[发明专利]数字化煤尘爆炸瞬间火焰长度测定系统及爆炸性测定方法

说明书

技术领域

本发明涉及矿用煤样检测设备与方法领域，特别涉及一种数字化煤尘爆炸 瞬间火焰长度测定系统及爆炸性测定方法。

背景技术

我国是产煤大国、目前已发现含煤面积约5.5万平方公里，含煤量约占 世界煤炭资源的11.1％，居世界第三位。但是由于我国煤矿大多是深井煤矿， 在高产量的同时，又有许多问题。其中煤尘问题是长期以来困扰煤炭系统的 灾害之一，煤尘的产生存在于煤炭的生产、输运等各个环节。

煤尘浓度过高会有爆炸的危险，煤尘浓度达到爆炸下限的情况虽然并不常 见，但在煤层中放炮的瞬间和放炮后的短时间内，常使悬浮煤尘达到爆炸的下 限浓度。另外，矿井巷道中普遍有大量的连续沉积的煤尘，这些煤尘如果重新 飞扬在空气中就可以迅速达到爆炸下限的浓度，这是使许多局部性事故迅速扩 大成区域性事故或全矿性重大恶性事故的主要原因。据有关部门统计，在近年 来发生的煤矿重大瓦斯爆炸事故中，涉及到煤尘参与的爆炸就有80％以上。并 且飞扬在空气中的粉尘长时间不沉降，随着人的呼吸进入人体的呼吸器官，沉 留在肺部而引起矽肺病。

因此，为更好地减少煤尘的危害性，需要科学地了解煤尘的性质，如煤尘 的自燃性和爆炸性，这些特性也是导致煤矿井下自然灾害的两大因素。煤尘爆 炸性鉴定工作是煤炭安全生产领域的重要环节之一。通过对开采矿层和地质勘 探煤层的煤尘进行爆炸性鉴定可以对煤尘的性质有一个客观正确的认识，可促 使煤矿在生产过程当中采取更加合理有效的防护措施，减少煤尘爆炸事故的发 生。

此外，煤矿安全规程中规定：“新矿井的地质精查报告中，必须有所有 煤层的煤尘爆炸性鉴定资料。生产矿井每延深一个新水平，应进行一次煤尘 爆炸性试验工作”。因此进行煤尘爆炸性试验的意义重大。

煤尘爆炸性的常用鉴定方法有两种：一种是在大型煤尘爆炸试验巷道中 进行，这种方法比较准确可靠，但工作繁重复杂，所以一般作为标准鉴定用； 另一种是在实验室内使用大管状煤尘爆炸性鉴定仪进行，这是目前我国主要 采用的方法，该仪器主要是凭测量员肉眼观察煤尘燃烧瞬间的火焰长度来确 定其爆炸性，且温度和气压调节与控制全是手动的。由于煤尘燃烧瞬间的火 焰长度持续时间非常短，一般仅为毫秒级，若单凭肉眼观察，存在检测精度 差、重复性误差大、人为因素影响大、智能化控制程度低等缺陷，同时鉴定 单位为了安全起见，通常的做法就是提高检测的标准，将一些本不具备爆炸 的煤尘定性为具有爆炸性，这虽然减小了鉴定单位的风险，但也无形中会加 大煤矿企业生产的负担，提高其安全防护的成本。

因此，目前急需一种更精准的煤尘爆炸瞬间火焰长度测定系统，能够使煤 尘爆炸性的检测和鉴定更加科学化、准确化、自动化，从而使煤尘爆炸性的 鉴定工作达到一个更高的水平。

发明内容

煤粉是碳、氢和挥发硫组成的可燃性粉尘，不仅容易自燃，而且容易发生 爆炸。煤粉爆炸的实质是气体爆炸，即煤粉和可挥发气体瞬间与氧气结合剧烈 燃烧的过程，其持续时间非常短，气浪传输速度非常快。在测定煤粉爆炸特性 的时候，一般是通过实验测定爆炸下限与火焰长度这两个参数来确定煤粉的爆 炸性。爆炸下限指能使喷入一定装置中的粉尘云点燃并维持火焰传播的最小粉 尘浓度，是确定粉尘爆炸性重要参数；该长度随煤粉爆炸性的强弱而显著变化： 火焰长度大于800毫米可认定该煤粉具有强爆炸性；在10～800毫米之间则煤 粉具有中强度爆炸性；在3～10毫米之间则煤粉具有弱爆炸性；小于3毫米则 煤粉无爆炸性。

根据该原理，本发明提供了一种数字化煤尘爆炸瞬间火焰长度测定系统及 爆炸性测定方法，通过数字技术，能够将煤尘爆炸火焰的光信息转换成数字信 号，并利用计算机数字图像处理技术对火焰图像进行处理分析，从而根据测量的 火焰长度自动判断煤尘的爆炸性。

本发明的目的之一是提供一种数字化煤尘爆炸瞬间火焰长度测定系统，包 括用于引爆煤尘的高温加热起爆子系统、用于向高温加热起爆子系统送入煤尘 的发尘子系统、用于煤尘爆炸瞬间火焰图像拍摄及数据采集的子系统和主控制 单元；所述发尘子系统和高温加热起爆子系统与主控制单元电连接，并受主控 制单元的控制，所述拍摄煤尘爆炸瞬间火焰长度的图像拍摄及数据采集子系统 与主控制单元电连接，并将采集到的图像输出到主控制单元中进行处理。