模擬採煤機割煤過程中煤體氣體變化的分析裝置及分析方法

2023-06-10 23:39:01

模擬採煤機割煤過程中煤體氣體變化的分析裝置及分析方法
【專利摘要】本發明公開了一種模擬採煤機割煤過程中煤體氣體變化的分析裝置及分析方法，該分析裝置由進氣系統、破碎系統、溫控系統、抽氣系統與分析系統組成。該方法包括以下步驟：A、將未經破碎的煤炭製成體積大於20cm×20cm×10cm的塊狀煤樣；B、將塊狀煤樣置於破碎腔，由進氣系統控制風量，同時由溫控系統通過加熱電阻絲將溫度控制在25～800℃；然後開啟電動機帶動截齒以轉速20～40r/min對煤塊進行切割；C、每隔20～30s由抽氣系統抽取破碎系統內的氣體，並輸送至分析系統進行氣體成分分析。本發明得出煤炭在生產過程中的氣體變化情況，從而更好的指導煤礦的甲烷和一氧化碳氣體的治理工作。
【專利說明】模擬採煤機割煤過程中煤體氣體變化的分析裝置及分析方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種模擬採煤機割煤過程中煤體氣體變化的分析裝置及分析方法。

【背景技術】
[0002]目前，國內外主要的採煤方法是綜合機械化採煤，即利用採煤機截齒破煤。在採煤的過程中，工作面的氣體構成發生了很大的變化，其中甲烷和一氧化碳氣體等氣體都大大的增加，而《煤礦安全規程》和《瓦斯防治規定》中規定:礦井空氣中一氧化碳的最高允許濃度為0.0024% (24ppm)，礦井工作面甲烷濃度不超過1%。
[0003]國內外研究煤體中原始甲烷和一氧化碳氣體成分的學者和方法很多，但是，大多數都是靜止的、孤立的分析方法，認為:煤體中甲烷是原始賦存的，而一氧化碳氣體是由於煤體自燃產生的；採取相應的治理措施，但是，在實際生產過程中，甲烷和一氧化碳的氣體成分與原先預測的結果相差很大，其來源還基本沒有研究清楚。也嚴重影響生產安全。
[0004]現實的情況是，在採煤機割煤的過程中，工作面的氣體濃度跟理論計算的不盡相同，因為，割煤機截齒和煤壁兩面間產生相對摩擦，從而產生熱量。破裂過程使得已破壞的煤體之間最終產生剪切摩擦效應，在產生摩擦效應的同時，局部相應產生熱效應，並且隨摩擦的進行，熱效應更明顯。截齒的最高瞬時溫度能夠達到600°C以上，再加上新破落的煤體表面極易氧化，在這種情況下，很有可能出現煤體高溫瞬時氧化產生CO氣體的現象。
[0005]現有的研究，根本的是沒有真實的反映井下生產的實際過程，即在一定的通風條件下，採煤機割煤過程中，其截齒的破碎過程和截齒的溫度的變化(從常溫狀態升到600?8000C )，特別是600?800°C截齒對煤炭的加溫及破碎過程中，煤體中氣體的變化的影響情況。不能真實的反映生產過程。
[0006]為此，針對此種情況，發明了一種模擬採煤機割煤過程中煤體氣體變化的分析方法，可以真實的模擬反映出煤體在割煤過程中的氣體變化情況，指導生產。


【發明內容】

[0007]本發明的目的是克服現有的煤炭生產過程中氣體分析的缺陷，提出一種模擬採煤機割煤過程中煤體氣體變化的分析裝置和分析方法。來演示採煤機採煤過程中的氣體變化情況；煤炭在煤礦井下通風環境中，特定溫度狀態下￠00?800°C之間)，採煤機截齒進行破碎，利用色譜儀對煤炭破碎過程中產生的氣體成分進行分析，得出煤炭在生產過程中的氣體變化情況，從而更好的指導煤礦的甲烷和一氧化碳氣體的治理工作。
[0008]為了達到上述的技術效果，本發明採取以下技術方案:
[0009]一種模擬採煤機割煤過程中煤體氣體變化的分析裝置，由進氣系統、破碎系統、溫控系統、抽氣系統與分析系統組成；
[0010]所述的破碎系統由破碎腔、破碎腔蓋、電動機、截齒、支架、支柱、保溫層、緊扣彈簧、進氣管、進氣閥、出氣管和出氣閥組成；所述的電動機豎直安裝在支架上，其電動機旋轉軸軸端與位於破碎腔內的截齒連接；所述的破碎腔通過支柱安裝在支架上；在破碎腔和破碎腔蓋外部有一層保溫層；在破碎腔蓋上設置緊扣彈簧，以便將破碎腔蓋與破碎腔緊密貼合；在破碎腔蓋上安裝進氣管和出氣管，而進氣管與出氣管通過進氣閥與出氣閥分別與進氣系統與抽氣系統連接；
[0011]所述的溫控系統由加熱電阻絲和溫度控制系統組成；所述的加熱電阻絲安裝在截齒內，它通過導線與溫度控制系統連接；
[0012]所述的進氣系統為空氣壓縮機，它用於控制氣體進氣壓力與氣體流量，並通過進氣管將氣體輸送至破碎腔中；
[0013]所述的抽氣系統為抽氣泵，所述的分析系統為氣相色譜分析儀；
[0014]所述的煤體置於破碎系統中，然後通過進氣系統對破碎系統中氣體壓力與流量進行調控，並通過溫控系統對破碎系統中的溫度進行調控，接著，煤體在破碎系統中進行破碎,在煤體破碎過程中由抽氣系統抽取破碎系統內的氣體,並輸送至分析系統進行氣體成分分析。
[0015]根據本發明的一個實施例，所述的截齒由兩個刀口為鋸齒狀的傾斜向上刀片組成，並且刀片為空心結構，以容納加熱電阻絲。
[0016]根據本發明的一個實施例，所述的緊扣彈簧是由帶螺紋的螺栓與位於螺栓外面的彈簧組成。
[0017]根據本發明的一個實施例，所述的進氣管和出氣管在靠近破碎腔一端在管中安裝煤炭粉塵過濾網。
[0018]根據本發明的一個實施例，所述的破碎腔為半徑為0.3?0.5m、高度為0.2?0.4m的圓柱形。
[0019]根據本發明的一個實施例，所述的氣相色譜分析儀是市售的常見的氣相色譜分析儀，例如北京北分瑞利分析儀器(集團)有限責任公司生產的sp_3420a型氣相色譜分析儀，可以分析氣體成分:氧氣、氮氣、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、乙烯、乙烷等。
[0020]根據本發明的一個實施例，所述的溫度控制系統是市售的常見的溫度控制系統，加熱溫度的改變是由一組電阻絲的供電功率來調節的，它們分別由兩套晶閘管調功器供電。調功器的輸出功率由改變過零觸發器的給定電壓來調節，其控制系統由單片機控制，其溫度控制範圍為20°C?1000°C。例如日本島電SHIMADEN溫控器。
[0021]模擬採煤機割煤過程中煤體氣體變化的分析方法，包括以下步驟:
[0022]A、將未經破碎的煤炭製成體積大於20cmX 20cmX 1cm的塊狀煤樣；
[0023]B、將塊狀煤樣置於破碎腔，由進氣系統將風量控制在0.401292?0.52281m3/s,同時由溫控系統通過加熱電阻絲將溫度控制在25?800°C ;然後開啟電動機帶動截齒以轉速20?40r/min對煤塊進行切割；
[0024]C、每隔20?30s由抽氣系統抽取破碎系統內的氣體，並輸送至分析系統進行氣體成分分析。
[0025]根據本發明的一個實施例，所述的分析系統分析破碎系統內的氧氣、甲烷和一氧化碳的含量。
[0026]根據本發明的一個實施例，所述的氣相色譜分析儀是市售的常見的氣相色譜分析儀，例如北京北分瑞利分析儀器(集團)有限責任公司生產的sp_3420a型氣相色譜分析儀，可以分析氣體成分:氧氣、氮氣、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、乙烯、乙烷等。所述的溫度控制系統是市售的常見的溫度控制系統，加熱溫度的改變是由一組電阻絲的供電功率來調節的，它們分別由兩套晶閘管調功器供電。調功器的輸出功率由改變過零觸發器的給定電壓來調節，其控制系統由單片機控制，其溫度控制範圍為20°C?1000°C。
[0027]下面更加詳細的說明本發明。
[0028]一種模擬採煤機割煤過程中煤體氣體變化的分析裝置，由進氣系統、破碎系統、溫控系統、抽氣系統與分析系統組成；
[0029]所述的破碎系統由破碎腔、破碎腔蓋、電動機、截齒、支架、支柱、保溫層、緊扣彈簧、進氣管、進氣閥、出氣管和出氣閥組成；所述的電動機豎直安裝在支架上，其電動機旋轉軸軸端與位於破碎腔內的截齒連接；所述的破碎腔通過支柱安裝在支架上；在破碎腔和破碎腔蓋外部有一層保溫層；在破碎腔蓋上設置緊扣彈簧，以便將破碎腔蓋與破碎腔緊密貼合；在破碎腔蓋上安裝進氣管和出氣管，而進氣管與出氣管通過進氣閥與出氣閥分別與進氣系統與抽氣系統連接；
[0030]所述的溫控系統由加熱電阻絲和溫度控制系統組成；所述的加熱電阻絲安裝在截齒內，它通過導線與溫度控制系統連接；
[0031]所述的進氣系統為空氣壓縮機，它用於控制氣體進氣壓力與氣體流量，並通過進氣管將氣體輸送至破碎腔中；空氣壓縮機是市售的常見的空氣壓縮機，例如復盛公司的SA15-45系列微油螺杆式空壓機，其供氣量為1.7?8.lm3/min。
[0032]所述的抽氣系統為抽氣泵，所述的分析系統為氣相色譜分析儀；
[0033]所述的煤體置於破碎系統中，然後通過進氣系統對破碎系統中氣體壓力與流量進行調控，並通過溫控系統對破碎系統中的溫度進行調控，接著，煤體在破碎系統中進行破碎,在煤體破碎過程中由抽氣系統抽取破碎系統內的氣體,並輸送至分析系統進行氣體成分分析。
[0034]根據本發明的一個實施例，截齒由兩個刀口為鋸齒狀的傾斜向上刀片組成，並且刀片為空心結構，以容納加熱電阻絲。根據本發明的一個優選實施例，截齒的材質為35CrMnSiA，刀片傾斜向上的角度為20?45度，刀口形狀為鋸齒狀。當煤樣放在截齒上，電動機帶動截齒旋轉，其截齒的轉速可以調節，和煤樣原採地的採煤機的轉速一致(一般為20?40r/min)，刀片破碎煤樣。
[0035]根據本發明的一個實施例，所述的進氣管和出氣管在靠近破碎腔一端在管中安裝煤炭粉塵過濾網。濾網可以是金屬銅網加上棉花，用來防止在破碎後氣體中存在大量的煤的粉塵進入到其他設備中的作用，也能使得分析檢測更加精確。
[0036]根據本發明的一個實施例，所述的氣相色譜分析儀是市售的常見的氣相色譜分析儀，例如北京北分瑞利分析儀器(集團)有限責任公司生產的sp_3420a型氣相色譜分析儀，可以分析氣體成分:氧氣、氮氣、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、乙烯、乙烷等。所述的溫度控制系統是市售的常見的溫度控制系統，加熱溫度的改變是由一組電阻絲的供電功率來調節的，它們分別由兩套晶閘管調功器供電。調功器的輸出功率由改變過零觸發器的給定電壓來調節，其控制系統由單片機控制，其溫度控制範圍為20°C?1000°C。
[0037]模擬採煤機割煤過程中煤體氣體變化的分析方法，包括以下步驟:
[0038]A、將未經破碎的煤炭製成體積大於20cmX 20cmX 1cm的塊狀煤樣；將進氣系統、破碎系統、溫控系統、抽氣系統和分析系統連接好；
[0039]B、將塊狀煤樣置於破碎腔，扣緊扣緊彈簧，由進氣系統將風量控制在0.401292?
0.52281m3/s,同時由溫控系統通過加熱電阻絲將溫度控制在25?800°C ;然後開啟電動機帶動截齒以轉速20?40r/min對煤塊進行切割；
[0040]C、每隔20?30s由抽氣系統抽取破碎系統內的氣體，並輸送至分析系統進行氣體成分分析。
[0041]本發明與現有技術相比，具有以下的有益效果:
[0042]本發明對實際井下煤塊切割的工作條件進行分析後，在分析裝置上設置進氣系統對破碎系統中氣體壓力與流量進行調控及其分析裝置上設置溫控系統對破碎系統中的溫度進行調控以使得達到模擬實際井下煤塊切割的情況，進而模擬分析煤炭破碎過程中產生的氣體成分進行分析，得出煤炭在生產過程中的氣體變化情況，從而更好的指導煤礦的甲烷和一氧化碳氣體的治理工作。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0043]圖1為本發明的模擬採煤機割煤過程中煤體氣體變化的分析裝置的結構示意圖；
[0044]其中:A-進氣系統；B-破碎系統；C_溫控系統；D_抽氣系統；E-分析系統；2-進氣閥；3-支柱；4_電動機；5-截齒；6_加熱電阻絲；7_出氣閥；10-緊扣彈簧；11-破碎腔蓋；12-進氣管；13_出氣管；14_破碎腔；15_保溫層；16_溫度控制系統；17_支架。

【具體實施方式】
[0045]下面結合本發明的實施例對本發明作進一步的闡述和說明。
[0046]如圖1所示，一種模擬採煤機割煤過程中煤體氣體變化的分析裝置，由進氣系統A、破碎系統B、溫控系統C、抽氣系統D與分析系統E組成；
[0047]所述的破碎系統B由破碎腔14、破碎腔蓋11、電動機4、截齒5、支架17、支柱3、保溫層15、緊扣彈簧10、進氣管12、進氣閥2、出氣管13和出氣閥7組成；所述的電動機4豎直安裝在支架17上，其電動機4旋轉軸軸端與位於破碎腔14內的截齒5連接；所述的破碎腔14通過支柱3安裝在支架17上；在破碎腔14和破碎腔蓋11外部有一層保溫層15 ;在破碎腔蓋11上設置緊扣彈簧10，以便將破碎腔蓋11與破碎腔14緊密貼合；在破碎腔蓋11上安裝進氣管12和出氣管13，而進氣管12與出氣管13通過進氣閥2與出氣閥7分別與進氣系統A與抽氣系統D連接；
[0048]所述的截齒5由兩個刀口為鋸齒狀的傾斜向上刀片組成，並且刀片為空心結構，以容納加熱電阻絲6 ；
[0049]所述的緊扣彈簧10是由帶螺紋的螺栓與位於螺栓外面的彈簧組成；
[0050]所述的進氣管12和出氣管13在靠近破碎腔14 一端在管中安裝煤炭粉塵過濾網；
[0051]所述的破碎腔14為半徑為0.3?0.5m、高度為0.2?0.4m的圓柱形；
[0052]所述的溫控系統C由加熱電阻絲6和溫度控制系統16組成；所述的加熱電阻絲6安裝在截齒5內，它通過導線與溫度控制系統16連接。
[0053]所述的進氣系統A為空氣壓縮機，它用於控制氣體進氣壓力與氣體流量，並通過進氣管12將氣體輸送至破碎腔14中；
[0054]所述的抽氣系統D為抽氣泵，所述的分析系統E為氣相色譜分析儀；所述的氣相色譜分析儀是根據本發明的一個實施例，所述的氣相色譜分析儀是市售的常見的氣相色譜分析儀，例如北京北分瑞利分析儀器(集團)有限責任公司生產的sp-3420a型氣相色譜分析儀，可以分析氣體成分:氧氣、氮氣、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、乙烯、乙烷等。
[0055]所述的煤體置於破碎系統B中，然後通過進氣系統A對破碎系統B中氣體壓力與流量進行調控，並通過溫控系統C對破碎系統B中的溫度進行調控，接著，煤體在破碎系統B中進行破碎,在煤體破碎過程中由抽氣系統D抽取破碎系統內的氣體，並輸送至分析系統E進行氣體成分分析。
[0056]模擬採煤機割煤過程中煤體氣體變化的分析方法，它包括以下步驟:
[0057]A、將未經破碎的煤炭製成體積大於20cmX 20cmX 1cm的塊狀煤樣；
[0058]B、將塊狀煤樣置於破碎腔14，由進氣系統A將風量控制在0.401292?0.52281m3/s，同時由溫控系統C通過加熱電阻絲6將溫度控制在25?800°C ;然後開啟電動機4帶動截齒5以轉速20?40r/min對煤塊進行切割；
[0059]C、每隔20?30s由抽氣系統D抽取破碎系統內的氣體，並輸送至分析系統E進行氣體成分分析。
[0060]所述的分析系統E分析破碎系統B內的氧氣、甲烷和一氧化碳的含量。
[0061]根據本發明的一個實施例，所述的氣相色譜分析儀是市售的常見的氣相色譜分析儀，例如北京北分瑞利分析儀器(集團)有限責任公司生產的sp_3420a型氣相色譜分析儀，可以分析氣體成分:氧氣、氮氣、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、乙烯、乙烷等。所述的溫度控制系統是市售的常見的溫度控制系統，加熱溫度的改變是由一組電阻絲的供電功率來調節的，它們分別由兩套晶閘管調功器供電。調功器的輸出功率由改變過零觸發器的給定電壓來調節，其控制系統由單片機控制，其溫度控制範圍為20°C?1000°C。
[0062]實施例1:
[0063]實際井下:工作面煤厚1.2m，回採風量為576m3/min ;當工作面斷面大小S採小
5.19M2，風速為1.85m/s，當工作面斷面大小S採大6.78M2，風速為1.42m/s,(回採煤時，工作面得斷面會有所變化，採的多，斷面面積大，風速小，採的小，斷面面積小，風速大，風速在這範圍內變化)。
[0064]模擬採煤機割煤過程中煤體氣體變化的分析方法，它包括以下步驟:
[0065]A、將未經破碎的煤炭製成體積20cmX 20cmX 1cm的塊狀煤樣；
[0066]B、將塊狀煤樣置於破碎腔14，由進氣系統A將風量控制在0.401292?0.52281m3/s (即使得切割室內的空氣流速為1.42?1.85m/s之間)，同時由溫控系統C通過加熱電阻絲6將溫度控制在650°C ;然後開啟電動機4帶動截齒5以轉速30r/min對煤塊進行切割；破碎腔14為半徑為0.3m、高度為0.2m的圓柱形；
[0067]C、當刀片溫度達到650°C時截齒對煤塊切割，每隔30s由抽氣系統D抽取破碎系統內的氣體，並輸送至分析系統E進行氣體成分分析。
[0068]分析結果如下:
[0069]表1:650°C條件下切割煤塊的氣體成分結果
[0070]

【權利要求】
1.一種模擬採煤機割煤過程中煤體氣體變化的分析裝置，其特徵在於該分析裝置由進氣系統(A)、破碎系統(B)、溫控系統(C)、抽氣系統(D)與分析系統(E)組成； 所述的破碎系統⑶由破碎腔(14)、破碎腔蓋(11)、電動機(4)、截齒(5)、支架(17)、支柱(3)、保溫層(15)、緊扣彈簧(10)、進氣管(12)、進氣閥(2)、出氣管(13)和出氣閥(7)組成；所述的電動機(4)豎直安裝在支架(17)上，其電動機(4)旋轉軸軸端與位於破碎腔(14)內的截齒(5)連接；所述的破碎腔(14)通過支柱(3)安裝在支架(17)上；在破碎腔(14)和破碎腔蓋(11)外部有一層保溫層(15);在破碎腔蓋(11)上設置緊扣彈簧(10)，以便將破碎腔蓋(11)與破碎腔(14)緊密貼合；在破碎腔蓋(11)上安裝進氣管(12)和出氣管(13)，而進氣管(12)與出氣管(13)通過進氣閥(2)與出氣閥(7)分別與進氣系統(A)與抽氣系統(D)連接； 所述的溫控系統(C)由加熱電阻絲(6)和溫度控制系統(16)組成；所述的加熱電阻絲(6)安裝在截齒(5)內，它通過導線與溫度控制系統(16)連接； 所述的進氣系統(A)為空氣壓縮機，它用於控制氣體進氣壓力與氣體流量，並通過進氣管(12)將氣體輸送至破碎腔(14)中； 所述的抽氣系統(D)為抽氣泵，所述的分析系統(E)為氣相色譜分析儀； 所述的煤體置於破碎系統(B)中，然後通過進氣系統(A)對破碎系統(B)中氣體壓力與流量進行調控，並通過溫控系統(C)對破碎系統(B)中的溫度進行調控，接著，煤體在破碎系統(B)中進行破碎，在煤體破碎過程中由抽氣系統(D)抽取破碎系統內的氣體，並輸送至分析系統(E)進行氣體成分分析。
2.根據權利要求1所述的分析裝置，其特徵在於所述的截齒(5)由兩個刀口為鋸齒狀的傾斜向上刀片組成，並且刀片為空心結構，以容納加熱電阻絲(6)。
3.根據權利要求1所述的分析裝置，其特徵在於所述的緊扣彈簧(10)是由帶螺紋的螺栓與位於螺栓外面的彈簧組成。
4.根據權利要求1所述的分析裝置，其特徵在於所述的進氣管(12)和出氣管(13)在靠近破碎腔(14) 一端在管中安裝煤炭粉塵過濾網。
5.根據權利要求1所述的分析裝置，其特徵在於所述的破碎腔(14)為半徑為0.3?0.5m、高度為0.2?0.4m的圓柱形。
6.一種採用權利要求1-5中任一項權利要求所述的分析裝置模擬採煤機割煤過程中煤體氣體變化的分析方法，其特徵在於它包括以下步驟: A、將未經破碎的煤炭製成體積大於20cmX20cmX1cm的塊狀煤樣； B、將塊狀煤樣置於破碎腔(14)，由進氣系統(A)將風量控制在0.401292?0.52281m3/s，同時由溫控系統(C)通過加熱電阻絲(6)將溫度控制在25?800°C;然後開啟電動機(4)帶動截齒(5)以轉速20?40r/min對煤塊進行切割； C、每隔20?30s由抽氣系統(D)抽取破碎系統內的氣體，並輸送至分析系統(E)進行氣體成分分析。
7.根據權利要求6所述的分析方法，其特徵在於所述的分析系統(E)分析破碎系統(B)內的氧氣、甲燒和一氧化碳的含量。
【文檔編號】G01N33/00GK104133041SQ201410374433
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月31日 優先權日:2014年7月31日
【發明者】蔣志剛, 伍厚榮, 王壽全, 陳曦, 陳顯坤, 李連雲 申請人:四川省科建煤炭產業技術研究院有限公司