煤自燃防滅火熱棒性能測試實驗裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種煤自燃防滅火熱棒性能測試實驗裝置，包括箱體、熱棒、加熱系統(tǒng)和測溫分析控制系統(tǒng)；加熱系統(tǒng)包括溫控箱和與溫控箱電連接的加熱器；測溫分析控制系統(tǒng)包括溫度巡檢儀、控制分析單元和多個測溫電阻，測溫電阻鎧裝；加熱器、熱棒的蒸發(fā)段和多個測溫電阻均設(shè)置在箱體的實驗煤樣中，各個測溫電阻分別保持與熱棒的蒸發(fā)段不同的距離；多個測溫電阻分別與溫度巡檢儀之間通過信號線相連，每條信號線均用聚四氟乙烯包裹；溫度巡檢儀用于將測溫電阻輸出的電阻信號轉(zhuǎn)換成溫度信號并將該溫度信號傳輸至控制分析單元。本發(fā)明有助于掌握熱棒對煤堆自燃防治方面的性能參數(shù)，對豐富煤自燃防治技術(shù)手段具有重要指導(dǎo)意義。
【專利說明】煤自燃防滅火熱棒性能測試實驗裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及松散煤巖體自燃的防滅火【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種煤自燃防滅火熱棒性能測試實驗裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]我國有90%以上的煤層屬于自燃或易自燃煤層，80%以上的煤礦存在自然發(fā)火危險。據(jù)不完全統(tǒng)計，國有重點煤礦積存煤矸石總量達(dá)到50億噸，形成大型矸石山1500多座，占地1.5萬公頃，其中有300多座存在自燃危險。這些煤矸石山經(jīng)常年風(fēng)吹日曬、雨水沖刷、風(fēng)化分解，自燃煤矸石山常年煙霧繚繞，向大氣釋放大量CO、CO2, SO2等氣體，污染大氣、破壞生態(tài)環(huán)境，嚴(yán)重的還會引發(fā)事故，造成巨大損失。如1975年甘肅上窯礦矸石山爆炸，帶著濃煙的熾熱的煤矸石噴發(fā)高百米，200m范圍內(nèi)溫度達(dá)500°C，2km范圍內(nèi)的樹木都被燒焦，12km2范圍內(nèi)空氣被嚴(yán)重污染，煙塵數(shù)日不散，造成20人死亡，40余人重傷。煤矸石山自燃嚴(yán)重遏制煤炭企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和人們環(huán)保意識的增強，煤矸石山弓I發(fā)的社會環(huán)境問題已成為亟待解決的棘手問題。
[0003]現(xiàn)有自燃矸石山常規(guī)滅火方法有挖掘熄滅法，該方法適用范圍小，工程量相對較大，無法進行大面積剝離滅火；表面覆蓋法包裹層易出現(xiàn)裂隙漏氣而復(fù)燃，需要后期不斷維護；干冰滅火、阻燃藥劑滅火方法費用高；深層注漿滅火法對技術(shù)和工藝要求相對較高。鑒于常規(guī)手段的存在的局限性，提出基于熱棒技術(shù)原理的煤矸石自燃防治新技術(shù)，通過熱棒具有的溫差小、傳熱量大、等溫等特性，將煤矸石山中的熱量及時導(dǎo)出，從而破壞蓄熱環(huán)境，防治煤矸石山自燃。
[0004]然而，目前在煤自燃防治領(lǐng)域并沒有對熱棒在煤堆中移熱降溫能力進行研究的實驗裝置，

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決【背景技術(shù)】中所存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種結(jié)構(gòu)簡單、成本較低并可實現(xiàn)無職守管理的煤自燃防滅火熱棒性能測試實驗裝置，用于測試研究熱棒對煤堆內(nèi)部溫度場的分布影響特性、確定熱棒的有效降溫半徑、計算熱棒的產(chǎn)冷量以及掌握熱棒在煤堆中散熱的最優(yōu)性能參數(shù)，為熱棒模組間管間距的設(shè)計和對煤堆及煤矸石山自燃防治提供依據(jù)。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
[0007]煤自燃防滅火熱棒性能測試實驗裝置，其特殊之處在于:包括箱體、熱棒、加熱系統(tǒng)和測溫分析控制系統(tǒng)；
[0008]熱棒包括蒸發(fā)段和冷凝段；
[0009]加熱系統(tǒng)包括溫控箱、向溫控箱供電的供電單元和與溫控箱電連接的加熱器；箱體內(nèi)裝有實驗煤樣；
[0010]測溫分析控制系統(tǒng)包括溫度巡檢儀、控制分析單元和多個測溫電阻，測溫電阻鎧裝；
[0011]所述加熱器、熱棒的蒸發(fā)段和多個測溫電阻均設(shè)置在箱體的實驗煤樣中，各個測溫電阻分別保持與熱棒的蒸發(fā)段不同的距離；
[0012]所述多個測溫電阻分別與溫度巡檢儀之間通過信號線相連，每條信號線均用聚四氟乙烯包裹；溫度巡檢儀用于將測溫電阻輸出的電阻信號轉(zhuǎn)換成溫度信號并將該溫度信號傳輸至控制分析單元。
[0013]基于上述技術(shù)方案，本發(fā)明還做出以下優(yōu)化和限定:
[0014]上述溫控箱內(nèi)設(shè)置有中間繼電器和溫度控制器，所述加熱器上另單獨設(shè)置有測溫電阻，該測溫電阻通過信號線與溫度控制器的采集輸入端相連，該信號線位于箱體內(nèi)的部分包裹有聚四氟乙烯；加熱器通過中間繼電器與供電單元連接，溫度控制器的控制輸出端與中間繼電器相連用于控制中間繼電器的通斷。
[0015]上述箱體包括內(nèi)層和外層，內(nèi)層和外層之間設(shè)有保溫棉氈。
[0016]上述溫度巡檢儀轉(zhuǎn)換成的溫度信號是通過RS232接口或RS485接口傳輸至控制分析單元的。
[0017]上述溫控箱內(nèi)還設(shè)有均與供電單元相連的通電/斷電指示燈、漏電保護器和交流接觸器。
[0018]上述箱體為長方體狀，箱體的內(nèi)層和外層均為不銹鋼板。
[0019]上述溫度巡檢儀是32路高精度智能溫度巡檢儀，與溫度巡檢儀相連的測溫電阻有25-32個，所述每個測溫電阻與溫度巡檢儀之間的接線法采用二線制接線或三線制接線。
[0020]上述熱棒是碳鋼-水熱棒，熱棒的冷凝段設(shè)有散熱翅片，散熱翅片為圓形翅片、環(huán)狀翅片、螺旋翅片、直肋片或針肋，熱棒長度為500?15000mm，優(yōu)選1500mm，熱棒的管徑為25?150mm,熱棒的壁厚為I?10mnin
[0021]上述加熱器為平板加熱器，箱體包括6個側(cè)壁，加熱器通過螺栓固定在箱體的一個側(cè)壁上，加熱器的尺寸為600 X 500mm，厚度5mm ;箱體6個側(cè)壁的厚度均為10mm，不銹鋼板的厚度均為1mm，箱體內(nèi)徑尺寸為X = 800mm, Y = 600mm, Z = 500mm。
[0022]本發(fā)明具有以下技術(shù)效果:
[0023]1、利用熱棒獨特的傳熱性能，采用耐高溫保溫材料構(gòu)建防治煤自燃的熱棒性能測試實驗裝置，模擬熱棒主動降溫條件下的煤堆升溫過程，采用測溫電阻采集溫度信號，精度高，反應(yīng)速度快，實現(xiàn)了無職守管理自動在線檢測的煤自燃防滅火熱棒性能測試實驗系統(tǒng)；
[0024]2、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，操作更加簡單、方便；
[0025]3、本發(fā)明溫度控制也從現(xiàn)有的人工設(shè)定，改為溫度自動巡檢和人工設(shè)定，使升溫過程溫度的控制更加精確。通過本發(fā)明對熱棒主動降溫條件下的煤堆溫度場進行研究，建立熱棒對煤堆降溫的模型，可為煤堆和煤矸石山自燃的防治提供較好的指導(dǎo)，豐富我國現(xiàn)在有煤自燃防滅火技術(shù)手段。
[0026]4、本發(fā)明有助于掌握熱棒對煤堆自燃防治方面的性能參數(shù)，對豐富煤自燃防治技術(shù)手段具有重要指導(dǎo)意義。【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1是本發(fā)明煤自燃防滅火熱棒性能測試實驗裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2是圖1的A-A向視圖；
[0029]圖3是圖1中B處的局部放大圖；
[0030]附圖標(biāo)記:
[0031]1-溫控箱；2_平板加熱器；3-熱棒；4_外層；5-保溫棉租；6-測溫電阻；7-溫度巡檢儀；8_控制分析單元；9_通電/斷電指示燈；10-啟動按鈕；11-RS232接口 ；12_預(yù)留孔；13_螺栓；14-供電單元；15-溫度控制器；16_中間繼電器，17-內(nèi)層。
【具體實施方式】
[0032]本發(fā)明提供了一種煤自燃防滅火熱棒性能測試實驗裝置，如圖1，包括箱體、熱棒3、加熱系統(tǒng)和測溫分析控制系統(tǒng)；
[0033]加熱系統(tǒng)包括溫控箱1、向溫控箱供電的供電單元14和與溫控箱電連接的加熱器，加熱器可以采用平板加熱器2，溫控箱用以控制加熱器的溫度；箱體內(nèi)裝有實驗煤樣；
[0034]熱棒包括蒸發(fā)段和冷凝段；熱棒可以采用碳鋼-水熱棒，熱棒工作溫度在O?300°C之間。熱棒的冷凝段設(shè)有散熱翅片，散熱翅片為圓形翅片、環(huán)狀翅片、螺旋翅片、直肋片或針肋，可以通過高頻電阻將螺旋翅片焊接在冷凝段，熱棒長度為500?15000_，優(yōu)選1500mm,熱棒的管徑為25?150mm,熱棒的壁厚為I?10mm。熱棒管徑選用DN20- φ 25mm
和DN32- φ 42mm的無縫鋼管，厚度3mm，內(nèi)部沖入含緩蝕劑的蒸餾水；熱棒冷凝段加翅片管長度為700mm(內(nèi)部按標(biāo)準(zhǔn)進行化學(xué)和工藝處理)；翅片高度11.17mm，厚度0.54mm，翅片間距4.03mm ;翅片外圓表面平整，無開口 ；熱棒外表面應(yīng)嚴(yán)格處理，具有良好的反射、輻射及防腐性能；熱棒力學(xué)強度:屈服強度> 290MPa，抗拉強度> 480MPa，伸長率> 23%，抗彎截面模量:> 30441mm3。根據(jù)不同實驗條件，選用不同規(guī)格熱棒。
[0035]測溫分析控制系統(tǒng)包括溫度巡檢儀7、控制分析單元8和多個測溫電阻6，測溫電阻鎧裝；
[0036]加熱器、熱棒的蒸發(fā)段和多個測溫電阻均設(shè)置在箱體的實驗煤樣中，各個測溫電阻分別保持與熱棒的蒸發(fā)段不同的距離；多個測溫電阻分別與溫度巡檢儀之間通過信號線相連，每個測溫電阻與溫度巡檢儀之間的接線法采用二線制接線或三線制接線，每條信號線均用聚四氟乙烯包裹；溫度巡檢儀用于將測溫電阻輸出的電阻信號轉(zhuǎn)換成溫度信號并將該溫度信號傳輸至控制分析單元。
[0037]控制分析單元是用于存儲接收到的溫度信號的控制分析單元。
[0038]其中，溫控箱內(nèi)設(shè)有啟動按鈕10、中間繼電器16和溫度控制器15，加熱器上另單獨設(shè)置有測溫電阻，該測溫電阻通過信號線與溫度控制器的采集輸入端相連，該信號線位于箱體內(nèi)的部分包裹有聚四氟乙烯，可耐溫200攝氏度；加熱器通過中間繼電器與供電單元連接，溫度控制器的控制輸出端與中間繼電器相連用于控制中間繼電器的通斷，進而達(dá)到控制加熱器溫度的目的。
[0039]為了保證保溫效果，箱體上設(shè)有箱蓋，箱體包括內(nèi)層17和外層4，箱體厚度為IOmm,內(nèi)層和外層之間可設(shè)有保溫棉氈5 (如耐高溫保溫棉)，本發(fā)明的保溫棉氈具有導(dǎo)熱率低、熱容量低、優(yōu)良的熱穩(wěn)定性及抗熱震性，隔熱、防火等功能。箱體的形狀可以采用長方體狀，可通過焊接方式制成，箱體的內(nèi)層和外層均可采用Imm厚不銹鋼板。箱體內(nèi)徑尺寸為X = 800mm, Y = 600mm, Z = 500mm,內(nèi)腔總體積0.24m3,大約裝煤240kg。箱體包括6個側(cè)壁，箱體一個側(cè)壁上有四個直徑為5_的預(yù)留孔12，用以固定加熱器。箱體具有如下特點:I)外觀質(zhì)量:表面平整，無妨礙實用的傷痕、污跡破損；2)燃燒性能:A級不燃；3)耐溫性:800度以內(nèi)；4)氧指數(shù):0 ；5)容量:≤0.24m3 ；6)機械強度大，裝煤后不會鼓幫；7)保溫性好。
[0040]溫度巡檢儀轉(zhuǎn)換成的溫度信號可以通過RS232接口 11或RS485接口傳輸至控制分析單元進行存儲和處理，控制分析單元可以為遠(yuǎn)程計算機。
[0041]溫度巡檢儀可以采用32路高精度智能溫度巡檢儀，具體可以采用32路XSLC09高精度智能溫度巡檢儀，與溫 度巡檢儀相連的測溫電阻有25-32個。
[0042]溫控箱內(nèi)還設(shè)有均與供電單元相連的通電/斷電指示燈9、漏電保護器和交流接觸器，通電/斷電指示燈用于顯示加熱器的工作狀態(tài)。
[0043]如圖2和圖3，加熱器通過螺栓13固定在設(shè)有預(yù)留孔12的箱體側(cè)壁上，加熱器的尺寸為600 X 500mm,厚度5mm ;箱體6個側(cè)壁的厚度均為IOmm,不銹鋼板的厚度均為1mm,箱體內(nèi)徑尺寸為 X = 800mm, Y = 600mm, Z = 500mm。
[0044]當(dāng)按下溫度控制箱的啟動按鈕10，接通供電單元，平板加熱器開始工作，設(shè)置在加熱器上的測溫電阻，把采集到平板加熱器上的溫度信號傳送至溫度控制器中，若溫度超過設(shè)置溫度時，中間繼電器自動斷開，平板加熱器停止工作，維持一定溫度，當(dāng)平板加熱器上溫度低于所設(shè)溫度時，中間繼電器自動接通，平板加熱器又開始工作。以此來控制平板加熱器維持恒定的加熱溫度。
[0045]本發(fā)明的平板加熱器具有升溫快、發(fā)熱均勻、導(dǎo)熱性能好、使用壽命長等特點?？紤]到散熱和損耗等其他原因，裝置中選用功率為1500?，其表面負(fù)荷可達(dá)到3~4W/cm2的平板加熱器。尺寸為600 X 500mm,厚度5mm,可對試驗箱中煤樣進行一維單向加熱。
[0046]本發(fā)明的測溫電阻選用型號WZP-020的熱電阻(PtlOO)，精度A級，測溫范圍-50°C~250°C，約30個點，可以采用三線制接線，長度1.5m，線徑6mm。
[0047]本發(fā)明的控制分析單元包括在線溫度檢測軟件，可通過計算機串行口采集儀表測量數(shù)據(jù)并實時顯示、存儲，對存儲數(shù)據(jù)進行曲線分析、曲線打印、趨勢瀏覽、報表生成、報表編輯、報表打印、轉(zhuǎn)化生成TXT/EXCEL文件等。
[0048]本發(fā)明的控制分析單元采用遠(yuǎn)程計算機時，遠(yuǎn)程計算機的配置為Intel賽揚雙核處理器，CPU頻率2GHz，500G硬盤，2G內(nèi)存，操作系統(tǒng)選用Windows7版本，用于實時在線監(jiān)控與數(shù)據(jù)處理與存儲。
[0049]當(dāng)使用本發(fā)明時，可以有以下操作步驟:
[0050]I】將實驗煤樣裝入到箱體中，然后再箱體內(nèi)按照一定尺寸埋設(shè)測溫電阻，箱體上表面敷設(shè)耐高溫棉氈，將實驗煤體和空氣進行隔絕，測量記錄測溫電阻在煤堆中的位置、距離等數(shù)據(jù)；
[0051]2】將熱棒與平板加熱器距離一定距離，安裝進煤體，蒸發(fā)段置于煤體中，冷凝段置于空氣中，測量記錄熱棒與平板加熱器距離數(shù)據(jù)、熱棒蒸發(fā)段埋入煤體的尺寸數(shù)據(jù)；
[0052]3】操作溫控箱，通過溫控儀表設(shè)定恒定的加熱溫度，控制平板加熱器的加熱溫度，對實驗煤體溫度進行加熱，記錄加熱測試時間，觀測試驗過程數(shù)據(jù)運行情況；
[0053]4】采集升溫過程溫度各測點升溫數(shù)據(jù)，處理分析；[0054]上述步驟2】中撤掉熱棒，在其他條件相同情況下，對實驗煤樣進行自然升溫，對比有熱棒時與無熱棒時，兩次升溫煤堆升溫曲線；建立相關(guān)熱棒對煤堆移熱降溫的數(shù)學(xué)模型，并建立相關(guān)熱棒對煤堆移熱降溫模型，指導(dǎo)煤堆和煤矸石山的自燃防滅火工程。
【權(quán)利要求】
1.煤自燃防滅火熱棒性能測試實驗裝置，其特征在于:包括箱體、熱棒、加熱系統(tǒng)和測溫分析控制系統(tǒng)； 熱棒包括蒸發(fā)段和冷凝段； 加熱系統(tǒng)包括溫控箱、向溫控箱供電的供電單元和與溫控箱電連接的加熱器；箱體內(nèi)裝有實驗煤樣； 測溫分析控制系統(tǒng)包括溫度巡檢儀、控制分析單元和多個測溫電阻，測溫電阻鎧裝； 所述加熱器、熱棒的蒸發(fā)段和多個測溫電阻均設(shè)置在箱體的實驗煤樣中，各個測溫電阻分別保持與熱棒的蒸發(fā)段不同的距離； 所述多個測溫電阻分別與溫度巡檢儀之間通過信號線相連，每條信號線均用聚四氟乙烯包裹；溫度巡檢儀用于將測溫電阻輸出的電阻信號轉(zhuǎn)換成溫度信號并將該溫度信號傳輸至控制分析單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤自燃防滅火熱棒性能測試實驗裝置，其特征在于: 所述溫控箱內(nèi)設(shè)置有中間繼電器和溫度控制器，所述加熱器上另單獨設(shè)置有測溫電阻，該測溫電阻通過信號線與溫度控制器的采集輸入端相連，該信號線位于箱體內(nèi)的部分包裹有聚四氟乙烯；加熱器通過中間繼電器與供電單元連接，溫度控制器的控制輸出端與中間繼電器相連用于控制中間繼電器的通斷。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的煤自燃防滅火熱棒性能測試實驗裝置，其特征在于:所述箱體包括內(nèi)層和外層，內(nèi)層和外層之間設(shè)有保溫棉氈。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的煤自燃防滅火熱棒性能測試實驗裝置，其特征在于:所述溫度巡檢儀轉(zhuǎn)換成的溫度信號是通過RS232接口或RS485接口傳輸至控制分析單元的。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的煤自燃防滅火熱棒性能測試實驗裝置，其特征在于:所述溫控箱內(nèi)還設(shè)有均與供電單元相連的通電/斷電指示燈、漏電保護器和交流接觸器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的煤自燃防滅火熱棒性能測試實驗裝置，其特征在于:所述箱體為長方體狀，箱體的內(nèi)層和外層均為不銹鋼板。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的煤自燃防滅火熱棒性能測試實驗裝置，其特征在于:所述溫度巡檢儀是32路高精度智能溫度巡檢儀，與溫度巡檢儀相連的測溫電阻有25-32個，所述每個測溫電阻與溫度巡檢儀之間的接線法采用二線制接線或三線制接線。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的煤自燃防滅火熱棒性能測試實驗裝置，其特征在于:所述熱棒是碳鋼-水熱棒，熱棒的冷凝段設(shè)有散熱翅片，散熱翅片為圓形翅片、環(huán)狀翅片、螺旋翅片、直肋片或針肋，熱棒長度為500?15000mm,優(yōu)選1500mm,熱棒的管徑為25?150mm,熱棒的壁厚為I?10mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的煤自燃防滅火熱棒性能測試實驗裝置，其特征在于:所述加熱器為平板加熱器，箱體包括6個側(cè)壁，加熱器通過螺栓固定在箱體的一個側(cè)壁上，加熱器的尺寸為600 X 500mm,厚度5mm ;箱體6個側(cè)壁的厚度均為IOmm,不銹鋼板的厚度均為Imm,箱體內(nèi)徑尺寸為 X = 800mm, Y = 600mm, Z = 500mm。
【文檔編號】G01N25/18GK103954647SQ201410186179
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年5月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月5日
【發(fā)明者】鄧軍, 李貝, 馬礪, 文虎, 王偉峰, 肖旸, 任立峰, 劉庚, 李珍寶, 吳林峰 申請人:西安科技大學(xué)