CN108459048A - 一种用于煤岩自燃氧化特性分析的分析仪及分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于煤岩自燃氧化特性分析的分析仪及分析方法，属于煤岩分析技术领域。分析仪包括外壳、框架、快速开合***、加热温控***、温度采集***、稳定注入***、样品反应容器、管线、色谱分析***。分析方法为：空压机通过管线经稳定注入***将气体注入样品反应容器，快速开合装置开启，样品反应容器内加入煤岩样品，通过加热温控***对样品反应容器加热，并通过温度采集***采集温度，样品反应容器产生的气体进入色谱分析***进行色谱分析。本发明的用于煤岩自燃特性分析仪及方法，测试煤自燃程序性升温过程中不同粒度、不同温度段下煤与空气反应的耗氧特性、气体浓度、气体产生率等规律，并在此基础上分析自燃特性。
Description
技术领域
本发明具体涉及一种用于煤岩自燃氧化特性分析的分析仪及分析方法，属于煤岩分析技术领域。
背景技术
煤自燃是煤不经点燃而自行着火的现象，是有自燃倾向性的煤在遇到空气中的氧气时，进行氧化产生的热量大于向周围环境中散失的热量，发生了热量聚集，使煤温升高达到燃点而着火的过程 。煤层露头、老窿，以及煤堆，都是容易引起煤自燃的场所。煤的自燃不但浪费地下煤炭资源，而且影响煤矿生产和安全。煤自燃的原因，主要是煤与空气接触发生氧化，一方面使煤的温度升高，同时又使煤的燃点降低，因而易于引起煤的自燃。此外，煤层由于地质构造变动或因采掘而破碎，以及通风不良等，也是引起自燃的因素。
煤岩自燃特性，是煤岩的一项重要指标，对煤岩的自燃特性分析是煤岩性能分析的主要工作之一。现有的分析方法中，通过对煤岩组成成分进行分析，是煤岩自燃的一个主要分析方法。
近年来，出现了模拟实际的煤岩自燃分析仪器，但是功能都很单一，局限于采用色谱吸氧法测定吸氧量，分析判定自燃发火倾向性及难易程度。
发明内容
针对上述现有技术存在的缺陷，本发明提出一种可用于煤岩自燃氧化特性分析的分析仪。
具体的，本发明的用于煤岩自燃特性分析仪，包括外壳、框架、快速开合***、加热温控***、温度采集***、稳定注入***、样品反应容器、管线、色谱分析***，样品反应容器安装在框架顶部，空压机通过管线经稳定注入***连通样品反应容器，快速开合***设置在样品反应容器上，加热温控***、温度采集***连接至样品反应容器，样品反应容器产生的气体经气样定时定量自动采集***，通过管线连通色谱分析***。
进一步的，所述快速开合***包括卡箍、铜丝杠、滑轮、电机、电机控制器、减速器，电机控制器、减速器连接电机，电机输出端通过滑轮依次连接铜丝杠及卡箍。
进一步的，所述加热温控***包括保温层、加热套、热电阻、温控仪表，保温层设置在样品反应容器内部，保温层内设置加热套，加热套内部设有热电阻。
进一步的，所述温度采集***包括温度传感器。 温度传感器包括***内环境温度传感器，还包括煤样样品容器内温度传感器，前者用于测定***内环境温度，后者用于测定样品容器内煤样的实际温度，而且后者的数量为多个，用于测定煤样多个点的温度。
进一步的，所述的温度控制***，采用单片机进行控制，可以设定多种升温方式，可根据实际实验的升温需要，编写升温程序。由于煤炭是热的不良导体，因此在升温过程中，会造成煤温与环境温度（或加热体温度）差异过大，若不采取精确控制的措施，温差可达100℃，严重影响实验的精度和数据的可靠性。因此，为实现实验过程中的温度控制的精度，防止出现冲温现象。本专利中，温度控制以实时测得的煤温数据为基准，将预设的煤温与实际煤温的差值进行时间上的微分处理，自动设定多个临时温度值，然后根据实际煤温与下一个临时温度值的差值，实时调整加热器的加热输出功率，即当实时煤温与临时预设值相差较大时，温控***会自动加大加热器的输出功率，相反地，当差值较小时，会自动减小输出功率。
进一步的，所述稳定注入***包括调压阀、稳压阀、压力传感器、显示表、质量流量控制器、单向阀、过滤器。
进一步的，所述气样定时定量自动采集***，与工控机相连，按照预设的采集方式定时定量采集气样，并送入气相色谱分析仪中，进行气体组份测定。具体的采集方式，可以设定为按照实际煤温达到某一条件（如煤温达到5℃的整数倍数）时自动采集，或者每隔固定的时间间隔（如20分钟）自动采集，每次定量采集30ml，其余时间通过三通装置，将气体产物通入尾气处理装置。
进一步的，所述分析仪还包括产出气体降温装置、背压***，样品反应容器产生的气体通过管线连通产出气体降温装置、背压***，背压***包括反向安全阀。
进一步的，所述样品容器为316L不锈钢材质制成。
本发明还提供了利用上述分析仪实现的煤岩自燃特性分析方法，所述方法具体为：空压机通过管线经稳定注入***将气体注入样品反应容器，快速开合装置开启，样品反应容器内加入煤岩样品，通过加热温控***对样品反应容器加热，并通过温度采集***采集温度，样品反应容器产生的气体进入色谱分析***进行色谱分析，获得煤自燃程序性升温过程中不同粒度、不同温度段下煤与空气反应的耗氧特性、气体浓度、气体产生率数据。
进一步的，所述方法中样品反应容器产生的气体最终通过管线进入产出气体降温装置、背压***。
本发明的有益效果在于：本发明的用于煤岩自燃特性分析仪及方法，测试煤自燃程序性升温过程中不同粒度、不同温度段下煤与空气反应的耗氧特性、气体浓度、气体产生率等规律，并在此基础上分析自燃特性。为现场生产提供科学可靠的指导依据，相比于现有技术的分析仪器和方法，将现有***合二为一（即气相色谱仪和程序升温***合成一套设备），设备操作更加便捷、温控***更加科学，更适用于煤岩体升温测试，测试数据更精确可靠，测试过程更简便。不仅可以测试煤炭自燃的特性，还可以测试岩体的热破坏特性，适用范围更加广泛。
附图说明
图1为煤岩自燃分析仪的结构示意图；
图2为样品反应容器部分的示意图；
图3为煤岩自燃分析方法的流程图。
附图标记如下：
1、外壳，2、框架，3、卡箍，4、铜丝杠，5、滑轮，6、保温层，7、加热套，8、热电阻，9、气体质量流量计，10、色谱分析***，11、电机，12、稳定注入***，13、管线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行说明：
实施例1
如图1、图2所示，用于煤岩自燃氧化特性分析的分析仪主要由：外壳1、框架2、快速开合***、加热控温***、温度采集***、稳定注入***12、产出气体降温装置、背压***、样品反应容器、支架、阀门、管线13等组成。
快速开合***主要由卡箍3、铜丝杠4、滑轮5、电机11、电机控制器、减速器等组成；
卡箍3：卡箍3是连接带沟槽的管件、阀门以及管路配件的一种连接装置。用在对快接头之间起紧箍作用，一般两个接头带有垫片，有橡胶，和硅胶，四氟。
铜丝杠4，连接卡箍3及为电机11转动提供支撑作用。
电机11：选用惠斯通步进电机，为密封卡箍3提供动力源。
减速器：是指原电机与工作机之间独立封闭式传动装置，用来降低转速并相应地增大转矩。
加热控温***包括：
加热套7：加热温度室温-250℃，控温精度0.1℃。
保温层6：
特殊航天材料保温装置，外置不锈钢保护套。
热电阻8。
控温仪表：基本误差0.2%FS，双排满四位LED数码管显示，采样速率5次/秒，显示周期0.6秒。
温度采集***包括：
包含温度传感器、采集仪表、接头等。
温度传感器：进口OMEGA，量程：0 - 250℃，精度：±0.3%FS。
采集仪表：基本误差0.2%FS，双排满四位LED数码管显示，采样速率5次/秒，显示周期0.6秒。
稳定注入***包括：
包含：高精度调压阀、高精度稳压阀、压力传感器、显示仪表、气体质量流量计9、单向阀、过滤器等。
高精度调压阀：控制一定微小压力，恒定设定、控制。设定压力范围0.005-0.2MPa，灵敏度0.2%满度以内。
高精度稳压阀：稳定一定压力，超过设置压力后自动分压、泄压。适用范围0-0.9MPa，
压力传感器：量程0.5MPa，准确度0.1级。
气体质量流量计9：流量范围0-200ml，产品精度±1％F.S，工作压差范围：0.1-0.5MPa。
单向阀及过滤器：过滤器保证进气量干燥清洁，无杂质。单向阀保证了设备出现问题不能保证进气量时，对流量计采取的一种保护措施。
产出气体降温装置
气体通过加热后的样品容器，产出后温度比较高，设计定做的将待测气体降温循环的装置。
背压***
高精度反向安全阀：压力范围：0-0.4MPa，流量范围：0-300ml/min，稳压精度:±1 kPa。过滤器保证进气量干燥清洁，无杂质。三通球阀将多余气体排出。
样品容器
样品反应容器筒体为316L材质。端盖为特殊航天密封材料，进口全氟醚O型圈，耐温250℃。
支架以及阀门、管线
设备属于定制型，与现有的色谱分析***10及空压机需要高精度集成，采用轻质铝型材支架及不锈钢门（有机玻璃）等组成。硬质管线采用316材质，气路软管采用聚四氟软管。快速转接头保证了操作简单。阀门采用进口SMC阀门。保证了设备的气密性及安全性。
实施例2
如图3所示，煤岩自燃特性分析方法具体为：空压机通过管线经稳定注入***将气体注入样品反应容器，快速开合装置开启，样品反应容器内加入煤岩样品，通过加热温控***对样品反应容器加热，并通过温度采集***采集温度，样品反应容器产生的气体进入色谱分析***进行色谱分析，获得煤自燃程序性升温过程中不同粒度、不同温度段下煤与空气反应的耗氧特性、气体浓度、气体产生率数据。
所述方法中样品反应容器产生的气体最终通过管线进入产出气体降温装置、背压***。
所示方法中的技术要求包括：
1、样品容器容积1Kg，数量1个，耐温200℃；
2、保证容器中煤粉的温度受热均匀，气体通过性的均匀；
3、进气量≤200ml；
4、控制进气量和出气量；
5、电动开合操作，方便取样、装样；
6、加热精度±0.1℃，压力传感精度0.1级；
7、气体通过0.2MPa。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种用于煤岩自燃氧化特性分析的分析仪，包括外壳、框架，其特征在于，所述分析仪还包括快速开合***、加热温控***、温度采集***、稳定注入***、样品反应容器、管线、色谱分析***，样品反应容器安装在框架顶部，空压机通过管线经稳定注入***连通样品反应容器，快速开合***设置在样品反应容器上，加热温控***、温度采集***连接至样品反应容器，样品反应容器产生的气体通过管线连通色谱分析***。
2.如权利要求1所述的用于煤岩自燃氧化特性分析的分析仪，其特征在于，所述快速开合***包括卡箍、铜丝杠、滑轮、电机、电机控制器、减速器，电机控制器、减速器连接电机，电机输出端通过滑轮依次连接铜丝杠及卡箍。
3.如权利要求1所述的用于煤岩自燃氧化特性分析的分析仪，其特征在于，所述加热温控***包括保温层、加热套、热电阻、温控仪表，保温层设置在样品反应容器内部，保温层内设置加热套，加热套内部设有热电阻。
4.如权利要求1所述的用于煤岩自燃氧化特性分析的分析仪，其特征在于，所述温度采集***包括温度传感器。
5.如权利要求1所述的用于煤岩自燃氧化特性分析的分析仪，其特征在于，所述稳定注入***包括调压阀、稳压阀、压力传感器、显示表、质量流量控制器、单向阀、过滤器。
6.如权利要求1所述的用于煤岩自燃氧化特性分析的分析仪，其特征在于，所述分析仪还包括产出气体降温装置、背压***，样品反应容器产生的气体通过管线连通产出气体降温装置、背压***，背压***包括反向安全阀。
7.如权利要求1所述的用于煤岩自燃氧化特性分析的分析仪，其特征在于，所述样品容器为316L不锈钢材质制成。
8.一种根据权利要求1所述的用于煤岩自燃氧化特性分析的分析仪的煤岩自燃特性分析方法，其特征在于，所述方法具体为：空压机通过管线经稳定注入***将气体注入样品反应容器，快速开合装置开启，样品反应容器内加入煤岩样品，通过加热温控***对样品反应容器加热，并通过温度采集***采集温度，样品反应容器产生的气体进入色谱分析***进行色谱分析，获得煤自燃程序性升温过程中不同粒度、不同温度段下煤与空气反应的耗氧特性、气体浓度、气体产生率数据。
9.根据权利要求9所述的煤岩自燃特性分析方法，其特征在于，所述方法中样品反应容器产生的气体最终通过管线进入产出气体降温装置、背压***。
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