本實用新型涉及火災安全技術領域，具體涉及一種煤礦井下外因火災小尺寸模擬實驗臺。

背景技術：

煤炭作為我國的主體能源，膠帶運輸是礦井主要的煤炭運輸方式之一，是煤礦高效生產的有力保障。煤礦井下外因火災指外來熱源引起的火災，引起火災的原因主要有放炮、電火花、電弧、瓦斯煤塵爆炸、機械摩擦等。在礦井巷道外因火災中，煙氣的控制及撲救、溫度的控制是人們關心的焦點，因為在煤礦巷道中會產生許多有毒有害氣體如瓦斯等，高溫易使瓦斯發生爆炸產生更嚴重的災害。對煤礦井下外因火災的煙氣成分、煙氣流動規律、溫度場變化規律、有毒有害氣體濃度變化規律，研究煤礦井下外因火災對于保證煤礦井下安全很有必要。

由于全尺寸火災實驗需要調動大量的人力物力、經濟耗費大、條件難以控制、影響煤礦運營，全尺寸煤礦巷道實驗不易開展。開展滿足相似性理論的小尺寸實驗研究，揭示煤礦巷道火災的煙氣流動規律，是一種較好的選擇。同時，小尺寸實驗具有易操控性、良好的可再現性以及測量結果的可信度高等優點。

技術實現要素：

本實用新型的目的在于提供一種小尺寸煤礦巷道外因火災小尺寸模擬實驗臺，能夠在實驗室模擬巷道發生火災時的情況以及煙氣成分、煙氣流動規律、溫度場變化規律、有毒有害氣體濃度變化規律、燃料燃燒時的熱損失，發展合適的煤礦巷道檢測控制系統。

為實現上述目的，本實用新型采取的技術方案為：

一種煤礦井下外因火災小尺寸模擬實驗臺，包括巷道和配套測控系統，所述配套測控系統包括煙氣溫度采集系統、熱損失測量系統、煙氣測量報警系統、機械通風排煙系統和煙氣流場顯示系統，所述的煙氣溫度采集系統包括安裝在巷道內的分布式光纖測溫線路和安裝在模擬巷道一端開口處的紅外熱像儀；所述分布式光纖測溫線路均勻分布在巷道內部偏左一側位置設置10個測溫點每個測溫點間隔為1m，分布式光纖測溫線路與計算機連接，可將溫度變化情況導入計算機中，所述紅外熱像儀設置在巷道右端靠動力裝置的上方；所述的熱損失測量系統包括安裝在巷道內的熱流傳感器，所述熱流傳感器設置在巷道內部中間位置；所述的煙氣測量報警系統包括安裝在巷道內煙氣分析儀測點、電化學氣體成分測量探頭及與其電信號連接的數據處理裝置、離子感煙探測報警器，離子感煙探測報警器的數量為三個，分別設置在巷道左右兩個端點及巷道中間位置；所述的機械通風排煙系統包括布置于巷道另一端開口的風機、風量調節葉窗和風速儀，風量調節葉窗設置在風機外側，形狀為弧形，通過旋轉外面的擋壁，來調節風量的大小，巷道中設計排煙風速在0.6-0.8m/s范圍，風機調速區間控制在0-0.8m/s之間，風速儀設置在巷道內部左端位置；所述的煙氣流場顯示系統包括布置于巷道右端的對煙氣流場進行記錄的尼康D7100攝像機，能實時拍攝煙氣流場，更好觀察煙氣流動規律，巷道的底板下方安裝有若干升降支架，巷道的底板上安裝有帶動力裝置的主動滾筒和從動滾筒，所述動力裝置為5IK120RGN-CF變頻器調節電動機，設置在實驗臺主體右端，與主動滾筒通過不銹鋼鏈條連接，為滾筒運行提供動力，主動滾筒、從動滾筒之間安裝有運輸帶，運輸帶下方通過支架安裝有若干托輥。

優選地，所述巷道由一微晶玻璃側板、一鋼結構側板、底板、巷道框架搭建而成，底板、巷道框架采用角鋼搭建，且微晶玻璃側板與角鋼之間采用密封膠密封處理，其耐溫可達1000℃，在滿足便于觀察巷道內火災及煙氣情況的同時，近似巷道矩形狀以保持其幾何相似性；底板內設長10m寬0.4m的膠帶運輸結構。

優選地，所述巷道內還設有燃料及火源。

優選地，所述升降支架采用不銹鋼材質。

優選地，所述升降支架可設置-8°至8°的不同的傾角進行實驗。

優選地，所述運輸帶采用膠帶，膠帶為礦用阻燃膠帶DT II-1000/30，所述燃料為設置在膠帶右端位置的膠帶試樣，也可為電纜、電器試樣等，所述火源為細小煤塊，也可為電弧、電火花等，試樣尺寸為0.1m×0.1m，通過強力膠粘貼在運輸膠帶上，并隨膠帶運動，通過點燃煤炭塊引燃膠帶，膠帶在燃燒時卷吸空氣，產生的浮力作用驅使煙氣在實驗臺內流動，即可較為清晰地模擬火災煙氣在巷道內的蔓延情況。

優選地，所述實驗臺的主體結構長11m，其中巷道實驗段長10m、寬0.6m、高為0.6m。實驗系統采用分段式設計，以便拆卸、移動與安裝，各段連接處采用密封膠連接保證其氣密性。

優選地，所述巷道內運輸系統中主動滾筒為不銹鋼制成，其直徑為0.1m，滾筒寬為0.4m，設置在巷道主體右端與電動機通過不銹鋼鏈條連接，外部連接膠帶與從動滾筒協作以引導滾筒上方膠帶以一定速度運行；所述從動滾筒為不銹鋼制成，其直徑為0.2m，滾筒寬0.4m，設置在巷道底板左端，外部連接膠帶與主動滾筒協作引導膠帶以一定速度運行；所述固定支架由不銹鋼制成，固定支架高5cm，固定支架與托輥通過固定螺母連接，所述托輥為不銹鋼制成的圓柱體，托輥中心設置中心軸與固定支架通過固定螺母連接，托輥長為0.4m，其直徑為0.1m。巷道的形狀為矩形，很大程度與實際煤礦巷道形狀相似。

本實用新型具有以下有益效果：

(1)在模擬巷道外因火災實驗效果方面，實驗臺在以下幾個方面有所創新：巷道的形狀采用矩形形狀，在最大程度上保持其幾何相似性；實驗臺設計了升降系統，可以進行小角度傾角的調整，和煤礦井下巷道保持相似性；巷道燃料及火源采用燃料為膠帶(也可為電纜、電器等)；火源即加熱源為細碎的煤炭塊(也可為電弧、電火花等)，與巷道內外因火災燃料、加熱源類似，上述創新使其在實驗過程中實驗結果更加可靠。

(2)在膠帶溫度場變化模擬實驗效果方面，實驗臺同時采用兩種不同的實驗裝置進行監測，分布式感溫光纖可以實現多點實時監測，測量精度高；同時紅外熱成像儀，直觀快捷的的監測膠帶燃燒的情況，通過兩種監測系統可以非常明確地測出溫度的變化規律，達到互相輔助互相證明其結果的可靠性；

(3)在煙氣運動模擬實驗效果方面，實驗臺可以完整的模擬真實煤礦巷道內膠帶燃燒產生煙氣的蔓延和煙氣的流動狀態，并能通過微晶玻璃清晰地監測到實驗過程和現象，同時攝像機能實時拍攝其燃燒過程以及煙氣流場；

(4)在火災熱釋放速率的模擬實驗效果方面，實驗臺基于實驗設備初步分析膠帶燃燒熱釋放速率，再通過測量膠帶燃燒前后的參數進行計算；

(5)在實驗測量方面熱流傳感器可以準確測出煤礦巷道膠帶燃燒的熱損失，為實際煤礦外因火災小尺寸火災的熱傳導的情況提供參考；

(6)在實驗測量系統方面，煙氣成分測量以及報警系統可以探測到煙氣中有毒有害氣體的濃度以及及時報警，我們可計算出煙氣蔓延速度，這對井下巷道發生火災的報警系統的設計以及研究有重要意義，煙氣流場顯示系統等可以對煙氣流動參數和煙控效果進行全方位的觀測和研究；

(7)在實驗成本方面，本小尺寸實驗臺相比大尺寸的實驗臺耗費少，可重復性強，操作方便，同時與計算機模擬方法相比準確性高。

綜上所述，本實驗裝置是專門對煤礦井下外因火災時膠帶熱傳導、煙氣成分、煙氣運動、溫度變化規律等進行全面系統研究的小尺寸實驗臺。在前人實驗基礎上克服了全尺寸實驗代價高昂和數值模擬工具不夠精確的特點，又保證了實驗的可重復性，可以較為精確的測出煤礦巷道膠帶發生火災時的溫度、煙氣成分及濃度等參數，對于開展實驗室科學研究和實際煤礦井下外因火災的煙氣控制、溫度控制、火災的探測與撲救系統模擬測試都有很大的應用價值。對煤礦井下外因火災的煙氣、溫度的控制、探測與撲救系統系統設計和測試評價研究具有廣闊的應用前景和十分重要的實際指導意義。

附圖說明

圖1為本實用新型實施例一種煤礦井下外因火災小尺寸模擬實驗臺的主體示意圖；

圖2為圖1角度改變后的效果圖；

圖3為本實用新型實施例一種煤礦井下外因火災小尺寸模擬實驗臺中實驗膠帶試樣分布示意圖；

圖4為本實用新型實施例一種煤礦井下外因火災小尺寸模擬實驗臺的橫截面示意圖；

圖5為本實用新型實施例一種煤礦井下外因火災小尺寸模擬實驗臺中膠帶運輸支撐結構示意圖。

圖中：1-電機；2-主動滾筒；3-運輸帶；4-支架；5-托輥；6-從動滾筒；7-風機；8-風速表；9-升降支架；10-分布式光纖測溫線路；11-實驗主體框架；12-離子感煙探測器；13-熱流傳感器；14-煙氣分析儀；15-紅外熱像儀；16-計算機；a2-膠帶試樣；b1-鋼結構側板；b2-微晶玻璃側板；c2-托輥轉動部件；c3-托輥中心軸；c5-固定螺母。

具體實施方式

為了使本實用新型的目的及優點更加清楚明白，以下結合實施例對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。

如圖1-圖5所示，本實用新型實施例提供了一種煤礦井下外因火災小尺寸模擬實驗臺，包括巷道11和配套測控系統，所述配套測控系統包括煙氣溫度采集系統、熱損失測量系統、煙氣測量報警系統、機械通風排煙系統和煙氣流場顯示系統，所述的煙氣溫度采集系統包括安裝在巷道11內的分布式光纖測溫線路10和安裝在模擬巷道11一端開口處的紅外熱像儀15；所述分布式光纖測溫線路10均勻分布在巷道內部偏左一側位置設置10個測溫點每個測溫點間隔為1m，分布式光纖測溫線路10與計算機16連接，可將溫度變化情況導入計算機中，所述紅外熱像儀設置在巷道右端靠動力裝置的上方；所述的熱損失測量系統包括安裝在巷道11內的熱流傳感器13，所述熱流傳感器設置在巷道內部中間位置；所述的煙氣測量報警系統包括安裝在巷道11內煙氣分析儀測點14、電化學氣體成分測量探頭及與其電信號連接的數據處理裝置、離子感煙探測報警器12，離子感煙探測報警器12的數量為三個，分別設置在巷道左右兩個端點及巷道中間位置；所述的機械通風排煙系統包括布置于巷道11另一端開口的CYUF-315型軸流風機7、風量調節葉窗和風速儀8，風量調節葉窗設置在風機外側，形狀為弧形，通過旋轉外面的擋壁，來調節風量的大小，巷道中設計排煙風速在0.6-0.8m/s范圍，風機調速區間控制在0-0.8m/s之間，風速儀設置在巷道內部左端位置；所述的煙氣流場顯示系統包括布置于巷道右端的對煙氣流場進行記錄的尼康D7100攝像機，能實時拍攝煙氣流場，更好觀察煙氣流動規律，巷道11的底板下方安裝有若干升降支架9，巷道11的底板上安裝有帶動力裝置1的主動滾筒2和從動滾筒6，所述動力裝置1為5IK120RGN-CF變頻器調節電動機，設置在實驗臺主體右端，與主動滾筒通過不銹鋼鏈條連接，為滾筒運行提供動力，主動滾筒2、從動滾筒6之間安裝有運輸帶3，運輸帶3下方通過支架4安裝有若干托輥5。

所述巷道11由一微晶玻璃側板b2、一鋼結構側板b1、底板、巷道框架搭建而成，底板、巷道框架采用角鋼搭建，且微晶玻璃側板與角鋼之間采用密封膠密封處理，其耐溫可達1000℃，在滿足便于觀察巷道內火災及煙氣情況的同時，近似巷道矩形狀以保持其幾何相似性；底板內設長10m寬0.4m的膠帶運輸結構。

所述巷道11內還設有燃料及火源。

所述升降支架9采用不銹鋼材質。

所述升降支架9可設置-8°至8°的不同的傾角進行實驗。

所述運輸帶采用膠帶，膠帶為礦用阻燃膠帶DT II-1000/30，所述燃料為設置在膠帶右端位置的膠帶試樣a2，也可為電纜、電器試樣等，所述火源為細小煤塊，也可為電弧、電火花等，試樣尺寸為0.1m×0.1m，通過強力膠粘貼在運輸膠帶上，并隨膠帶運動，通過點燃煤炭塊引燃膠帶，膠帶在燃燒時卷吸空氣，產生的浮力作用驅使煙氣在實驗臺內流動，即可較為清晰地模擬火災煙氣在巷道內的蔓延情況。

所述實驗臺的主體結構長11m，其中巷道實驗段長10m、寬0.6m、高為0.6m。實驗系統采用分段式設計，以便拆卸、移動與安裝，各段連接處采用密封膠連接保證其氣密性。

本具體實施使用時包括如下步驟：

S1、實驗進行前先將各類材料如：細小煤塊、電子秤、酒精燈、以及記錄數據的紙筆等準備齊全，將膠帶先計量秤重后安裝在運輸裝置上，從而通過動力裝置帶動主動滾筒轉動，帶動運輸帶3運載燃料以一定速度在巷道內運行，測量運輸過程中的燃料燃燒情況；

S2、將光纖測溫線路10、離子感煙探測器12、熱流傳感器13、煙氣分析儀測點14、紅外熱像儀15安裝在指定位置，從而可以準確測出燃料燃燒時的溫度變化情況、熱損失情況、以及煙氣成分濃度等情況，對煤礦井下外因火災的煙氣、溫度的控制、探測與撲救系統系統設計和測試評價研究具有廣闊的應用前景和十分重要的實際指導意義；

S3、然后根據實驗情況調整9升降支架調整好實驗傾角，將用酒精燈引燃的煤塊放入膠帶3上的膠帶試樣中，點燃膠帶試樣，當細小煤塊把膠帶引燃后，打開各類探測器開始檢測各類數據，同時打開動力裝置1，讓運輸帶3以一定的速度運行；

S4、根據實驗情況可考慮是否需要打開機械通風排煙裝置，打開風機和不打開風機兩種情況可以對比得出風機對井下排煙控煙的作用，開始模擬井下巷道的火災情況；

S4、開始模擬后，通過微晶玻璃側板b2可以觀察巷道內火災情況以及煙氣流動情況，同時要準確記錄離子感煙探測器12報警的時間、煙氣分析儀14測出的煙氣成分以及其濃度、分布式光纖測溫線路10以及紅外成像儀15測出溫度實時變化情況、風機7所對應的風速及風量、在實驗開始和膠帶運行到巷道中點以及末端時對其拍照記錄；當膠帶運行到巷道另一側時切換動力裝置使膠帶逆向以相同速度運轉回到出發點，完成一次完整的實驗；

S5、實驗結束后，關閉電動機、各類探測器，將膠帶卸載下來，重新稱量膠帶的質量并記錄。

以上所述僅是本實用新型的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。