CN101520365A - 矿井巷道粉尘环境控制模拟试验系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种矿井巷道粉尘环境控制模拟试验系统，包括：模拟巷道、通风系统、粉尘发生系统、温度与湿度控制系统、给排水系统、除尘系统、信号检测系统及计算机控制与数据分析系统；所述模拟巷道通过与所述的通风系统、粉尘发生系统、温度与湿度控制系统相连接在巷道中模拟矿井中的温度、湿度、风速、风压及粉尘浓度参数，通过与所述的给排水系统及除尘系统相连接构成对经过巷道的粉尘进行喷雾除尘，所述的信号检测系统为计算机控制与数据分析系统提供获取的相关数据信息。本发明类似于一座直流吹入式小型矿井环境风洞，在巷道中造成一段气流均匀流动的区，利用这一经过标定的流场，可以进行各种有关矿井粉尘检测与防尘等的科研活动。
Description
技术领域
本发明属于矿井安全检测技术领域，特别涉及一种矿井粉尘浓度环境控制模拟试验系统。
背景技术
矿井开采过程中各个工序都会产生大量的粉尘，粉尘浓度有时高100mg/m3，工人在此环境中作业，必将吸入大量粉尘而导致尘肺病，据煤矿统计资料表明平均每年死于尘肺病者井下工人比同期井上工人高一倍左右；另外粉尘具有爆炸性，严重威胁矿井安全生产。为此必须采取有效措施，控制粉尘的扩散和飞扬，使巷道风流中的粉尘浓度降至安全值以下，以保证井下作业环境的卫生条件，保障工人的身体健康，促进矿井安全生产。在测尘方式方面，目前国内普遍采用人工、间断性、单地点检测总矿尘浓度的方式。这种方式测得的矿井粉尘浓度数据仅反应了测尘时间段内的粉尘尘状况，并不能全面、准确的反映煤矿井下空间的总体粉尘情况；在除尘控制方面，矿尘的防治是一项综合任务，需要从尘源点、悬浮空间以及降落点等诸多方面采取措施，目前国内煤矿在采煤机等设备上均配有除尘设施，并有除尘风机、除尘器、除尘水幕等除尘设备，但是井下空间仍然存在着相当大浓度的矿尘悬浮。究其原因，到井下现场做实验存在一定难度，在地表矿井环境难以模拟，限制了对矿井粉尘检测技术与防尘技术的深入研究，这就需要进一步采取措施，在地表最大程度的来仿真矿井粉尘产生环境，为研究矿井粉尘检测与防治技术提供强有力的实践平台。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就在于克服现有粉尘测量及除尘技术存在的现场环境难以模拟的缺陷，提供一种矿井巷道粉尘环境控制模拟试验系统。
其技术解决方案是：
一种矿井巷道粉尘环境控制模拟试验系统，包括：模拟巷道、通风系统、粉尘发生系统、温度与湿度控制系统、给排水系统、除尘系统、信号检测系统及计算机控制与数据分析系统；上述模拟巷道通过与所述的通风系统、粉尘发生系统、温度与湿度控制系统相连接在巷道中模拟矿井中的温度、湿度、风速、风压及粉尘浓度参数，通过与所述的给排水系统及除尘系统相连接构成对经过巷道的粉尘进行喷雾除尘，所述的信号检测系统为计算机控制与数据分析系统提供获取的相关数据信息。
上述模拟巷道依次设置有进气口、动力段、过渡段、稳定段、收缩段、实验段、扩展除尘段及收缩排气段；上述动力段设置有通风系统，过渡段设置有温度与湿度控制系统，稳定段设置有鸟笼式进气口、阻尼网及粉尘发生系统，实验段设置有信号检测系统及观测视窗，扩展除尘段与收缩排气段设置有除尘系统及给排水系统，在扩展除尘段与收缩排气段两者的结合部为扩张式结构，通过粉尘经过喷雾除尘之后，下降到结合部的最低处，经排水管道排出。
上述扩展除尘段与收缩排气段两者的结合部，采取两喇叭口段对扣结合方式。
上述模拟巷道的体壁主体采取多层结构，其中内、外层由金属材质制成，中间层为保温层；在实验段的上体壁上设置有上述观测视窗，观测视窗由透明双层中空玻璃构成。
上述通风系统包括轴流风机和变频器；粉尘发生系统包括气溶胶粉尘发生器、空气压缩机及研磨机，粉尘制取方式是把煤块放入研磨机，研制出符合气溶胶粉尘发生器粉尘细度的粉尘，装入气溶胶粉尘发生器，把经过空气压缩机压缩的一定压力的空气接入气溶胶粉尘发生器，调整好粉尘进给速度，靠空气压力把气溶胶粉尘喷入模拟巷道；温度与湿度控制系统包括冷暖空调和离子加湿器；给排水系统和除尘系统配合使用包括储水箱、管道压力泵、给排水管道及喷头；信号检测系统包括温度检测、湿度检测、风速检测、风压检测及粉尘浓度检测，传感器信号采用以标准4～20mA或频率信号的方式输出，并与PLC控制柜的PLC控制器相连；计算机控制与数据分析系统包括PLC控制柜、工业控制计算机及组态软件，工业控制计算机通过装载的组态软件与PLC控制柜以RS232的方式进行数据交互，对信号检测部分检测到的数据分析，根据实验要求对系统的设备进行控制。
本发明中，模拟巷道是用来产生人造气流(人造风)的巷道，通过与所述的通风系统、粉尘发生系统、温度与湿度控制系统相连接在巷道中模拟矿井中的温度、湿度、风速、风压、粉尘浓度等参数，即矿井环境风洞，通过与所述的给排水系统、除尘系统相连接构成对经过巷道的粉尘进行喷雾除尘。本发明类似于一座直流吹入式小型矿井环境风洞，在该模拟巷道中造成一段气流均匀流动的区，利用这一经过标定的流场，可以进行各种有关矿井粉尘检测与防尘等的科研活动。
附图说明
图1为本发明一种实施方式的原理示意框图。
图2为本发明一种实施方式的构造原理示意图，主要示出了模拟巷道部分。
下面结合附图对本发明进行说明：
具体实施方式
结合图1及图2，一种矿井巷道粉尘环境控制模拟试验系统，包括模拟巷道23、通风系统21、粉尘发生系统26、温度与湿度控制系统25、给排水系统与除尘系统24、29、信号检测系统22和计算机控制与数据分析系统27、28。模拟巷道23的体壁主体采取多层结构，其中内、外层由金属材质如不锈钢等制成，中间层为保温层，保温层采取高铝针刺毯，在实验段6的上体壁上设置有观测视窗9，观测视窗9由透明双层中空玻璃构成，为了便于操作采用支撑架16支起模拟巷道主体，使整个模拟巷道高于地面1m。通风系统21包括轴流风机和变频器，通过调频方式来改变轴流风机速度，使粉尘发生系统产生的粉尘在轴流风机的吹动下达到一定速度。所述的粉尘发生系统26包括气溶胶粉尘发生器14、空气压缩机15、研磨机；气溶胶粉尘的制取方式是：把煤块放入研磨机，研制出符合气溶胶粉尘发生器粉尘细度的粉尘，装入气溶胶粉尘发生器14，把经过压缩机15压缩的一定压力的空气接入气溶胶粉尘发生器14，调整好粉尘进给速度，靠空气压力把气溶胶粉尘从扩散口13处喷入模拟巷道。温度与湿度控制系统25包括空调10和加湿器12，空调10等设置在仪器支架11上。所述的给排水系统与除尘系统24、29配合使用包括储水箱17、管道压力泵18、给排水管道20及喷头19。信号检测系统22包括温度检测、湿度检测、风速检测、风压检测、液位检测及粉尘浓度检测等，传感器信号采用标准4～20mA或频率信号的方式输出，并与PLC控制柜27的PLC控制器相连。计算机控制与数据分析系统27、28包括PLC控制柜27、工业控制计算机及组态软件28，工业控制计算机通过装入的组态软件与PLC控制柜以RS232的方式进行数据交互，对信号检测系统检测到的数据进行分析，根据实验要求对系统的设备进行控制。
上述模拟巷道23依次设置有进气口1、动力段2、过渡段3、稳定段4、收缩段5、实验段6、扩展除尘段7及收缩排气段8。动力段2设置有通风系统；过渡段3设置有温度与湿度控制系统；稳定段4设置有鸟笼式进气口、阻尼网及粉尘发生系统；实验段6设置有信号检测系统及观测视窗；扩展除尘段7与收缩排气段8设置有除尘系统及给排水系统，在扩展除尘段与收缩排气段两者的结合部为扩张式结构，通过粉尘经过喷雾除尘之后，得以下降到结合部的最低处，经排水管道排出，诸如扩展除尘段与收缩排气段两者的结合部，可采取两喇叭口段对扣结合方式形成扩张式结构，通过粉尘经过喷雾除尘之后，下降到喇叭口结合部位的最低处，经排水管道排出。再进一步说明如下：
上述动力段的主要作用是为模拟巷道提供气源，由变频三相异步电机带动的一台轴流式风机组成，电机通过变频调速可以得到所需的不同风速的气流。
上述过渡段是为了保证实验段稳定的气动性能及工作环境所设计的辅助结构，温度与湿度控制系统安装在此段。
上述稳定段由鸟笼式进气口、阻尼网等组成稳定段，通过稳定段及收缩段气流被整理成理想的流场，为了得到均匀稳定的粉尘浓度，气溶胶粉尘发生器安装在该段。
就上述实验段来说，可将各种传感器或需校验的工件放入实验段的中心位置，根据需要设定不同的温度、湿度、风量等来研究不同环境下的粉尘发生规律与防治。实验段采用透明双层中空玻璃作为观测视窗，既方便观测又能起到较好的保温效果。
Claims (5)
1、一种矿井巷道粉尘环境控制模拟试验系统，其特征是包括：模拟巷道、通风系统、粉尘发生系统、温度与湿度控制系统、给排水系统、除尘系统、信号检测系统及计算机控制与数据分析系统；所述模拟巷道通过与所述的通风系统、粉尘发生系统、温度与湿度控制系统相连接在巷道中模拟矿井中的温度、湿度、风速、风压及粉尘浓度参数，通过与所述的给排水系统及除尘系统相连接构成对经过巷道的粉尘进行喷雾除尘，所述的信号检测系统为计算机控制与数据分析系统提供获取的相关数据信息。
2、根据权利要求1所述的矿井巷道粉尘环境控制模拟试验系统，其特征在于：所述模拟巷道依次设置有进气口、动力段、过渡段、稳定段、收缩段、实验段、扩展除尘段及收缩排气段；所述动力段设置有通风系统，过渡段设置有温度与湿度控制系统，稳定段设置有鸟笼式进气口、阻尼网及粉尘发生系统，实验段设置有信号检测系统及观测视窗，扩展除尘段与收缩排气段设置有除尘系统及给排水系统，在扩展除尘段与收缩排气段两者的结合部为扩张式结构，通过粉尘经过喷雾除尘之后，下降到结合部的最低处，经排水管道排出。
3、根据权利要求2所述的矿井巷道粉尘环境控制模拟试验系统，其特征在于：所述扩展除尘段与收缩排气段两者的结合部，采取两喇叭口段对扣结合方式。
4、根据权利要求1至3任一要求所述的矿井巷道粉尘环境控制模拟试验系统，其特征在于：所述模拟巷道的体壁主体采取多层结构，其中内、外层由金属材质制成，中间层为保温层；在实验段的上体壁上设置有所述观测视窗，观测视窗由透明双层中空玻璃构成。
5、根据权利要求1至3任一要求所述的矿井巷道粉尘环境控制模拟试验系统，其特征在于：所述通风系统包括轴流风机和变频器；粉尘发生系统包括气溶胶粉尘发生器、空气压缩机及研磨机，粉尘制取方式是把煤块放入研磨机，研制出符合气溶胶粉尘发生器粉尘细度的粉尘，装入气溶胶粉尘发生器，把经过空气压缩机压缩的一定压力的空气接入气溶胶粉尘发生器，调整好粉尘进给速度，靠空气压力把气溶胶粉尘喷入模拟巷道；温度与湿度控制系统包括冷暖空调和离子加湿器；给排水系统和除尘系统配合使用包括储水箱、管道压力泵、给排水管道及喷头；信号检测系统包括温度检测、湿度检测、风速检测、风压检测及粉尘浓度检测，传感器信号采用以标准4～20mA或频率信号的方式输出，并与PLC控制柜的PLC控制器相连；计算机控制与数据分析系统包括PLC控制柜、工业控制计算机及组态软件，工业控制计算机通过装载的组态软件与PLC控制柜以RS232的方式进行数据交互，对信号检测部分检测到的数据分析，根据实验要求对系统的设备进行控制。
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