[發明專利]一種煤礦瓦斯煤塵爆炸的試驗系統及試驗方法

有效

• 申請號: 202110773098.4
• 申請日: 2021-07-08
• 公開（公告）號: CN113325034B
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 周輝;穆朝民;李重情;劉偉;黃強;付強;焦振華
• 申請（專利權）人: 安徽理工大學
• 主分類號: G01N25/54
• 分類號: G01N25/54
• 代理公司: 北京慕達星云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 姜海榮

1.一種煤礦瓦斯煤塵爆炸的試驗系統，其特征在于，包括：爆炸管網系統、配氣系統、點火系統、抑爆系統、數據采集系統和監測系統；

所述爆炸管網系統包括管道(1)以及間隔安裝在所述管道(1)內的多個第二法蘭盤(40)；多個所述第二法蘭盤(40)將所述管道(1)依次分隔為預混加速段、穩定傳播段、第一沖擊傳播段、煤塵鋪設段和第二沖擊波傳播段；所述預混加速段和所述穩定傳播段之間的所述第二法蘭盤(40)內安裝有隔爆薄膜(7)；

所述配氣系統包括通過進氣閥(20)連接在所述預混加速段首端的高純瓦斯氣瓶(2)和空氣壓縮機(37)、和通過吸氣閥(19)連接的真空泵(18)、以及與所述預混加速段并聯的由第一循環閥(27)、循環泵(29)和第二循環閥(28)形成的管路；所述配氣系統還包括安裝在所述第二沖擊波傳播段尾端的排氣閥(30)；

所述點火系統包括安裝在所述預混加速段端頭的電極(3)，以及與所述電極(3)電性連接的交流電源(21)；

所述抑爆系統包括串聯在所述第一沖擊傳播段的多個第一偽隨機多面體網殼結構(8)，和串聯在所述第二沖擊波傳播段的多個第二偽隨機多面體網殼結構(39)；所述第一偽隨機多面體網殼結構(8)和第二偽隨機多面體網殼結構(39)為矩形體內空結構，內部壁面為偽隨機生成的多面體網殼結構，近似球直徑為管道直徑的2～6倍，多面體的面數為20～80面；所述第一偽隨機多面體網殼結構(8)和所述第二偽隨機多面體網殼結構(39)內部連接有抑爆干粉噴射組件；所述抑爆干粉噴射組件包括安裝在所述第一偽隨機多面體網殼結構(8)和第二偽隨機多面體網殼結構(39)內的抑爆干粉噴頭(9)；所述抑爆干粉噴頭(9)依次與壓力探測器(17)、儲粉罐(12)、第一電機(13)和第一控制器(15)連接；

所述數據采集系統包括安裝在所述管道(1)各段的多個壓力傳感器(35)和火焰傳感器(36)；多個所述壓力傳感器(35)和所述火焰傳感器(36)依次電性連接有電荷放大器(24)、動態數據采集儀(23)和上位機(22)；所述上位機(22)與所述真空泵(18)和所述交流電源(21)電性連接；所述上位機(22)電性連接有布置在所述管道(1)外側的第一熱成像儀(33)和第二熱成像儀(34)；所述排氣閥(30)依次連接有抽氣機(31)、集氣瓶(32)和氣體成分分析儀(41)；

所述監測系統包括布置在所述管道(1)外側，且與所述上位機(22)電性連接的第一高速攝像機(25)和第二高速攝像機(26)。

2.根據權利要求1所述的一種煤礦瓦斯煤塵爆炸的試驗系統，其特征在于，所述管道(1)的各段通過第一法蘭盤(5)和第二法蘭盤(40)連接，所述第一法蘭盤(5)和所述第二法蘭盤(40)均通過螺栓螺母(4)與所述管道(1)各段連接。

3.根據權利要求1所述的一種煤礦瓦斯煤塵爆炸的試驗系統，其特征在于，所述預混加速段內間隔布置有1-3個加速環(6)。

4.根據權利要求1所述的一種煤礦瓦斯煤塵爆炸的試驗系統，其特征在于，所述第一沖擊傳播段為直管，所述第一偽隨機多面體網殼結構(8)的數量為兩個，且沿所述第一沖擊傳播段的方向兩側開口；所述第二沖擊波傳播段為Z型管；所述第二偽隨機多面體網殼結構(39)的數量為兩個，且分別布置在所述第二沖擊波傳播段的拐角處，兩個所述第二偽隨機多面體網殼結構(39)為直角型側開口。

5.根據權利要求1所述的一種煤礦瓦斯煤塵爆炸的試驗系統，其特征在于，所述第一偽隨機多面體網殼結構(8)和所述第二偽隨機多面體網殼結構(39)的出口處安裝有多層金絲網卷簾門(10)；所述多層金絲網卷簾門(10)的控制端依次電性連接有第二電機(14)、第二控制器(16)和壓力探測器(17)；所述壓力探測器(17)安裝在所述預混加速段的首端。

6.根據權利要求1所述的一種煤礦瓦斯煤塵爆炸的試驗系統，其特征在于，所述煤塵鋪設段形成有煤塵腔(11)；所述煤塵腔(11)用于鋪設不同質量、不同含水率的煤粉。

7.根據權利要求1所述的一種煤礦瓦斯煤塵爆炸的試驗系統，其特征在于，所述預混加速段上安裝有數字真空表(38)。

8.一種采用權利要求1-7任一項所述的煤礦瓦斯煤塵爆炸的試驗系統的試驗方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、關閉所述吸氣閥(19)、所述進氣閥(20)、所述第一循環閥(27)、所述第二循環閥(28)和所述排氣閥(30)，使得所述預混加速段處于封閉狀態；打開所述空氣壓縮機(37)的進氣閥(20)，利用所述空氣壓縮機(37)正壓送風檢查預混加速段氣密性，在確保管道密封性良好后打開所述吸氣閥(19)，再利用所述真空泵(18)對所述預混加速段管道進行抽真空處理；當達到預定真空度后關閉所述吸氣閥(19)，隨后打開所述進氣閥(20)和所述高純瓦斯氣瓶(2)，采用道爾頓分壓體積法完成甲烷/空氣預混氣體的配制；

S2、打開所述第一循環閥(27)和所述第二循環閥(28)，利用所述循環泵(29)對預混氣體進行充分循環混合，隨后打開所述進氣閥(20)確保預混加速段內混合氣體處于大氣壓平衡狀態，關閉所述進氣閥(20)，再次打開所述第一循環閥(27)、所述第二循環閥(28)和所述循環泵(29)，對預混氣體再次充分混合；所述循環泵(29)的工作時間不小于20分鐘；

S3、設定好所述壓力傳感器(35)、所述火焰傳感器(36)、所述第一高速攝像機(25)、所述第二高速攝像機(26)、所述第一熱成像儀(33)和所述第二熱成像儀(34)的觸發參數，并將所述動態數據采集儀、所有的高速攝像機和熱成像儀設定為待觸發狀態，其中高速攝像機設置為后觸發模式；

S4、關閉所述第一循環閥(27)、所述第二循環閥(28)和所述循環泵(29)，保持所述吸氣閥(19)、所述進氣閥(20)和所述排氣閥(30)的關閉狀態，啟動所述交流電源(21)對所述電極(3)進行通電點火，此時甲烷空氣預混氣體將發生爆炸，監測到爆炸壓力后將壓力信號轉換為電信號，啟動抑爆干粉噴射組件工作，開始噴射超細抑爆粉體，同時瞬時封閉網殼結構的出口；

S5、預混氣體爆炸發生后，所述壓力傳感器(35)采集到壓力信號后轉化為電信號，所述火焰傳感器(36)采集到光信號轉化為電信號，所述壓力傳感器(35)和所述火焰傳感器(36)轉換后的電信號均通過電荷放大器(24)將信號放大并傳輸至動態數據采集儀(23)處理；與此同時，所述第一高速攝像機(25)和所述第二高速攝像機(26)對經過所述第一偽隨機多面體網殼結構(8)和所述第二偽隨機多面體網殼結構(39)前后的火焰波以及是否能引燃沉積煤塵產生二次爆炸的整個傳播過程進行監測；所述第一熱成像儀(33)和所述第二熱成像儀(34)對所述管道(1)中爆炸火焰的傳播溫度進行監測；隨后所述動態數據采集儀(23)、所有的高速攝像機和所有的熱成像儀采集到的數據信息將傳送至所述上位機(22)進行顯示和處理；

S6、爆炸結束確保安全的情況下，打開所述排氣閥(30)，啟動所述抽氣機(31)抽取部分爆炸后氣體至所述集氣瓶(32)，隨后將所述集氣瓶(32)中收集到的氣體輸送至所述氣體成分分析儀(41)，對爆炸后的有毒有害氣體進行成分和含量分析。