[发明专利]一种模拟煤矿井下拐弯巷道内瓦斯爆炸的实验装置及方法

说明书

本发明属于煤矿安全工程技术领域，具体提供一种模拟煤矿井下拐弯巷道内瓦斯爆炸的实验装置及方法，装置包括爆炸罐、管道、点火装置和数据采集装置，所述爆炸罐为爆炸发生罐体，所述爆炸罐附属装置包括瓦斯气瓶、真空泵、瓦斯浓度检测仪、放空阀、安全阀、电磁搅拌器、安全联动监控装置和薄膜片，所述管道为瓦斯爆炸传播管道，由不同拐弯角度的管道段组合而成，所述点火装置包括点火电极针和控制箱，用于点火触发爆炸罐内爆炸发生，所述数据采集装置包括压力传感器、温度传感器和数据采集电脑，用于实时记录管道内各监测点处的压力和温度。本发明弥补了现有瓦斯爆炸实验装置在模拟不同拐弯巷道方面的缺陷，对煤矿瓦斯爆炸防治及安全生产意义重大。

技术领域

本发明属于煤矿安全工程技术领域，具体涉及一种模拟煤矿井下拐弯巷道内瓦斯爆炸的实验装置及方法。

背景技术

瓦斯爆炸是矿井最为严重的灾害之一，煤矿一旦发生瓦斯爆炸，往往造成大量的人员伤亡，并伴随巨额经济损失及不良的社会影响。瓦斯爆炸在煤矿井下巷道内的传播机制及规律仍然是当今学者研究的重点课题，角度大小各异的拐弯形巷道是煤矿井下常见的巷道类型，研究瓦斯爆炸在拐弯巷道内的传播特性及规律对煤矿瓦斯爆炸防治具有指导作用，对保证煤矿安全生产意义重大。

目前有关巷道内瓦斯爆炸的研究大多采用数值模拟法和小尺度管道实验法。数值模拟法往往建立在众多理想假设基础上，与实际巷道内瓦斯爆炸过程差别较大，准确性较低。小尺度管道实验虽然管道尺寸与真实巷道尺寸差别较大，但其在瓦斯爆炸发生和传播机制上的规律一致，因此，利用小尺度实验管道模拟煤矿井下巷道瓦斯爆炸是可行的。目前已有的实验管道类型大多为均直管道和分叉管道，拐弯管道却鲜有涉及，尤其是角度可调的实验管道类型。因此，为研究瓦斯爆炸在矿井拐弯巷道内的传播规律，本发明提出一种可以模拟瓦斯爆炸在煤矿井下常见拐弯巷道内传播过程的实验装置及方法。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提供一种模拟煤矿井下拐弯巷道内瓦斯爆炸的实验装置及方法，技术方案如下：

一种模拟煤矿井下拐弯巷道内瓦斯爆炸的实验装置及方法，装置包括爆炸罐、管道、点火装置和数据采集装置，所述爆炸罐为爆炸发生罐体，所述爆炸罐附属装置包括瓦斯气瓶、真空泵、瓦斯浓度检测仪、放空阀、安全阀、电磁搅拌器、安全联动监控装置和薄膜片，所述管道为瓦斯爆炸传播管道，由不同拐弯角度的管道段组合而成，所述点火装置包括点火电极针和控制箱，用于点火触发爆炸罐内爆炸发生，所述数据采集装置包括压力传感器、温度传感器和数据采集电脑，用于实时记录管道内各监测点处的压力和温度。

所述瓦斯气瓶和真空泵与爆炸罐连接，用于向爆炸罐内填充瓦斯气体。

所述瓦斯浓度检测仪与瓦斯气瓶和真空泵联合作用，用于监测并控制爆炸罐内瓦斯浓度。

所述放空阀与爆炸罐连接，用于爆炸实验结束后放空爆炸罐内瓦斯气体。

所述安全联动监控装置监测到爆炸罐内压力大于设计压力时，控制所述安全阀的膜片破裂向外泄压，保证爆炸罐的安全使用。

所述薄膜片位于爆炸罐和管道中间，用于间隔瓦斯气体和空气。

所述管道段断面为圆形，类型包括均直管道段、锐角拐弯管道段、直角拐弯管道段和钝角拐弯管道段，各个管道段可以通过法兰结构相互连接，合成瓦斯爆炸传播整体管道。

所述拐弯管道段为带有圆角形式的拐弯管道段，更加符合煤矿井下真实巷道拐弯形状。

所述压力传感器为压电式高灵敏度传感器，用于监测瓦斯爆炸冲击波压力。

一种模拟煤矿井下拐弯巷道内瓦斯爆炸的实验方法，采用前述的一种模拟煤矿井下拐弯巷道内瓦斯爆炸的实验装置，包括以下步骤：

S1：通过法兰连接各实验管道段，使实验拐弯管道结构与煤矿井下真实巷道结构保持一致，并将实验管道与爆炸罐进行连接，确保连接处保持密封不漏气；