專利名稱：一種模擬煤自燃的測氡試驗臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種模擬煤自燃過程及其上覆巖層中氡氣傳播運移規(guī)律 的試驗臺，屬模擬煤炭自燃、測量氡氣的設(shè)備及方法的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
煤炭自燃是極其復雜的物理化學過程，是特定條件下煤吸附氧化、自 然氧化、熱量積聚、自行燃燒而形成的一種頻發(fā)性災害。
煤層自燃火災發(fā)生于地下，其火源的隱蔽性，給滅火工作帶來相當大 的困難，煤炭自燃火災防治的關(guān)鍵技術(shù)是煤炭自燃的早期預測預報和火源 探測技術(shù)。
煤炭自燃過程符合燃燒物理學原理，按溫度和物理變化特征分為潛伏 期、自熱期和燃燒期三個階段，潛伏期與自熱期之和為煤的自然發(fā)火期。
潛伏期是煤暴露于空氣中后，表面具有較強的吸附氧的能力，會在煤 表面形成氧氣吸附層，煤表面與氧相互作用可在煤表面形成中間產(chǎn)物，即 氧化基或氧絡(luò)合物，煤處于緩慢氧化過程，成為自燃潛伏期。
自熱期是被活化的煤氧化速度自動加快，產(chǎn)生大量的熱量得不到散 發(fā)，煤溫逐漸升高達到燃點，周邊環(huán)境的風、水、煤壁溫度升高，產(chǎn)生
CO、 C02、 CmHn等氣體，散發(fā)煤油味和芳香味，產(chǎn)生水蒸氣及霧氣，煤 的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。
燃燒期，是煤的自然期發(fā)展到燃點后，如果充分供氧即會引發(fā)煤炭自 燃而進入燃燒期，此時會出現(xiàn)著火現(xiàn)象的明火、煙霧及CO、 C02等其他 可燃氣體，但隨后會出現(xiàn)火災氣味，即煤油味、松節(jié)油味、煤焦油味，火 源中心溫度可達1000—1200。C ，外圍溫度可達210—400。C 。同位素測氡技術(shù)預測、探測煤層自燃過程及火源位置的理論基礎(chǔ)，是 煤體溫度升高過程中上覆煤巖體中氡及其氣體有規(guī)律的析出。
煤的自燃是一個緩慢的物理化學過程，在這一過程中，上覆巖層中的 氡氣會在運移過程中有規(guī)律的析出、積聚，研究表明氡氣的析出率達到 一定的閾值，煤炭就會自燃，并在熱源周圍形成一個有規(guī)律的場，研究探 測上覆巖層中氡氣的析出率及其傳播運移規(guī)律就可預知煤炭自燃的規(guī)律， 即可進行自燃預報及火源位置的探測，因此研究測量煤自燃過程中上覆巖 層氡氣的傳播運移規(guī)律是十分重要的。
目前，研究煤炭自燃的預報技術(shù)、探測技術(shù)還處于較低的水平，還沒 有模擬測量煤自燃過程中上覆巖層氡氣傳播運移規(guī)律的實驗裝置，測氡探 火技術(shù)還有很多技術(shù)上的不足和弊端，還處于較落后的狀況，有待進一步 的改進、完善、提高。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的
本發(fā)明的目的就是針對背景技術(shù)的不足，設(shè)計一種能模擬煤炭自燃的 測氡試驗臺，通過設(shè)置多個熱電偶、溫度傳感器及氣體采樣裝置，把溫度 信息傳輸給計算機進行信息處理，模擬松散煤體中不同粒度、不同漏風量 以及不同升溫條件下的煤燃燒實驗，測定煤自燃氣體、松散放射性介質(zhì)、 煤巖中氡氣分布傳輸運移規(guī)律與煤溫度關(guān)系，以對煤炭自燃作出預報和探 測火源位置，以填補煤自燃、探測火源位置技術(shù)的科研空白。
技術(shù)方案
主要結(jié)構(gòu)由煤燃爐、料石爐、立柱、工作臺、工作梯、輸料槽、卸 料架、防護欄、助燃空氣壓縮機、阻燃氮氣瓶、氡氣瓶、煤氣瓶、氣相色 譜儀、氡氣分析儀、計算機、溫度傳感器、熱電偶組成；煤燃爐1為圓筒 形，上部為煤燃爐蓋20，下部為煤燃爐座30，上部煤燃爐蓋20與工作臺 9固定聯(lián)接，工作臺9四角部由立柱5、 6、 7、 8支撐，中間由筋板19固定，煤燃爐座30下部中間位置設(shè)有卸料架11;在煤燃爐蓋20上部中心垂 直設(shè)置料石爐2，料石爐2為圓筒形，料石爐2上部為料石爐蓋13，料石 爐蓋13上部設(shè)有排氣孔14，料石爐2下部為料石爐座12，料石爐座12 內(nèi)底部置有隔層網(wǎng)62，料石爐座12下部與煤燃爐蓋20垂直固定聯(lián)接；料 石爐2與煤燃爐1安裝后，其內(nèi)部的料石爐腔31與煤燃爐腔32上下中心 垂直互通；工作臺9為方形工作平臺，四周邊設(shè)有防護欄10，工作臺9 的左部設(shè)有工作梯3，工作梯3下部與地面聯(lián)接固定，工作臺9右部設(shè)有 輸料槽4、下部與地面固定聯(lián)接，工作梯3為人行工作通道，輸料槽4為 料石、燃煤輸送通道；在煤燃爐1的左部設(shè)有氡氣瓶25、煤氣瓶26、氣 相色譜儀36、氡氣分析儀35、阻燃氮氣瓶37、計算機39;在煤燃爐1的 右部設(shè)有空氣壓縮機41、電控箱40;料石爐2的左外部設(shè)有氡氣取樣口 15，氡氣取樣口 15與氡氣管24、氡氣瓶25、氡氣分析儀35、計算機39 聯(lián)接；煤燃爐1的左外部設(shè)有煤氣取樣口 21，煤氣取樣口 21與煤氣管27、 煤氣瓶26、氣相色譜儀36、氡氣分析儀35、計算機39聯(lián)接；煤燃爐1 的左下部通過氮氣進氣口 22、氮氣管46、流量計38、氮氣閥47與氮氣瓶 37聯(lián)接；煤燃爐l右部通過空氣進氣口 23、空氣管48、流量計42、空氣 閥63與空氣壓縮機41聯(lián)接；煤燃爐1右部的電控箱40通過導線50與氣 相色譜儀36、氡氣分析儀35、計算機39、輸料槽4的吊裝電機61、空氣 壓縮機41聯(lián)接；料石爐2、煤燃爐1上的傳感器接口 16、熱電偶接口 17 通過導線與氣相色譜儀36、氡氣分析儀35、計算機39聯(lián)接；在計算機39 左部置放對比用的標準氡氣瓶51、標準煤氣瓶52;電控箱40上設(shè)有液晶 顯示屏60，指示燈59、操縱開關(guān)54，通過導線與各部聯(lián)接。
所述的料石爐2，呈圓筒形，爐體下部為料石爐座12，上部為料石爐 蓋13，料石爐蓋13上部為排氣口 14，料石爐2的料石爐壁33內(nèi)為保溫 層52，保溫層52內(nèi)為料石爐腔31，料石爐腔31內(nèi)盛放料石28，料石爐 壁33、保溫層52內(nèi)錯位均布6個傳感器43，并伸入料石爐腔31內(nèi)，傳 感器43外部與均布的6個傳感器接口 16聯(lián)接；料石爐壁33、保溫層52內(nèi)錯位交叉均布6個長熱電偶44，并伸入料石爐腔31內(nèi)的中心位置，外 部與均布的6個熱電偶接口 17聯(lián)接；料石爐壁33、保溫層52內(nèi)錯位交叉 均布6個短熱電偶45，并伸入料石爐腔31內(nèi)的空間位置，外部與均布的 6個熱電偶接口 17聯(lián)接；在料石爐2的左中部設(shè)有氡氣取樣口 15，通過 氡氣管24聯(lián)接氡氣瓶25、氡氣分析儀35、計算機39;料石爐座12內(nèi)底 部設(shè)有隔層網(wǎng)62，隔層網(wǎng)62與煤燃爐1的煤燃爐蓋20、煤燃爐腔32聯(lián) 通。
所述的煤燃爐l，呈圓筒形，爐體下部為煤燃爐座30，上部為煤燃爐 蓋20，煤燃爐座30下部設(shè)有卸料架11;煤燃爐1的煤燃爐壁34內(nèi)為隔 熱層55，隔熱層55內(nèi)為電阻層56，電阻層56內(nèi)為耐火層57，耐火層57 內(nèi)為煤燃爐腔32，煤燃爐腔32內(nèi)為煤29;在煤燃爐壁34、隔熱層55、 電阻層56、耐火層57組成的爐體上錯位均布6個傳感器43，傳感器43 與外部的6個傳感器接口 16聯(lián)接；在爐體上錯位交叉均布6個長熱電偶 44，并伸入爐腔32內(nèi)中心位置，外部與6個熱電偶接口 17聯(lián)接；在爐體 上錯位交叉均布6個短熱電偶45，并伸入爐腔32內(nèi)空間位置，外部與6 個熱電偶接口 17聯(lián)接；在爐蓋20上部設(shè)有螺孔63，與料石爐2對應安裝 聯(lián)接；煤燃爐1左下部設(shè)有氮氣進氣口 22、右下部設(shè)有壓縮空氣進氣口 23;氮氣進氣口 22與氮氣管46、流量計38、氮氣閥47、氮氣瓶37聯(lián)接； 壓縮空氣進氣口 23與空氣管48、流量計42、空氣閥49、空氣壓縮機41 聯(lián)接；氮氣進氣口 22與空氣進氣口 23可交叉、輪換使用；在煤燃爐1的 左中部設(shè)有煤氣取樣口 21，煤氣取樣口 21與煤氣管27、煤氣瓶26、氣相 色譜儀36、氡氣分析儀35聯(lián)接；在爐座30內(nèi)與爐體一樣設(shè)置煤燃爐壁 34、隔熱層55、電阻層56、耐火層57，下部設(shè)置卸料架11、卸渣口 53。
所述的模擬測量煤炭自燃的測氡試驗臺，其測量方法和流程如下 (1)煤燃爐、料石爐、工作梯、輸料槽、電控箱、氣相色譜儀、氡 氣分析儀、計算機、氡氣瓶、煤氣瓶、標準氡氣瓶、標準煤氣瓶、空氣壓縮機、氮氣瓶均處于準工作狀態(tài)；
(2) 開啟輸料槽，將被測燃煤2000kg運至工作臺上，打開煤燃爐蓋， 將被測燃煤2000kg松散裝入煤燃爐腔內(nèi)，并將長、短熱電偶覆蓋，并保
證煤燃爐腔與煤氣取樣口暢通；
(3) 開啟輸料槽，將被測巖石層料石1200kg運至工作臺上，打開料 石爐蓋，將被測巖石料石1200kg松散裝入料石爐爐腔，并由隔層網(wǎng)支撐， 并將長、短熱電偶覆蓋，并保證料石爐腔與氡氣取樣口暢通；
(4) 料石爐與煤燃爐上下垂直安裝后，其上下爐腔通過隔層網(wǎng)上下
互通；
(5) 開啟空氣壓縮機、空氣閥、流量計，向煤燃爐腔輸入壓縮空氣， 輸入速度8000cm7min;
(6) 開啟電控箱，接通煤燃爐加熱電阻器，煤燃爐由2(TC士3'C開始 升溫，升溫速度5XVmin，當溫度升至7(TC士5。C時，停止升溫，被測燃 煤自行燃燒；
在煤自行燃燒過程中，通過煤燃爐蓋，料石爐座把燃燒氣體傳入料石 爐腔，并在料石層流動，在流動過程中，將產(chǎn)生氡氣，通過氡氣取樣口把 氡氣輸入氡氣管、氡氣瓶、氡氣分析儀，氡氣分析儀聯(lián)接計算機，料石爐 內(nèi)的長、短熱電偶、溫度傳感器把料石爐內(nèi)的溫度變化信息，通過接口、 導線把溫度信息傳輸給計算機進行信息處理；
煤燃爐在自燃過程中將產(chǎn)生煤氣，煤氣通過煤氣取樣口把煤氣輸入煤 氣管、煤氣瓶、氣相色譜儀、氡氣分析儀，并聯(lián)接計算機；煤燃爐內(nèi)的長、 短熱電偶、溫度傳感器通過接口、導線把煤自燃溫度變化信息傳輸給計算 機進行信息處理；
(7) 取樣氡氣瓶內(nèi)的氡氣100cm3，取樣標準氡氣瓶氡氣100cm3，進 行比對，分別進行化驗、分析、表征，得出料石爐內(nèi)氡氣參數(shù)、量值、極 限量值，進行氡氣積聚預警、預報；
(8) 取樣煤氣瓶的煤氣100cm3，取樣標準煤氣瓶煤氣100cm3,進行 比對，分別進行化驗、分析、表征；得出煤燃爐內(nèi)煤氣參數(shù)、量值、極限量值，進行煤氣積聚預警、預報；
(9) 煤燃爐內(nèi)的煤自燃過量時，超出臨界溫度時，關(guān)閉空氣壓縮機 停止供氣、開啟氮氣瓶、氮氣閥、流量計、氮氣管，以10000cmVmin輸氣 速度向煤燃爐輸入氮氣，使爐腔降溫、抑制自燃；
(10) 計算機對料石爐、煤燃爐的溫度信息、溫度變化進行分析計算， 并處理；
計算機對氡氣、煤氣的量值、成分、參數(shù)、標準對比值進行分析，并 處理；
由計算機得出模擬測量結(jié)論 煤自燃狀況 料石層氡氣狀況 預警預報火情位置
火情程度
氡氣濃度
煤氣濃度
火情規(guī)律 結(jié)論煤自燃率10 15%
自燃位置準確率90 95%
(11) 裝料石、裝燃煤、燃燒、產(chǎn)生煤氣、產(chǎn)生氡氣、輸出測量、比 對、分析、計算機信息處理預警預報后，關(guān)斷電控箱、空氣壓縮機、關(guān)閉
氣相色譜儀、氡氣分析儀、計算機；
(12) 開啟煤燃爐卸料架，將煤、料石依次卸出，并清理；
(13) 通過以上工作程序，從而完成了模擬煤自燃、煤氣產(chǎn)生、氡氣
產(chǎn)生、取樣、分析、計算、對比，并進行預警、預報的全過程。
有益效果
本發(fā)明與背景技術(shù)相比具有明顯的先進性，模擬煤自燃測氡試驗臺主 要結(jié)構(gòu)由煤燃爐、料石爐、立柱、工作臺、工作梯、輸料槽、卸料架、防
12護欄、助燃空氣壓縮機、阻燃氮氣瓶、氣相色譜儀、氡氣分析儀、計算機、 電控箱、溫度傳感器、熱電偶組成，先在煤燃爐加入被測燃煤，料石爐加 入被測巖層巖石，料石爐、煤燃爐上下互通，電阻加熱后，煤燃爐溫度升
至7(TC，煤自燃后產(chǎn)生氣體，進入料石爐分散，產(chǎn)生氡氣等氣體，煤氣、 氡氣分別收集，進行氣相色譜、氡氣分析測量、并與標準氣體比對，由計 算機進行分析計算，得出氡氣、煤氣量值、位置，進行預警、預報，由于 在煤燃爐、料石爐內(nèi)各設(shè)置6個傳感器、12個熱電偶，對爐內(nèi)的溫度變化、 位置能準確攝取其信息，準確測量氡氣、煤氣的著火點和位置，此模擬試 驗臺設(shè)計合理，結(jié)構(gòu)緊湊，集上下爐體、立柱支撐、工作梯、輸料槽、工 作臺、防護欄于一體，周邊布置有煤氣瓶、氡氣瓶、標準煤氣瓶、標準氡 氣瓶、氣相色譜儀、氡氣分析儀、計算機、電控箱、空氣壓縮機、氮氣瓶 組成一完整的模擬測氡試驗臺，測量方法合理、準確、預警預報成功率高， 可達90-95%，使預警預報煤巖、煤層自燃火災成為可能，填補了此類技術(shù) 的科研空白，是十分理想的煤自然安全預警預報的模擬測氡裝置和方法。


圖1為模擬煤自燃測氡試驗臺主視圖
圖2為圖1的A—A料石爐剖面圖
圖3為圖1的B—B煤燃爐剖面圖
圖4為圖1的C一C煤燃爐底部剖面圖
圖5為煤自燃模擬測氡試驗臺測氡狀態(tài)圖
圖中所示，附圖標記清單如下
1、煤燃爐，2、料石爐，3、工作梯，4、輸料槽，5、立柱，6、立柱， 7、立柱，8、立柱，9、工作臺，10、防護欄，11、卸料架，12、料石爐 座，13、料石爐蓋，14、排氣口， 15、氡氣取樣口， 16、傳感器接口， 17、 熱電偶接口， 18、進料口， 19、筋板，20、煤燃爐蓋，21、煤氣取樣口， 22、氮氣進氣口， 23、壓縮空氣進氣口， 24、氡氣輸出管，25、氡氣瓶， 26、煤氣瓶，27、煤氣管，28、料石，29、煤，30、煤燃爐座，31、料石爐腔，32、煤燃爐腔，33、料石爐壁，34、煤燃爐壁，35、氡氣分析儀， 36、氣相色譜儀，37、氮氣瓶，38、氮氣流量計，39、計算機，40、電控 箱，41、空氣壓縮機，42、空氣流量計，43、溫度傳感器，44、長熱電偶， 45、短熱電偶，46、氮氣管，47、氮氣閥，48、空氣管，49、空氣閥，50、 標準氡氣瓶，51、標準煤氣瓶，52、保溫層，53、卸渣口， 54、操縱開關(guān)， 55、隔熱層，56、電阻層，57、耐火層，58、螺孔，59、指示燈，60、液 晶顯示屏，61、吊裝電機，62、隔層網(wǎng)，63、螺孔。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明 圖l、 5所示，為煤自燃測氡試驗臺及測氡狀態(tài)圖。 模擬測氡試驗臺由上下兩層及周邊布置組成；上層為料石爐l、下層 為煤燃爐2、中間為工作臺9，工作臺9由四個立柱5、 6、 7、 8對稱支撐， 中間由筋板19固牢，工作臺9上周邊設(shè)置防護欄10，以進行操作防護； 工作臺9左部設(shè)置斜形工作梯3，以便于人行及搬運物料及工作調(diào)試；右 部設(shè)置輸料槽4，輸料槽4上設(shè)置進料口 18、吊裝電機61，以便于運輸料 石、燃煤。
四個立柱5、 6、 7、 8要強度好，力量大，要用合金結(jié)構(gòu)鋼制作。 工作臺9是人員工作、物料存放場所，要寬廣、強度好。 料石爐2上部留有排氣口 14，是煤氣、氡氣上升后的安全出氣口，以 防內(nèi)壓過大。
煤燃爐1下部是卸料架11，當模擬試驗完成后要及時打開卸料口 53， 卸出燃煤，并清除。
料石爐2側(cè)部設(shè)置氡氣取樣口 15，并由氡氣管24向氡氣瓶25輸入氡 氣，然后再輸入至氡氣分析儀35進行測量分析，氡氣瓶25的設(shè)置是為了 增加安全保障，還可在此取樣與標準氡氣比對，氡氣儲存后使輸出壓強降 低，使氡氣平穩(wěn)輸入分析儀，測量更加安全可靠準確。
煤燃爐1側(cè)部設(shè)置煤氣取樣口21，并由煤氣管27輸入煤氣瓶26，然后輸入至氣相色譜儀36、氡氣分析儀35進行測量分析，煤氣瓶26的設(shè)置 同樣是為了增加安全保障，還可在此取樣與標準煤氣比對，煤氣儲存后使 輸出壓強降低，使煤氣平穩(wěn)輸入分析儀器，測量更加安全可靠準確。
助燃空氣壓縮機41設(shè)在爐體右下部，是煤燃爐助燃空氣的來源，是 模擬空氣狀態(tài)下，煤自燃狀況，要氣量充足。
阻燃氮氣瓶37是調(diào)劑、滅火的備用惰性氣體的氣體源，當煤燃爐1 內(nèi)溫度過高，有火情時，可停止輸空氣，開啟氮氣瓶，進行滅火、降溫， 保障安全。
料石爐2、煤燃爐1的爐壁上均設(shè)置溫度傳感器43，外部設(shè)置傳感器 接口 16，是攝取爐溫的，并把溫度信息傳輸給計算機，進行測控及分析； 料石爐2、煤燃爐l內(nèi)均設(shè)置6個長熱電偶44， 6個短熱電偶45，并在上 下爐腔內(nèi)交叉錯位安裝，是為了全方位測量爐腔內(nèi)的溫度變化，并通過熱 電偶接口 17、導線傳輸給計算機，進行分析處理。
電控箱40是測氡試驗臺的強電、弱電共用電控箱，由液晶顯示屏66、 指示燈67、操縱開關(guān)68組成，并由導線50與各電源位置接口分別聯(lián)接傳 輸，各傳輸關(guān)系要正確。
圖2所示，為料石爐2剖面狀態(tài)圖，料石爐2外部為爐壁33，要強度 好，要用合金結(jié)構(gòu)制作，中間為保溫層52，爐腔31內(nèi)盛放料石28，料石 28松散布置，傳感器43在爐壁33內(nèi)，長、短熱電偶44、 45在爐腔31 內(nèi)。
圖3所示，為煤燃爐1剖面狀態(tài)圖，煤燃爐1外部為爐壁34，要強度 好，要用合金結(jié)構(gòu)鋼制作，向內(nèi)依次為隔熱層55、電阻層56、耐火層57、 爐腔32，煤腔32內(nèi)盛放煤29，傳感器43在爐壁34上，長、短熱電偶44、 45在爐腔32內(nèi)，四周對稱設(shè)置氮氣進口 22、空氣進口23。
圖4所示，為煤燃爐l底部狀態(tài)圖，中間為卸渣口53，其爐層組合、 空氣口、氮氣口布置均與圖3相同。
權(quán)利要求
1、一種模擬煤自燃的測氡試驗臺，其特征在于主要結(jié)構(gòu)由煤燃爐、料石爐、立柱、工作臺、工作梯、輸料槽、卸料架、防護欄、助燃空氣壓縮機、阻燃氮氣瓶、氡氣瓶、煤氣瓶、氣相色譜儀、氡氣分析儀、計算機、溫度傳感器、熱電偶組成；煤燃爐1為圓筒形，上部為煤燃爐蓋(20)，下部為煤燃爐座(30)，上部煤燃爐蓋(20)與工作臺(9)固定聯(lián)接，工作臺(9)四角部由立柱(5、6、7、8)支撐，中間由筋板(19)固定，煤燃爐座(30)下部中間位置設(shè)有卸料架(11)；在煤燃爐蓋(20)上部中心垂直設(shè)置料石爐(2)，料石爐(2)為圓筒形，料石爐(2)上部為料石爐蓋(13)，料石爐蓋(13)上部設(shè)有排氣孔(14)，料石爐(2)下部為料石爐座(12)，料石爐座(12)內(nèi)底部置有隔層網(wǎng)(62)，料石爐座(12)下部與煤燃爐蓋(20)垂直固定聯(lián)接；料石爐(2)與煤燃爐(1)安裝后，其內(nèi)部的料石爐腔(31)與煤燃爐腔(32)上下中心垂直互通；工作臺(9)為方形工作平臺，四周邊設(shè)有防護欄(10)，工作臺(9)的左部設(shè)有工作梯(3)，工作梯(3)下部與地面聯(lián)接固定，工作臺(9)右部設(shè)有輸料槽(4)、下部與地面固定聯(lián)接，工作梯(3)為人行工作通道，輸料槽(4)為料石、燃煤輸送通道；在煤燃爐(1)的左部設(shè)有氡氣瓶(25)、煤氣瓶(26)、氣相色譜儀(36)、氡氣分析儀(35)、阻燃氮氣瓶(37)、計算機(39)；在煤燃爐(1)的右部設(shè)有空氣壓縮機(41)、電控箱(40)；料石爐(2)的左外部設(shè)有氡氣取樣口(15)，氡氣取樣口(15)與氡氣管(24)、氡氣瓶(25)、氡氣分析儀(35)、計算機(39)聯(lián)接；煤燃爐(1)的左外部設(shè)有煤氣取樣口(21)，煤氣取樣口(21)與煤氣管(27)、煤氣瓶(26)、氣相色譜儀(36)、氡氣分析儀(35)、計算機(39)聯(lián)接；煤燃爐(1)的左下部通過氮氣進氣口(22)、氮氣管(46)、流量計(38)、氮氣閥(47)與氮氣瓶(37)聯(lián)接；煤燃爐(1)右部通過空氣進氣口(23)、空氣管(48)、流量計(42)、空氣閥(63)與空氣壓縮機(41)聯(lián)接；煤燃爐(1)右部的電控箱(40)通過導線(50)與氣相色譜儀(36)、氡氣分析儀(35)、計算機(39)、輸料槽(4)的吊裝電機(61)、空氣壓縮機(41)聯(lián)接；料石爐(2)、煤燃爐(1)上的傳感器接口(16)、熱電偶接口(17)通過導線與氣相色譜儀(36)、氡氣分析儀(35)、計算機(39)聯(lián)接；在計算機(39)左部置放對比用的標準氡氣瓶(51)、標準煤氣瓶(52)；電控箱(40)上設(shè)有液晶顯示屏(60)，指示燈(59)、操縱開關(guān)(54)，通過導線與各部聯(lián)接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬煤自燃的測氡試驗臺，其特征在 于所述的料石爐(2)，呈圓筒形，爐體下部為料石爐座(12)，上部為 料石爐蓋(13)，料石爐蓋(13)上部為排氣口 (14)，料石爐(2)的料 石爐壁(33)內(nèi)為保溫層(52)，保溫層(52)內(nèi)為料石爐腔(31)，料石 爐腔(31)內(nèi)盛放料石(28)，料石爐壁(33)、保溫層(52)內(nèi)錯位均布 6個傳感器(43)，并伸入料石爐腔(31)內(nèi)，傳感器(43)外部與均布的 6個傳感器接口 (16)聯(lián)接；料石爐壁(33)、保溫層(52)內(nèi)錯位交叉均 布6個長熱電偶(44)，并伸入料石爐腔(31)內(nèi)的中心位置，外部與均 布的6個熱電偶接口 (17)聯(lián)接；料石爐壁(33)、保溫層(52)內(nèi)錯位 交叉均布6個短熱電偶(45)，并伸入料石爐腔(31)內(nèi)的空間位置，外 部與均布的6個熱電偶接口 (17)聯(lián)接；在料石爐(2)的左中部設(shè)有氡 氣取樣口 (15)，通過氡氣管(24)聯(lián)接氡氣瓶(25)、氡氣分析儀(35)、 計算機(39);料石爐座(12)內(nèi)底部設(shè)有隔層網(wǎng)(62)，隔層網(wǎng)(62)與 煤燃爐(1)的煤燃爐蓋(20)、煤燃爐腔(32)聯(lián)通。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬煤自燃的測氡試驗臺，其特征在 于所述的煤燃爐(1)，呈圓筒形，爐體下部為煤燃爐座(30)，上部為 煤燃爐蓋(20)，煤燃爐座(30)下部設(shè)有卸料架(11);煤燃爐(1)的 煤燃爐壁(34)內(nèi)為隔熱層(55)，隔熱層(55)內(nèi)為電阻層(56)，電阻 層(56)內(nèi)為耐火層(57)，耐火層(57)內(nèi)為煤燃爐腔(32)，煤燃爐腔(32)內(nèi)為煤(29);在煤燃爐壁(34)、隔熱層(55)、電阻層(56)、耐 火層(57)組成的爐體上錯位均布6個傳感器(43)，傳感器(43)與外 部的6個傳感器接口 ( 16 )聯(lián)接;在爐體上錯位交叉均布6個長熱電偶(44 )，并伸入爐腔(32)內(nèi)中心位置，外部與6個熱電偶接口 (17)聯(lián)接；在爐 體上錯位交叉均布6個短熱電偶(45)，并伸入爐腔(32)內(nèi)空間位置， 外部與6個熱電偶接口 (17)聯(lián)接；在爐蓋(20)上部設(shè)有螺孔(63)， 與料石爐(2)對應安裝聯(lián)接；煤燃爐(1)左下部設(shè)有氮氣進氣口 (22)、 右下部設(shè)有壓縮空氣進氣口 (23);氮氣進氣口 (22)與氮氣管(46)、流 量計(38)、氮氣閥(47)、氮氣瓶(37)聯(lián)接；壓縮空氣進氣口 (23)與 空氣管(48)、流量計(42)、空氣閥(49)、空氣壓縮機(41)聯(lián)接；氮 氣進氣口 (22)與空氣進氣口 (23)可交叉、輪換使用；在煤燃爐(1) 的左中部設(shè)有煤氣取樣口 (21)，煤氣取樣口 (21)與煤氣管(27)、煤氣 瓶(26)、氣相色譜儀(36)、氡氣分析儀(35)聯(lián)接；在爐座(30)內(nèi)與 爐體一樣設(shè)置煤燃爐壁(34)、隔熱層(55)、電阻層(56)、耐火層(57)， 下部設(shè)置卸料架(11)、卸渣口 (53)。
4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬煤自燃的測氡試驗臺，其特征在于所述的模擬測量煤炭自燃的測氡試驗臺，其測量方法和流程如下(1) 煤燃爐、料石爐、工作梯、輸料槽、電控箱、氣相色譜儀、氡 氣分析儀、計算機、氡氣瓶、煤氣瓶、標準氡氣瓶、標準煤氣瓶、空氣壓縮機、氮氣瓶均處于準工作狀態(tài)；(2) 開啟輸料槽，將被測燃煤2000kg運至工作臺上，打開煤燃爐蓋， 將被測燃煤2000kg松散裝入煤燃爐腔內(nèi)，并將長、短熱電偶覆蓋，并保證煤燃爐腔與煤氣取樣口暢通；(3) 開啟輸料槽，將被測巖石層料石1200kg運至工作臺上，打開料 石爐蓋，將被測巖石料石1200kg松散裝入料石爐爐腔，并由隔層網(wǎng)支撐， 并將長、短熱電偶覆蓋，并保證料石爐腔與氡氣取樣口暢通；(4) 料石爐與煤燃爐上下垂直安裝后，其上下爐腔通過隔層網(wǎng)上下互通；(5) 開啟空氣壓縮機、空氣閥、流量計，向煤燃爐腔輸入壓縮空氣， 輸入速度8000cm7min;(6) 開啟電控箱，接通煤燃爐加熱電阻器，煤燃爐由20'C土3t:開始升溫，升溫速度5'C/min，當溫度升至70。C士5t:時，停止升溫，被測燃 煤自行燃燒；在煤自行燃燒過程中，通過煤燃爐蓋，料石爐座把燃燒氣體傳入料石 爐腔，并在料石層流動，在流動過程中，將產(chǎn)生氡氣，通過氡氣取樣口把 氡氣輸入氡氣管、氡氣瓶、氡氣分析儀，氡氣分析儀聯(lián)接計算機，料石爐 內(nèi)的長、短熱電偶、溫度傳感器把料石爐內(nèi)的溫度變化信息，通過接口、 導線把溫度信息傳輸給計算機進行信息處理；煤燃爐在自燃過程中將產(chǎn)生煤氣，煤氣通過煤氣取樣口把煤氣輸入煤 氣管、煤氣瓶、氣相色譜儀、氡氣分析儀，并聯(lián)接計算機；煤燃爐內(nèi)的長、 短熱電偶、溫度傳感器通過接口、導線把煤自燃溫度變化信息傳輸給計算 機進行信息處理；(7) 取樣氡氣瓶內(nèi)的氡氣100cm3，取樣標準氡氣瓶氡氣100cm3，進 行比對，分別進行化驗、分析、表征，得出料石爐內(nèi)氡氣參數(shù)、量值、極 限量值，進行氡氣積聚預警、預報；(8) 取樣煤氣瓶的煤氣100cm3，取樣標準煤氣瓶煤氣100cm3，進行 比對，分別進行化驗、分析、表征；得出煤燃爐內(nèi)煤氣參數(shù)、量值、極限 量值，進行煤氣積聚預警、預報；(9) 煤燃爐內(nèi)的煤自燃過量時，超出臨界溫度時，關(guān)閉空氣壓縮機 停止供氣、開啟氮氣瓶、氮氣閥、流量計、氮氣管，以10000cm7min輸氣 速度向煤燃爐輸入氮氣，使爐腔降溫、抑制自燃；(10) 計算機對料石爐、煤燃爐的溫度信息、溫度變化進行分析計算， 并處理；計算機對氡氣、煤氣的量值、成分、參數(shù)、標準對比值進行分析，并 處理；由計算機得出模擬測量結(jié)論 煤自燃狀況-料石層氡氣狀況 預警預報火情位置火情程度 氡氣濃度 煤氣濃度 火情規(guī)律 結(jié)論煤自燃率10 15%自燃位置準確率90 95%(11) 裝料石、裝燃煤、燃燒、產(chǎn)生煤氣、產(chǎn)生氡氣、輸出測量、比 對、分析、計算機信息處理預警預報后，關(guān)斷電控箱、空氣壓縮機、關(guān)閉 氣相色譜儀、氡氣分析儀、計算機；(12) 開啟煤燃爐卸料架，將煤、料石依次卸出，并清理；(13) 通過以上工作程序，從而完成了模擬煤自燃、煤氣產(chǎn)生、氡氣產(chǎn)生、取樣、分析、計算、對比，并進行預警、預報的全過程。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種模擬煤自燃的測氡試驗臺，主要結(jié)構(gòu)由煤燃爐、料石爐、立柱、筋板、工作臺、防護欄、工作梯、輸料槽、卸料架、助燃空氣壓縮機、阻燃氮氣瓶、氣相色譜儀、氡氣分析儀、計算機、電控箱、溫度傳感器、熱電偶、對比氡氣瓶、對比煤氣瓶，先在煤燃爐加入被測燃煤，料石爐加入被測料石，料石爐、煤燃爐上下互通，電阻加熱后，煤燃爐溫度升至70℃，煤自燃后產(chǎn)生煤氣體，向上進入料石爐分散，產(chǎn)生氡氣，煤氣、氡氣分別收集，進行氣相色譜、氡氣測量對比，由計算機進行測量分析，得出煤氣、氡氣量值、位置，進行預警預報，此裝置設(shè)計合理，結(jié)構(gòu)緊湊，測量準確，準確率為90-95％，使測量煤巖煤層的氡氣成為可能，填補了此類技術(shù)的科研空白。
文檔編號G01N33/22GK101520451SQ200910074030
公開日2009年9月2日 申請日期2009年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月25日
發(fā)明者吳玉國, 周春山, 王俊峰, 生 薛, 鄔劍明 申請人:太原理工大學