[發明專利]采用液態二氧化碳滅火時的煤降溫規律實驗裝置及方法

在審

• 申請號: 201710732550.6
• 申請日: 2017-08-24
• 公開（公告）號: CN107328814A
• 公開（公告）日: 2017-11-07
• 發明（設計）人: 翟小偉;徐宇;王凱;王庭焱;吳世博;張偉霞;王博
• 申請（專利權）人: 西安科技大學
• 主分類號: G01N25/22
• 分類號: G01N25/22
• 代理公司: 北京萬貝專利代理事務所(特殊普通合伙)11520
• 代理人: 馬斌

技術領域

本發明屬于采用液態二氧化碳進行煤礦滅火的技術領域，具體是涉及一種采用液態二氧化碳滅火時的煤降溫規律實驗裝置及方法。

背景技術

煤自燃火災作為全球性災難之一，它不僅對煤炭資源、生產設備、通風系統和大氣環境造成嚴重的破壞，甚至會造成人員傷亡重大事故。現有的煤礦防滅火技術方法中，液態二氧化碳方法由于在惰化的基礎上能夠實現快速降溫，在礦井火區治理上表現出極大的優勢。

目前，直注液態二氧化碳技術在防治煤自燃工作中起到了重要作用，但對于液態二氧化碳對高溫煤體降溫的具體規律掌握不明。首先，位于釋放口附近液態二氧化碳的相變現象雖時間極短，但變化劇烈，并顯著改變了環境溫度。而煤體的物性參數和氧化放熱特性對溫度十分敏感。然而目前缺少對于液態二氧化碳在松散介質中的快速相變導致的煤體溫度變化等內容的研究。其次，液態二氧化碳釋放后，其流動受壓力和相變共同驅動，加之多孔介質復雜的滲流通道環境。導致對松散介質中二氧化碳滲流規律掌握不清，進而無法有效研究煤體內二氧化碳的傳質傳熱過程。導致煤體內吸熱降溫的主要區域以及大范圍氣體的逸散行為與灌注條件之間的關系不明，從而不能科學地設計液態二氧化碳的釋放量、釋放位置和釋放強度等工藝參數。不僅嚴重影響了應用二氧化碳防滅火技術的效果，一旦發生工作面泄露則嚴重影響了系統安全。

煤體自燃后，液態二氧化碳注入后引起的溫度變化特征與煤體初始溫度分布、注入位置、口徑、壓注流量、壓力等參數關系十分密切，其影響因素多，物理過程復雜，現場測試隨機性太強，無法獲得準確的數據。因此，需要利用物理實驗模擬的方法夠排出無關因素的影響，分析現象與各物理量之間的復雜關系和變化規律，分析直注液態二氧化碳后，高溫煤體降溫范圍的變化規律。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術中的不足，提供一種采用液態二氧化碳滅火時的煤降溫規律實驗裝置。該實驗裝置模擬采用液態二氧化碳對煤礦中自燃后的煤進行滅火，以摸清液態二氧化碳在松散介質中快速相變導致的煤體溫度變化規律。

為實現上述目的，本發明采用液態二氧化碳滅火時的煤降溫規律實驗裝置采用的技術方案是：采用液態二氧化碳滅火時的煤降溫規律實驗裝置，其特征在于：包括氣態二氧化碳儲罐、液態二氧化碳儲罐、緩沖罐和測試容器，所述氣態二氧化碳儲罐的出氣口通過氣相輸送管與緩沖罐的氣相進口相連接，所述氣態二氧化碳儲罐的出氣口處設置有出氣關斷閥，所述液態二氧化碳儲罐的出液口通過液相輸送管與緩沖罐的液相進口相連接，所述液態二氧化碳儲罐的出液口設置有出液關斷閥，所述緩沖罐上設置有放空閥，所述緩沖罐的底部設置有出口閥，所述測試容器上設置有接入管，所述出口閥和所述接入管通過壓注管相連接，所述接入管上設置有旋擰閥，所述測試容器內設置用于加熱其內的煤體已使煤自燃的電加熱棒和用于檢測煤自燃后溫度變化的多個溫度傳感器，多個所述溫度傳感器與溫度巡檢儀相接。

上述的采用液態二氧化碳滅火時的煤降溫規律實驗裝置，其特征在于：所述緩沖罐側壁的內部嵌有電加熱絲。

上述的采用液態二氧化碳滅火時的煤降溫規律實驗裝置，其特征在于：所述壓注管上設置有溫度變送器和壓力變送器，所述緩沖罐上設置有壓力表。

上述的采用液態二氧化碳滅火時的煤降溫規律實驗裝置，其特征在于：所述測試容器內設置有沿其高度方向間隔布設的多個測點固定架，多個所述溫度傳感器布設在所述測點固定架上。

上述的采用液態二氧化碳滅火時的煤降溫規律實驗裝置，其特征在于：所述接入管的數量為多個，多個所述接入管沿其高度方向在所述測試容器的下部間隔布設。

上述的采用液態二氧化碳滅火時的煤降溫規律實驗裝置，其特征在于：所述接入管的外壁設置有外螺紋，所述測試容器上開設有用于與所述接入管螺紋連接的螺紋孔。

上述的采用液態二氧化碳滅火時的煤降溫規律實驗裝置，其特征在于：還包括電子平臺秤，所述液態二氧化碳儲罐放置在所述電子平臺秤上。

上述的采用液態二氧化碳滅火時的煤降溫規律實驗裝置，其特征在于：所述測試容器的側壁包括內層護壁和外層護壁，所述內層護壁和所述外層護壁之間設置有保溫棉。

為了有效的采用上述實驗裝置進行實現，本發明還提供了一種利用如上述的煤降溫規律實驗裝置進行實驗的方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一、測試容器內的電加熱棒通電加熱，以使測試容器內的煤開始自燃；

步驟二、關閉接入管上的旋擰閥，打開氣態二氧化碳儲罐上的出氣關斷閥和所述緩沖罐上的放空閥，使氣態二氧化碳進入緩沖罐，然后通過放空閥從緩沖罐排出；

步驟三、關閉放空閥；