[发明专利]检测煤自燃产热产气特性对瓦斯浓度场影响的装置及方法

权利要求书

1.一种检测煤自燃产热产气特性对瓦斯浓度场影响的装置，其特征在于，包括模拟试验箱、通风系统、加热装置、气体注入系统、温度及气体采集系统和分析主机；

所述模拟试验箱包括保温箱体、采煤工作面模型、采空区模型、进风巷模型和回风巷模型，采煤工作面模型、采空区模型、进风巷模型和回风巷模型均处于保温箱体内，其中采煤工作面模型放置在保温箱体底板一侧，采空区模型放置在采煤工作面模型与保温箱体底板另一侧之间，进风巷模型和回风巷模型分别设置在采煤工作面模型两端、且进风巷模型和回风巷模型相互平行；

所述通风系统包括变速器和风机，变速器和风机均处于保温箱体外部，风机通过管路与变速器的进风口连通，变速器的出风口通过管路与进风巷模型内部连通；

所述加热装置包括温度控制仪和电加热棒，电加热棒处于采空区模型底部，电加热棒上方设有筛网放置架，电加热棒与温度控制仪电连接，温度控制仪与分析主机电连接，用于对保温箱体内加热；

所述气体注入系统包括第一注气管、第二注气管、第三注气管、三通接头、一氧化碳气瓶和甲烷气瓶，在电加热棒旁边的保温箱体底板开设注气孔，注气孔通过第一注气管与三通接头其中一个端口连接，三通接头另外两个端口分别通过第二注气管和第三注气管与一氧化碳气瓶和甲烷气瓶连接；所述第一注气管上装有第一压力表、转子流量计和气体流量调节阀；第二注气管上装有第一针阀和第二压力表；第三注气管上装有第二针阀和第三压力表；

所述温度及气体采集系统包括监测装置和气相色谱仪，监测装置由多层监测网组成，多层监测网设置在采空区模型内且相互平行；每层监测网均由多个气体采集管等间距并排设置组成，每个气体采集管上均开设多个等间距分布的气体采样孔，每个气体采样孔处均装有瓦斯传感器和温度传感器，各个瓦斯传感器和各个温度传感器通过数据线均与分析主机电连接，各个气体采集管均与气相色谱仪连接，气相色谱仪与分析主机电连接。

2.根据权利要求1所述的一种检测煤自燃产热产气特性对瓦斯浓度场影响的装置，其特征在于，所述电加热棒为两个，注气孔处于两个电加热棒之间。

3.根据权利要求1所述的一种检测煤自燃产热产气特性对瓦斯浓度场影响的装置，其特征在于，所述注气孔为旋转式气孔结构。

4.根据权利要求1所述的一种检测煤自燃产热产气特性对瓦斯浓度场影响的装置，其特征在于，所述风机为无级变速风机。

5.一种根据权利要求1所述的检测煤自燃产热产气特性对瓦斯浓度场影响的装置的工作方法，其特征在于，具体步骤为：

A、进行实验之前，先对各个温度传感器、各个瓦斯传感器和气相色谱仪进行校正，校正完毕后，将煤块破碎并筛分，取一定质量破碎后的煤块作为煤样，将煤样放置在筛网放置架上，然后对整个装置进行气密性检查；

B、开启风机并通过变速器调节风机工况至预定实验风速值，此时以该风速值向进风巷模型内注入气流；打开第二针阀和气体流量调节阀，甲烷气瓶经过第三注气管和第一注气管向采空区模型内注入一定流量的甲烷，通过第三压力表实时观察甲烷气瓶内的压力值，转子流量计实时监测注入采空区模型的甲烷流量，待转子流量计显示通过的甲烷流量达到预定值时，关闭气体流量调节阀和第二针阀，停止充入甲烷；

C、模拟煤自燃产热产气实验：先设定从25℃开始升温，最终温度设定为225℃；然后分析主机通过温度控制仪，使电加热棒开始升温，且控制升温速率为1℃/min，升温过程中，每个气体采样孔处的温度传感器和瓦斯传感器实时监测采空区模型内温度和瓦斯浓度的变化，将各个温度传感器实时监测的温度值求取平均值，每当温度平均值升温5℃，通过监测网的各个气体采样管采集气样并注入气相色谱仪进行气体成分分析，将温度与瓦斯浓度实时监测值和每次气样分析结果输入分析主机进行记录；当温度平均值达到225℃时，控制电加热棒停止加热，分析主机通过现有数据处理软件对数据进行整理并绘制出采空区内温度场和瓦斯浓度场分布图；最后关闭风机，并利用空气泵抽取采空区模型内残余气体进行收集，直至第一压力表数值显示为0时停止抽气，完成当前实验；

D、模拟煤自燃仅产气实验：先将步骤C中收集的残余气体进行取样，并注入气相色谱仪进行成分分析，从而得到步骤C升温过程中煤自燃标志性气体CO的生成量，作为对比值存储在分析主机内；然后重步骤A和B，完成后打开气体流量调节阀和第一针阀，一氧化碳气瓶经过第二注气管和第一注气管向采空区模型内开始充入CO气体，并通过气体流量调节阀和第一针阀的开度调节流速，转子流量计实时监测注入采空区模型的CO流量，同时在CO气体充入过程中，通过监测网的各个气体采样管多次采集气样并注入气相色谱仪进行气体成分分析，每次采样分析结果输入分析主机，其中分析主机将每次分析结果中得出的CO的生成量与对比值进行比对，当分析结果中得出的CO的生成量达到对比值时，立即关闭第一针阀和气体流量调节阀，分析主机通过现有数据处理软件对数据进行整理并绘制出采空区内瓦斯浓度场分布图；最后关闭风机，完成当前实验；

E、调整电加热棒的升温速率，并重复步骤A～C多次，得出不同升温速率下采空区内温度场和瓦斯浓度场分布图；从而能得出不同升温速率与采空区瓦斯浓度场变化之间的关系。