專利名稱：一種動(dòng)態(tài)調(diào)控風(fēng)溫的煤最短自然發(fā)火期快速測(cè)試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種煤測(cè)試方法，特別是涉及一種動(dòng)態(tài)調(diào)控風(fēng)溫的煤最短自然發(fā)火期
快速測(cè)試方法。
背景技術(shù)：
煤體接觸空氣到開(kāi)始發(fā)生自燃的時(shí)間稱為煤自然發(fā)火期。最早自然發(fā)火期預(yù)測(cè)主 要憑經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)進(jìn)行初略估計(jì)，通常以月為單位，不能有效地指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)的工作。為此， 各國(guó)采用自然發(fā)火實(shí)驗(yàn)臺(tái)來(lái)模擬煤自然發(fā)火過(guò)程，并進(jìn)一步預(yù)測(cè)煤自然發(fā)火期，為煤礦現(xiàn) 場(chǎng)防滅火工作提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，取得了良好效果。 傳統(tǒng)的煤低溫自然發(fā)火實(shí)驗(yàn)臺(tái)近似模擬現(xiàn)場(chǎng)散熱情況、漏風(fēng)狀況及浮煤厚度，并 以室溫作為實(shí)驗(yàn)起始溫度，利用煤氧化放熱引起自然升溫，連續(xù)監(jiān)測(cè)煤體內(nèi)各特征點(diǎn)溫度、 氣體成份變化情況，從而研究煤的低溫氧化放熱特性，預(yù)測(cè)煤的自然發(fā)火期。由于煤的自然 發(fā)火期較長(zhǎng)(數(shù)十天到數(shù)月)，短也要十幾天，從研究或試驗(yàn)測(cè)試分析的角度來(lái)看這是很不 經(jīng)濟(jì)，也是不可行的。因此，立足于實(shí)驗(yàn)室快速測(cè)定，建立一種重復(fù)性好，可較為真實(shí)還原煤 自然發(fā)火實(shí)際過(guò)程的快速測(cè)定方法有重要的實(shí)際意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種簡(jiǎn)單可靠，適用于實(shí)驗(yàn)室快速測(cè)定煤最短自然發(fā)火期 的一種動(dòng)態(tài)調(diào)控風(fēng)溫的煤最短自然發(fā)火期快速測(cè)試方法。
本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的 —種動(dòng)態(tài)調(diào)控風(fēng)溫的煤最短自然發(fā)火期快速測(cè)試方法，該方法包括如下步驟
(1)將新采集的煤除去表層并破碎作為測(cè)試煤樣待用； (2)取煤樣加入反應(yīng)容器中，讓風(fēng)流經(jīng)煤體在反應(yīng)容器內(nèi)均勻通過(guò)；開(kāi)啟PID控制 系統(tǒng)逐時(shí)監(jiān)測(cè)煤體和風(fēng)流溫度變化，并實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)溫的動(dòng)態(tài)調(diào)控； (3)開(kāi)啟氧濃度檢測(cè)系統(tǒng)，檢測(cè)出煤體內(nèi)各特征點(diǎn)氧濃度的變化率，根據(jù)各特征點(diǎn) 氧濃度的變化率可推算出耗氧速率；并結(jié)合煤自燃理想化過(guò)程可確定煤低溫氧化放熱量在 3X105J/(mol02)-4. 2X 105J/(mol02)之間; (4)將實(shí)驗(yàn)中確定的煤自燃過(guò)程的特性參數(shù)帶入已標(biāo)定好的煤最短自然發(fā)火期數(shù) 學(xué)模型中即可推算出煤最短自然發(fā)火期。 所述的一種動(dòng)態(tài)調(diào)控風(fēng)溫的煤最短自然發(fā)火期快速測(cè)試方法，以上所述步驟(2) 中PID控制系統(tǒng)對(duì)風(fēng)流溫度動(dòng)態(tài)調(diào)控。 所述的一種動(dòng)態(tài)調(diào)控風(fēng)溫的煤最短自然發(fā)火期快速測(cè)試方法，以上所述步驟(4)
所述的數(shù)學(xué)模型使用前應(yīng)根據(jù)絕熱邊界條件的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行標(biāo)定。 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與效果是 本發(fā)明立足于實(shí)驗(yàn)室快速測(cè)定，既克服了大型實(shí)驗(yàn)臺(tái)實(shí)驗(yàn)周期長(zhǎng)、成本高、成功率 低又避免了小型實(shí)驗(yàn)很難真實(shí)反映煤實(shí)際的自然發(fā)火過(guò)程的缺點(diǎn)，可以準(zhǔn)確的測(cè)試煤最短自然發(fā)火期，簡(jiǎn)單可靠，適用性強(qiáng)。


本發(fā)明的附圖為工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。 本發(fā)明將破碎好的煤樣放入測(cè)試容器中，溫度檢測(cè)系統(tǒng)逐時(shí)監(jiān)測(cè)煤體溫度和供風(fēng)
溫度，并采用PID控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)供風(fēng)風(fēng)流逐時(shí)加熱，在風(fēng)流焓變和煤的低溫氧化放熱共同
作用下，實(shí)現(xiàn)對(duì)加速煤體的加速氧化過(guò)程。通過(guò)逐時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)控供風(fēng)風(fēng)流溫度邊界條件加速
煤自燃過(guò)程，得到煤自燃過(guò)程中煤體氧化放熱強(qiáng)度、CO產(chǎn)生率、臨界特征溫度點(diǎn)、耗氧速度
等煤自燃特性參數(shù)隨煤溫的變化規(guī)律。將實(shí)驗(yàn)中得到的煤自燃過(guò)程的特性參數(shù)代入已標(biāo)定
的絕熱邊界條件的煤最短自然發(fā)火期數(shù)學(xué)模型中即可推算出煤最短自然發(fā)火期。
數(shù)學(xué)模型根據(jù)傳熱傳質(zhì)及多孔介質(zhì)滲流力學(xué)建立二維軸對(duì)稱煤自燃過(guò)程的數(shù)學(xué)
模型，該模型可對(duì)松散煤體內(nèi)流場(chǎng)、氧濃度場(chǎng)和溫度場(chǎng)等耦合場(chǎng)進(jìn)行求解。利用實(shí)驗(yàn)測(cè)定的
結(jié)果，給出模擬的邊界條件，模擬煤的氧化過(guò)程，確定煤的實(shí)際自然發(fā)火期。 PID控制系統(tǒng)當(dāng)通過(guò)熱電偶采集的被測(cè)溫度偏離所希望的給定值時(shí)， PID控制可根據(jù)測(cè)量信號(hào)與給定值的偏差進(jìn)行比例(P)、積分(I)、微分(D)運(yùn)算，
從而輸出某個(gè)適當(dāng)?shù)目刂菩盘?hào)給執(zhí)行機(jī)構(gòu)(本文中的給風(fēng)流加熱的設(shè)備)，促使測(cè)量值恢
復(fù)到給定值，達(dá)到自動(dòng)控制的效果。
實(shí)施例 (1)將新采集的煤除去表層并破碎成平均粒徑為3mm的煤樣作為測(cè)試煤樣待用；
(2)將40 50kg煤樣裝入反應(yīng)容器中，讓風(fēng)流以0. 01m/s的速度經(jīng)煤體在反應(yīng)容 器內(nèi)均勻通過(guò)；開(kāi)啟PID控制系統(tǒng)逐時(shí)監(jiān)測(cè)煤體和風(fēng)流溫度變化，并實(shí)現(xiàn)讓風(fēng)流溫度時(shí)刻
高于煤體溫度rc，直到煤開(kāi)始燃燒； (3)開(kāi)啟氧濃度檢測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)逐時(shí)記錄反應(yīng)容器中心處氧濃度和反應(yīng)容器出口 處氧氣濃度，實(shí)驗(yàn)得到煤自燃的臨界溫度為90°C ;小于臨界溫度階段的活化能為32830J/ mol，指前因子為16s—、推算出此時(shí)的耗氧速率為6X10—勺s—、氧化放熱強(qiáng)度為0.5X10—10J/ mol s ;計(jì)算出加速氧化階段的活化能為63130J/mol，指前因子為7200s—1 ;推算出此時(shí)的 耗氧速率為70X10—"s—、氧化放熱強(qiáng)度為3X10—9J/mol s ; (4)將實(shí)驗(yàn)中確定的煤低溫氧化過(guò)程耗氧速度和氧化放熱強(qiáng)度帶入標(biāo)定好的不含 外界熱源加熱的絕熱邊界的煤最短自然發(fā)火期的數(shù)學(xué)模型中即可推算出煤最短自然發(fā)火 期為34天。
權(quán)利要求
一種動(dòng)態(tài)調(diào)控風(fēng)溫的煤最短自然發(fā)火期快速測(cè)試方法，其特征在于該方法包括如下步驟(1)將新采集的煤除去表層并破碎作為測(cè)試煤樣待用；(2)取煤樣加入反應(yīng)容器中，讓風(fēng)流經(jīng)煤體在反應(yīng)容器內(nèi)均勻通過(guò)；開(kāi)啟PID控制系統(tǒng)逐時(shí)監(jiān)測(cè)煤體和風(fēng)流溫度變化，并實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)溫的動(dòng)態(tài)調(diào)控；(3)開(kāi)啟氧濃度檢測(cè)系統(tǒng)，檢測(cè)出煤體內(nèi)各特征點(diǎn)氧濃度的變化率，根據(jù)各特征點(diǎn)氧濃度的變化率可推算出耗氧速率；并結(jié)合煤自燃理想化過(guò)程可確定煤低溫氧化放熱量在3×105J/(molO2)-4.2×105J/(molO2)之間；(4)將實(shí)驗(yàn)中確定的煤自燃過(guò)程的特性參數(shù)帶入已標(biāo)定好的煤最短自然發(fā)火期數(shù)學(xué)模型中即可推算出煤最短自然發(fā)火期。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種動(dòng)態(tài)調(diào)控風(fēng)溫的煤最短自然發(fā)火期快速測(cè)試方法，其特 征在于以上所述步驟(2)中PID控制系統(tǒng)對(duì)風(fēng)流溫度動(dòng)態(tài)調(diào)控。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種動(dòng)態(tài)調(diào)控風(fēng)溫的煤最短自然發(fā)火期快速測(cè)試方法，其特 征在于以上所述步驟(4)所述的數(shù)學(xué)模型使用前應(yīng)根據(jù)絕熱邊界條件的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行標(biāo)定。
全文摘要
一種動(dòng)態(tài)調(diào)控風(fēng)溫的煤最短自然發(fā)火期快速測(cè)試方法，涉及一種煤測(cè)試方法，包括如下步驟(1)將新采集的煤除去表層并破碎作為測(cè)試煤樣待用；(2)取煤樣加入反應(yīng)容器中，讓風(fēng)流經(jīng)煤體在反應(yīng)容器內(nèi)均勻通過(guò)；開(kāi)啟PID控制系統(tǒng)逐時(shí)監(jiān)測(cè)煤體和風(fēng)流溫度變化；(3)開(kāi)啟氧濃度檢測(cè)系統(tǒng)，檢測(cè)出煤體內(nèi)各特征點(diǎn)氧濃度的變化率；(4)將實(shí)驗(yàn)中確定的煤自燃過(guò)程的特性參數(shù)帶入已標(biāo)定好的煤最短自然發(fā)火期數(shù)學(xué)模型中即可推算出煤最短自然發(fā)火期。本發(fā)明可以快速、簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確的確定煤在絕熱條件下的最短自然發(fā)火期，能夠科學(xué)的對(duì)煤最短自然發(fā)火期進(jìn)行快速測(cè)試，測(cè)試結(jié)果可信度高。
文檔編號(hào)G01N25/20GK101726511SQ20091024867
公開(kāi)日2010年6月9日 申請(qǐng)日期2009年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月23日
發(fā)明者宋雙林, 張騰飛, 梁運(yùn)濤, 王樹(shù)剛, 羅海珠, 賀明新 申請(qǐng)人:煤炭科學(xué)研究總院沈陽(yáng)研究院