[发明专利]一种煤矿瓦斯煤尘爆炸的试验系统及试验方法

说明书

本发明公开了一种煤矿瓦斯煤尘爆炸的试验系统及试验方法，该试验系统包括爆炸管网系统、配气系统、点火系统、抑爆系统、数据采集系统和监测系统；本发明可以定量研究不同瓦斯爆炸浓度下组合伪随机多面体网壳结构对瓦斯爆炸及瓦斯爆炸引起沉积煤尘二次爆炸的抑制效果，以及组合伪随机多面体网壳结构的不同摆放位置和不同物理空间几何参数对瓦斯煤尘爆炸的抑制效果，且对于瓦斯爆炸是否引起煤尘二次爆炸更加容易辨识，结果更加直观；测试方法简单实用，易于操作且可重复性强，稳定可靠。通过有限次试验可研究组合伪随机多面体网壳结构的最佳抑爆几何参数，为煤矿井下瓦斯爆炸包括其引起沉积煤尘二次爆炸的灾害治理提供新方法和新手段。

技术领域

本发明涉及瓦斯灾害防治技术领域，主要适用于瓦斯爆炸发生后抑制其产生的爆炸波强度及预防引起煤尘二次爆炸事件发生的试验系统及试验方法，更具体的说是涉及一种组合伪随机多面体网壳结构抑制煤矿瓦斯煤尘爆炸的试验系统及试验方法。

背景技术

能源是经济发展和社会进步的基础，随着原油燃料的消耗和减少燃料对环境污染意识的增强，人们开始更多的关注替代燃料特性的研究。瓦斯作为煤层气的主要成分，被认为是最好的替代燃料之一。在煤炭开采过程中，以游离态或者吸附态赋存于煤层中的瓦斯开始释放到采掘空间中。当瓦斯气体的体积分数达到爆炸浓度时遭遇点火源便会发生瓦斯爆炸事故，并且爆炸产生的冲击波会不断卷吸巷道周围沉积煤尘，形成可燃性煤尘云带，当后续的火焰波到达该区域时会引发二次爆炸事故，导致其破坏性更强。瓦斯煤尘爆炸事故会对周围环境造成高压冲击波、高温火焰灼烧和高浓度有毒有害气体三重伤害，严重制约工业安全生产，因此推动瓦斯煤尘爆炸事故灾害防治技术的发展对保障煤矿安全生产和促进清洁能源安全利用具有重要的现实意义。

煤矿井下瓦斯爆炸的抑爆技术按抑爆装置的触发方式不同可分为主动式抑爆和被动式抑爆，主动式抑爆效果较好，但生产制造成本及维护费用高，因此被动式抑爆仍是不可或缺的辅助性手段。现阶段最常见的被动式抑爆手段是在巷道中搭设岩粉棚或水棚，但岩粉棚若防护不当会出现受潮凝结现象，导致其在瓦斯爆炸发生时不能形成有效惰性粉尘抑爆带，故需对岩粉进行定期更换；水棚在实际使用过程中也存在着应用范围窄、抑爆效果不佳问题。此外上述抑爆装置对瓦斯二次爆炸均无防护效果，因此，有必要探索一种新型被动式抑爆装置，开展如何降低瓦斯爆炸强度和避免瓦斯爆炸引起沉积煤尘二次爆炸的相关研究，为煤矿井下瓦斯煤尘爆炸的灾害治理提供新思路和新手段。抑制瓦斯爆炸的原理不仅可以从抑爆材料的材料消波机制入手，还可以从抑爆结构的物理空间消波机制入手，现阶段关于抑爆结构的研制较少。此外现阶段的试验系统中瓦斯爆炸段与煤尘铺设段连接，不易辨别瓦斯爆炸是否引起了煤尘二次爆炸。

因此，对于如何量化研究抑制瓦斯爆炸及其引起沉积煤尘二次爆炸缺乏高效适用的试验装置，同时，现有试验方法更多的只是单方面的关注瓦斯爆炸后冲击波或火焰的传播规律，且对爆炸后有毒气体的成分及含量测试基本忽略。再者，现目前试验研究仅关注其采取的方法是否能抑制瓦斯爆炸，而对抑制瓦斯爆炸后是否还能引起沉积煤尘爆炸并无相关试验方法。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种煤矿瓦斯煤尘爆炸的试验系统及试验方法，旨在解决上述技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种煤矿瓦斯煤尘爆炸的试验系统，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以及间隔安装在所述管道内的多个第二法兰盘；多个所述第二法兰盘将所述管道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内安装有隔爆薄膜；

所述配气系统包括通过进气阀连接在所述预混加速段首端的高纯瓦斯气瓶和空气压缩机、和通过吸气阀连接的真空泵、以及与所述预混加速段并联的由第一循环阀、循环泵和第二循环阀形成的管路；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；