[发明专利]一种煤矿瓦斯煤尘爆炸的试验系统及试验方法

权利要求书

1.一种煤矿瓦斯煤尘爆炸的试验系统，其特征在于，包括：爆炸管网系统、配气系统、点火系统、抑爆系统、数据采集系统和监测系统；

所述爆炸管网系统包括管道(1)以及间隔安装在所述管道(1)内的多个第二法兰盘(40)；多个所述第二法兰盘(40)将所述管道(1)依次分隔为预混加速段、稳定传播段、第一冲击传播段、煤尘铺设段和第二冲击波传播段；所述预混加速段和所述稳定传播段之间的所述第二法兰盘(40)内安装有隔爆薄膜(7)；

所述配气系统包括通过进气阀(20)连接在所述预混加速段首端的高纯瓦斯气瓶(2)和空气压缩机(37)、和通过吸气阀(19)连接的真空泵(18)、以及与所述预混加速段并联的由第一循环阀(27)、循环泵(29)和第二循环阀(28)形成的管路；所述配气系统还包括安装在所述第二冲击波传播段尾端的排气阀(30)；

所述点火系统包括安装在所述预混加速段端头的电极(3)，以及与所述电极(3)电性连接的交流电源(21)；

所述抑爆系统包括串联在所述第一冲击传播段的多个第一伪随机多面体网壳结构(8)，和串联在所述第二冲击波传播段的多个第二伪随机多面体网壳结构(39)；所述第一伪随机多面体网壳结构(8)和第二伪随机多面体网壳结构(39)为矩形体内空结构，内部壁面为伪随机生成的多面体网壳结构，近似球直径为管道直径的2～6倍，多面体的面数为20～80面；所述第一伪随机多面体网壳结构(8)和所述第二伪随机多面体网壳结构(39)内部连接有抑爆干粉喷射组件；所述抑爆干粉喷射组件包括安装在所述第一伪随机多面体网壳结构(8)和第二伪随机多面体网壳结构(39)内的抑爆干粉喷头(9)；所述抑爆干粉喷头(9)依次与压力探测器(17)、储粉罐(12)、第一电机(13)和第一控制器(15)连接；

所述数据采集系统包括安装在所述管道(1)各段的多个压力传感器(35)和火焰传感器(36)；多个所述压力传感器(35)和所述火焰传感器(36)依次电性连接有电荷放大器(24)、动态数据采集仪(23)和上位机(22)；所述上位机(22)与所述真空泵(18)和所述交流电源(21)电性连接；所述上位机(22)电性连接有布置在所述管道(1)外侧的第一热成像仪(33)和第二热成像仪(34)；所述排气阀(30)依次连接有抽气机(31)、集气瓶(32)和气体成分分析仪(41)；

所述监测系统包括布置在所述管道(1)外侧，且与所述上位机(22)电性连接的第一高速摄像机(25)和第二高速摄像机(26)。

2.根据权利要求1所述的一种煤矿瓦斯煤尘爆炸的试验系统，其特征在于，所述管道(1)的各段通过第一法兰盘(5)和第二法兰盘(40)连接，所述第一法兰盘(5)和所述第二法兰盘(40)均通过螺栓螺母(4)与所述管道(1)各段连接。

3.根据权利要求1所述的一种煤矿瓦斯煤尘爆炸的试验系统，其特征在于，所述预混加速段内间隔布置有1-3个加速环(6)。

4.根据权利要求1所述的一种煤矿瓦斯煤尘爆炸的试验系统，其特征在于，所述第一冲击传播段为直管，所述第一伪随机多面体网壳结构(8)的数量为两个，且沿所述第一冲击传播段的方向两侧开口；所述第二冲击波传播段为Z型管；所述第二伪随机多面体网壳结构(39)的数量为两个，且分别布置在所述第二冲击波传播段的拐角处，两个所述第二伪随机多面体网壳结构(39)为直角型侧开口。

5.根据权利要求1所述的一种煤矿瓦斯煤尘爆炸的试验系统，其特征在于，所述第一伪随机多面体网壳结构(8)和所述第二伪随机多面体网壳结构(39)的出口处安装有多层金丝网卷帘门(10)；所述多层金丝网卷帘门(10)的控制端依次电性连接有第二电机(14)、第二控制器(16)和压力探测器(17)；所述压力探测器(17)安装在所述预混加速段的首端。

6.根据权利要求1所述的一种煤矿瓦斯煤尘爆炸的试验系统，其特征在于，所述煤尘铺设段形成有煤尘腔(11)；所述煤尘腔(11)用于铺设不同质量、不同含水率的煤粉。

7.根据权利要求1所述的一种煤矿瓦斯煤尘爆炸的试验系统，其特征在于，所述预混加速段上安装有数字真空表(38)。

8.一种采用权利要求1-7任一项所述的煤矿瓦斯煤尘爆炸的试验系统的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、关闭所述吸气阀(19)、所述进气阀(20)、所述第一循环阀(27)、所述第二循环阀(28)和所述排气阀(30)，使得所述预混加速段处于封闭状态；打开所述空气压缩机(37)的进气阀(20)，利用所述空气压缩机(37)正压送风检查预混加速段气密性，在确保管道密封性良好后打开所述吸气阀(19)，再利用所述真空泵(18)对所述预混加速段管道进行抽真空处理；当达到预定真空度后关闭所述吸气阀(19)，随后打开所述进气阀(20)和所述高纯瓦斯气瓶(2)，采用道尔顿分压体积法完成甲烷/空气预混气体的配制；

S2、打开所述第一循环阀(27)和所述第二循环阀(28)，利用所述循环泵(29)对预混气体进行充分循环混合，随后打开所述进气阀(20)确保预混加速段内混合气体处于大气压平衡状态，关闭所述进气阀(20)，再次打开所述第一循环阀(27)、所述第二循环阀(28)和所述循环泵(29)，对预混气体再次充分混合；所述循环泵(29)的工作时间不小于20分钟；

S3、设定好所述压力传感器(35)、所述火焰传感器(36)、所述第一高速摄像机(25)、所述第二高速摄像机(26)、所述第一热成像仪(33)和所述第二热成像仪(34)的触发参数，并将所述动态数据采集仪、所有的高速摄像机和热成像仪设定为待触发状态，其中高速摄像机设置为后触发模式；

S4、关闭所述第一循环阀(27)、所述第二循环阀(28)和所述循环泵(29)，保持所述吸气阀(19)、所述进气阀(20)和所述排气阀(30)的关闭状态，启动所述交流电源(21)对所述电极(3)进行通电点火，此时甲烷空气预混气体将发生爆炸，监测到爆炸压力后将压力信号转换为电信号，启动抑爆干粉喷射组件工作，开始喷射超细抑爆粉体，同时瞬时封闭网壳结构的出口；

S5、预混气体爆炸发生后，所述压力传感器(35)采集到压力信号后转化为电信号，所述火焰传感器(36)采集到光信号转化为电信号，所述压力传感器(35)和所述火焰传感器(36)转换后的电信号均通过电荷放大器(24)将信号放大并传输至动态数据采集仪(23)处理；与此同时，所述第一高速摄像机(25)和所述第二高速摄像机(26)对经过所述第一伪随机多面体网壳结构(8)和所述第二伪随机多面体网壳结构(39)前后的火焰波以及是否能引燃沉积煤尘产生二次爆炸的整个传播过程进行监测；所述第一热成像仪(33)和所述第二热成像仪(34)对所述管道(1)中爆炸火焰的传播温度进行监测；随后所述动态数据采集仪(23)、所有的高速摄像机和所有的热成像仪采集到的数据信息将传送至所述上位机(22)进行显示和处理；

S6、爆炸结束确保安全的情况下，打开所述排气阀(30)，启动所述抽气机(31)抽取部分爆炸后气体至所述集气瓶(32)，随后将所述集气瓶(32)中收集到的气体输送至所述气体成分分析仪(41)，对爆炸后的有毒有害气体进行成分和含量分析。