上端面比承载台3上端面高0—20厘米，下端面与驱动调节机构6连接，承载台3和导向柱5内设均设一条与承载腔2同轴分布的导流腔103，且承载台3和导向柱5导流腔2间相互连通，压力传感器8若干，环绕承载腔2轴线均布在驱动调节机构6与导向柱5、承载护套4接触面处，倾角传感器7至少一个，嵌于承载腔2外表面并位于承载腔2中点位置，接线端子9至少一个，嵌于承载腔2外表面并分别与驱动调节机构6、倾角传感器7、压力传感器8电气连接。

本实施例中，所述的承载腔2外另设承载机架21及转台机构22，所述承载机架21为与承载腔2同住分布的圆柱状框架结构，所述转台机构22共两个，以承载腔2轴线对称分布在承载腔2两侧，且转台机构22轴线与承载腔2轴线垂直并相交，其交点位于承载腔2中点位置。

进一步优化的，所述承载机架21包括定位龙骨211、连接滑槽212、隔热防护层213，所述定位龙骨211为圆柱体空心框架结构，所述连接滑槽212至少两条，环绕定位龙骨211轴线均布在定位龙骨211内表面并与定位龙骨211轴线平行分布，且定位龙骨211通过连接滑槽212与承载腔2外表面间滑动连接，所述隔热防护层212位于定位龙骨211同轴分布的空心圆柱管状结构，并嵌于承载龙骨211内。

需要说明的，所述驱动调节机构6包括承载底座61、承载套62、主升降驱动机构63、辅助升降驱动机构64、承压弹簧65、位移传感器66，其中所述承载底座61及承载套62均为与承载腔2同轴分布的环状结构并包覆在导向柱5外，所述承载底座61外侧面与承载腔2侧壁连接，其下端面与承载腔2下端面的密封盖1间间距为0—20毫米，所述承载套62位于承载底座61上方，与承载底座61间间距为承载台62与承载腔1上端面间间距的0.8—1.2倍，且承载套62与导向柱5间通过定位机构67相互连接，所述承载底座61下端面通过承压弹簧65与密封盖1连接，承载套62上端面与承载台62下端面连接，且承压弹簧65与导向柱5同轴分布并包覆在导向柱5外，所述主升降驱动机构63、辅助升降驱动机构64均至少两条，环绕导向柱5轴线均布并与导向柱5轴线平行分布，其中所述主升降驱动机构63上端面及下端面分别与承载套62下端面及承载底座61上端面垂直连接，所述辅助升降驱动机构64上端面及下端面分别与承载护套4下端面及承载底座61上端面垂直连接，所述主升降驱动机构63、辅助升降驱动机构64与承载套62及承载护套4连接位置处均设至少一个压力传感器8，所述位移传感器66至少一个，嵌于承载底座61上端面并与导向柱5外表面滑动连接，所述主升降驱动机构63、辅助升降驱动机构64、位移传感器66与接线端子9电气连接。

进一步优化的，所述的主升降驱动机构63、辅助升降驱动机构64为电动伸缩杆、气压伸缩杆、液压伸缩杆、丝杠机构、齿轮齿条机构及蜗轮蜗杆机构中的任意一种。

重点说明的，所述的承载护套4包括金属承载套41、尼龙滑套42、承载顶板43及连接铰链44，所述金属承载套41至少两个，均为圆柱空心管状结构，所述金属承载套41间同轴分布，且相邻两条金属承载套41间通过尼龙滑套42滑动连接，所述尼龙滑套42为与金属承载套41同轴分布的空心管状结构，所述金属承载套41上端面及下端面与承载顶板43连接，所述承载顶板43为与金属承载套41同轴分布的环状结构，且相邻两个金属承载套41所连接的承载顶板43间间距不大于1毫米并包覆在尼龙滑套42上端面外侧，所述金属承载套41、尼龙滑套42间轴向截面呈“工”字形结构，且各金属承载套41下端面的承载顶板43与驱动调节机构6间通过连接铰链44铰接。

本实施例中，所述的导流孔103对应的承载台3上端面设轴向截面呈“凵”字形，并与承载台3同轴分布的煤样承载槽31，所述煤样承载槽31深度为承载台3高度的10%—50%，直径为承载台3直径的30%—90%，所述煤样承载槽31内设与煤样承载槽31同轴分布的承载网32和承载环33，所述承载网32上端面与煤样承载槽31上端面间间距为0—5毫米，下端面与煤样承载槽31下端面间通过承载环33连接，所述承载环33为与煤样承载槽31同轴分布的闭合环状结构，其高度不小于3毫米，直径为煤样承载槽31内径的10%—80%。

进一步优化的，所述导向柱5的导流孔103孔径为承载台3导流孔103孔径的至少3倍，且所述导向柱5内的导流孔103内设水分过滤机构，所述水分过滤机构包括滤瓶104、吸水珠105及导流锥106，所述滤瓶104为与导流孔103同轴分布腔体结构，其上端面及下端面均设与滤瓶104同轴分布的透孔107，其中滤瓶104上端面通过透孔107与导流锥106连通，所述导流锥106下端面与透孔107连通，所述导流锥106下端面直径为导流锥106上端面的10%—30%，导流锥106上端面外径与导向柱5的导流孔105内径一致。

如图4所示，一种煤样自燃特性检测反应釜结构的检测方法，包括以下步骤：

S1，设备预制，首先对构成本发明的密封盖、承载腔、承载台、承载护套、导向柱、驱动调节机构、倾角传感器、压力传感器及接线端子进行组装，然后将组装后的本发明通过承载腔外表面的转台机构将本发明与实验设备连接，并使本发明的轴线与水平面垂直分布，然后将本发明分别与实验设备的电路系统、高压起源和气体检测系统连通，即可完成本发明装配；

S2，煤样匹配，根据待测试的煤样结构，通过驱动调节机构首先驱动承载护套调运行，调整承载护套中各金属承载套高出承载台上端面的高度，从而一方面通过承载护套调整增加承载台上端面面积，另一方面通过承载护套与承载台制备得到煤样承载定位用腔，以满足煤样承载定位的需要，并在完成承载护套调整后，将煤样放置在承载台上，并与承载台的承载槽同轴分布，同时高出承载台上端面的承载护套的金属承载套的内侧面对煤样侧表面进行加持定位，即可完成煤样定位，并通过密封盖对承载腔进行密封定位；

S3，封装检测，完成S2步骤后，首先由驱动调节机构同时驱动承载台和承载护套同步匀速沿承载腔轴线上行，一方面将煤样实验腔上升至指定工作位置，另一方面驱动承载台上行对煤样施加压力，使当前煤样承受压力与检测模拟地层实际压力值一致后对煤样进行保压，最后同时驱动外部实验设备的高压气源、气体检测系统运行，使高压气体从高压气源输送至本发明中，并沿煤样轴线方向从上向下流经煤样后，并在流经煤样后通过导流孔从煤样实验腔中排出并输送至气体分析仪进行检测即可，且气体在通过导向柱时，另通过导向柱内的水分过滤机构进行水分过滤后再输送至气体检测系统进行气体分析。

本发明集成化程度及运行自动化程度高，操作简便灵活，可有效的提高提高煤样自燃特性检测作业的工作效率，同时，一方面可极大的提高实验环境仿真及实验压力调节作业的灵活性、便捷性且检测作业精度高，并可有效杜绝检测气体中因残渣水分而导致气体检测结构不准及气体检测设备故障等情况发生；另一方面在检测中，可根据煤样结构灵活调整本发明的承载加压结构，克服了传统检测设备仅能满足特定煤样检测作业的缺陷，从而有效提高了本发明检测作业的通用性、灵活性及检测作业适用范围，在有效提高煤样检测作业的可靠性、便捷性及检测精度及效率的同时，另可有助于降低检测作业及设备维护工作成本。

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。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。