專利名稱：一種動態(tài)調(diào)控風溫的煤最短自然發(fā)火期快速測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種煤測試方法，特別是涉及一種動態(tài)調(diào)控風溫的煤最短自然發(fā)火期
快速測試方法。
背景技術(shù)：
煤體接觸空氣到開始發(fā)生自燃的時間稱為煤自然發(fā)火期。最早自然發(fā)火期預測主 要憑經(jīng)驗和現(xiàn)場統(tǒng)計進行初略估計，通常以月為單位，不能有效地指導現(xiàn)場的工作。為此， 各國采用自然發(fā)火實驗臺來模擬煤自然發(fā)火過程，并進一步預測煤自然發(fā)火期，為煤礦現(xiàn) 場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)火實驗臺近似模擬現(xiàn)場散熱情況、漏風狀況及浮煤厚度，并 以室溫作為實驗起始溫度，利用煤氧化放熱引起自然升溫，連續(xù)監(jiān)測煤體內(nèi)各特征點溫度、 氣體成份變化情況，從而研究煤的低溫氧化放熱特性，預測煤的自然發(fā)火期。由于煤的自然 發(fā)火期較長(數(shù)十天到數(shù)月)，短也要十幾天，從研究或試驗測試分析的角度來看這是很不 經(jīng)濟，也是不可行的。因此，立足于實驗室快速測定，建立一種重復性好，可較為真實還原煤 自然發(fā)火實際過程的快速測定方法有重要的實際意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種簡單可靠，適用于實驗室快速測定煤最短自然發(fā)火期 的一種動態(tài)調(diào)控風溫的煤最短自然發(fā)火期快速測試方法。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的 —種動態(tài)調(diào)控風溫的煤最短自然發(fā)火期快速測試方法，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試煤樣待用； (2)取煤樣加入反應(yīng)容器中，讓風流經(jīng)煤體在反應(yīng)容器內(nèi)均勻通過；開啟PID控制 系統(tǒng)逐時監(jiān)測煤體和風流溫度變化，并實現(xiàn)對風溫的動態(tài)調(diào)控； (3)開啟氧濃度檢測系統(tǒng)，檢測出煤體內(nèi)各特征點氧濃度的變化率，根據(jù)各特征點 氧濃度的變化率可推算出耗氧速率；并結(jié)合煤自燃理想化過程可確定煤低溫氧化放熱量在 3X105J/(mol02)-4. 2X 105J/(mol02)之間; (4)將實驗中確定的煤自燃過程的特性參數(shù)帶入已標定好的煤最短自然發(fā)火期數(shù) 學模型中即可推算出煤最短自然發(fā)火期。 所述的一種動態(tài)調(diào)控風溫的煤最短自然發(fā)火期快速測試方法，以上所述步驟(2) 中PID控制系統(tǒng)對風流溫度動態(tài)調(diào)控。 所述的一種動態(tài)調(diào)控風溫的煤最短自然發(fā)火期快速測試方法，以上所述步驟(4)
所述的數(shù)學模型使用前應(yīng)根據(jù)絕熱邊界條件的實驗進行標定。 本發(fā)明的優(yōu)點與效果是 本發(fā)明立足于實驗室快速測定，既克服了大型實驗臺實驗周期長、成本高、成功率 低又避免了小型實驗很難真實反映煤實際的自然發(fā)火過程的缺點，可以準確的測試煤最短自然發(fā)火期，簡單可靠，適用性強。


本發(fā)明的附圖為工藝流程圖。
具體實施例方式
下面參照附圖對本發(fā)明進行詳細說明。 本發(fā)明將破碎好的煤樣放入測試容器中，溫度檢測系統(tǒng)逐時監(jiān)測煤體溫度和供風
溫度，并采用PID控制器實現(xiàn)對供風風流逐時加熱，在風流焓變和煤的低溫氧化放熱共同
作用下，實現(xiàn)對加速煤體的加速氧化過程。通過逐時動態(tài)調(diào)控供風風流溫度邊界條件加速
煤自燃過程，得到煤自燃過程中煤體氧化放熱強度、CO產(chǎn)生率、臨界特征溫度點、耗氧速度
等煤自燃特性參數(shù)隨煤溫的變化規(guī)律。將實驗中得到的煤自燃過程的特性參數(shù)代入已標定
的絕熱邊界條件的煤最短自然發(fā)火期數(shù)學模型中即可推算出煤最短自然發(fā)火期。
數(shù)學模型根據(jù)傳熱傳質(zhì)及多孔介質(zhì)滲流力學建立二維軸對稱煤自燃過程的數(shù)學
模型，該模型可對松散煤體內(nèi)流場、氧濃度場和溫度場等耦合場進行求解。利用實驗測定的
結(jié)果，給出模擬的邊界條件，模擬煤的氧化過程，確定煤的實際自然發(fā)火期。 PID控制系統(tǒng)當通過熱電偶采集的被測溫度偏離所希望的給定值時， PID控制可根據(jù)測量信號與給定值的偏差進行比例(P)、積分(I)、微分(D)運算，
從而輸出某個適當?shù)目刂菩盘柦o執(zhí)行機構(gòu)(本文中的給風流加熱的設(shè)備)，促使測量值恢
復到給定值，達到自動控制的效果。
實施例 (1)將新采集的煤除去表層并破碎成平均粒徑為3mm的煤樣作為測試煤樣待用；
(2)將40 50kg煤樣裝入反應(yīng)容器中，讓風流以0. 01m/s的速度經(jīng)煤體在反應(yīng)容 器內(nèi)均勻通過；開啟PID控制系統(tǒng)逐時監(jiān)測煤體和風流溫度變化，并實現(xiàn)讓風流溫度時刻
高于煤體溫度rc，直到煤開始燃燒； (3)開啟氧濃度檢測系統(tǒng)，通過逐時記錄反應(yīng)容器中心處氧濃度和反應(yīng)容器出口 處氧氣濃度，實驗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—、推算出此時的耗氧速率為6X10—勺s—、氧化放熱強度為0.5X10—10J/ mol s ;計算出加速氧化階段的活化能為63130J/mol，指前因子為7200s—1 ;推算出此時的 耗氧速率為70X10—"s—、氧化放熱強度為3X10—9J/mol s ; (4)將實驗中確定的煤低溫氧化過程耗氧速度和氧化放熱強度帶入標定好的不含 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
一種動態(tài)調(diào)控風溫的煤最短自然發(fā)火期快速測試方法，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試煤樣待用；(2)取煤樣加入反應(yīng)容器中，讓風流經(jīng)煤體在反應(yīng)容器內(nèi)均勻通過；開啟PID控制系統(tǒng)逐時監(jiān)測煤體和風流溫度變化，并實現(xiàn)對風溫的動態(tài)調(diào)控；(3)開啟氧濃度檢測系統(tǒng)，檢測出煤體內(nèi)各特征點氧濃度的變化率，根據(jù)各特征點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)將實驗中確定的煤自燃過程的特性參數(shù)帶入已標定好的煤最短自然發(fā)火期數(shù)學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所述的一種動態(tài)調(diào)控風溫的煤最短自然發(fā)火期快速測試方法，其特 征在于以上所述步驟(2)中PID控制系統(tǒng)對風流溫度動態(tài)調(diào)控。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種動態(tài)調(diào)控風溫的煤最短自然發(fā)火期快速測試方法，其特 征在于以上所述步驟(4)所述的數(shù)學模型使用前應(yīng)根據(jù)絕熱邊界條件的實驗進行標定。
全文摘要
一種動態(tài)調(diào)控風溫的煤最短自然發(fā)火期快速測試方法，涉及一種煤測試方法，包括如下步驟(1)將新采集的煤除去表層并破碎作為測試煤樣待用；(2)取煤樣加入反應(yīng)容器中，讓風流經(jīng)煤體在反應(yīng)容器內(nèi)均勻通過；開啟PID控制系統(tǒng)逐時監(jiān)測煤體和風流溫度變化；(3)開啟氧濃度檢測系統(tǒng)，檢測出煤體內(nèi)各特征點氧濃度的變化率；(4)將實驗中確定的煤自燃過程的特性參數(shù)帶入已標定好的煤最短自然發(fā)火期數(shù)學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、簡單、準確的確定煤在絕熱條件下的最短自然發(fā)火期，能夠科學的對煤最短自然發(fā)火期進行快速測試，測試結(jié)果可信度高。
文檔編號G01N25/20GK101726511SQ20091024867
公開日2010年6月9日 申請日期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, 梁運濤, 王樹剛, 羅海珠, 賀明新 申請人:煤炭科學研究總院沈陽研究院