[发明专利]一种煤矸石山自燃爆炸实验系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种实验系统，具体涉及一种煤矸石山自燃爆炸实验系统。

背景技术

煤矸石是煤矿井下巷道掘进过程中产生的“废石”，在地面大量堆积后即形成煤矸石山。目前，全国煤矸石的总积存量已达30亿t以上，形成煤矸石山1500余座，占地7×10⁷m²。随着我国经济的快速发展而对能源需求的增加，煤矿开采强度正在加大，煤矸石总量正在以1.5～2.0亿t/y的速度增长。

对煤矸石山危害的认识，目前大多停留在其对环境的污染方面。然而，许多案例表明，煤矸石山在安全方面存在的问题已越来越严重，特别是煤矸石山自燃、爆炸问题，已给煤矿企业造成巨大的损失。例如：河南省平顶山煤业集团公司四矿煤矸石山因天降暴雨而产生两次爆炸，近1.8×10⁴m³、约3.3×10⁴t的煤矸石被抛到300多m外，共造成8人死亡、21人重伤，其它102名人员受到不同程度的灼伤。

虽然煤矸石山爆炸引发灾害的发生频率不高，但因其具有突发性，且规模大，往往造成重大人员伤亡和经济损失。开展煤矸石山爆炸形成机理研究，对减少煤矿安全事故的发生具有重要的理论及现实意义。基于此，构建一种实验系统来模拟研究煤矸石山自燃爆炸过程是极其重要的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种结构合理，操作灵活，实施方便，人为可控及数据自动记录的煤矸石山爆炸实验系统。

本发明所述的煤矸石山自燃爆炸实验系统，用石砖垒砌一个空心柱体，空心柱体内下面铺设砖块，煤矸石堆积于柱体内，煤矸石堆里埋设加热源和热电偶，煤矸石堆的上方安置压力传感探头、烟气传感探头、水淋喷头。

本发明所述的煤矸石山自燃爆炸实验系统，所述的空心柱体墙的下方设置通风口。空心柱体的上面设置铁丝网或密封。

本发明所述空心柱体下面的所铺设的砖块的厚度不小于20cm，避免高温煤矸石对实验室造成的热损害。墙体

本发明所述的煤矸石山自燃爆炸实验系统，所述空心柱体的墙体的厚度应大于10cm，防止实验时煤矸石的爆炸对周围人员造成伤害及对设备造成破坏。

本发明所述的煤矸石山自燃爆炸实验系统，所述的煤矸石堆积形状为锥形或水平堆积。

本发明所述的煤矸石山自燃爆炸实验系统，所述的加热源与电压控制仪相连，调节煤矸石内部的加热温度。所述的加热源为1-4个、功率为500KW-2500KW的电炉丝，线路用聚四氟乙烯做绝缘套。所述热电偶数量为6～9根，水平和竖直方向矩阵布置。

本发明所述的煤矸石山自燃爆炸实验系统，所述的压力传感探头设置在煤矸石堆上方30cm-40cm处，数量为1-3个。所述的压力传感探头连接压力转化仪，压力转化仪与数据处理机相连。探头外部为钢管保护，与探头相连的传感线用石棉管套住。

本发明所述的煤矸石山自燃爆炸实验系统，所述的烟气传感探头安置在煤矸石堆上方40cm-50cm处，经数据传送线与烟气分析仪相连接，并将所采集的数据转送至数据处理机。与烟气探头相连接的传感线用石棉管套住，保证传感线的不受损坏。

本发明所述的煤矸石山自燃爆炸实验系统，所述的水淋喷头安装在升降架上，且位于煤矸石堆的正上方，根据需要上下调整喷淋高度。水淋喷头通过水泵连接水箱。

本发明所述的煤矸石山自燃爆炸实验系统，所述的操作步骤为，先开启加热源对煤矸石样加热，并启动烟气传感探头和热电偶，连续监测煤矸石燃烧产生的各种气体成分及煤矸石堆的内部温度变化情况；当热电偶监测到煤矸石燃烧到外表时，启动压力传感探头，并打开水淋喷头进行喷淋。

本发明所述的实验系统采用外部加热法诱发煤矸石燃烧，利用烟气分析仪测试煤矸石的燃烧成份，同时通过热电偶监测跟踪燃烧进度。当燃烧温度达到一定值后对其进行水喷淋，模拟降雨对自燃煤矸石发生爆炸的影响，并利用压力传感探头监测煤矸石的喷爆压力。

本发明所述的煤矸石山自燃爆炸实验系统，还可应用于对煤自燃过程、城市生活垃圾爆炸进行模拟实验。

本发明所述的实验系统有以下特点：

1.由于采用外部加热法来加速煤矸石样的燃烧反应速度，减小了实验规模，缩短了实验周期。

2.喷淋系统采用水泵加压，通过压力可调节喷水的流量，更能形象地反应出降雨对自燃煤矸石山发生爆炸的影响。

3.本发明融合了烟气探测、压力探测和温度探测为一体。

4.本发明操作灵活，结构简单，且安全可靠。