CN102003199B - 煤矿井下热湿环境模拟控制实验系统 - Google Patents

Abstract

一种煤矿井下热湿环境模拟控制实验系统，包括数据采集处理系统，冰蓄冷空调、采煤工作面模拟箱；冰蓄冷空调与采煤工作面模拟箱连接，采煤工作面模拟箱与冰蓄冷空调相连接，回风管与冰蓄冷空调相连的管路上并联有排风管和进风管；采煤工作面模拟巷道由截面为方形的模拟箱外壳、依次设在模拟箱外壳四周的保温箱内层、电热膜、绝缘纸和煤模块构成；数据采集处理系统包括分段间隔布置在四周煤模块内的多个热电偶、数据采集仪、多个应变片、多通道温湿度测试仪和数据采集仪。实时监测模拟巷道内不同状态下的各种情况。减少了对矿井热环境测试时人力、物力和时间的大量消耗，为井下热环境分布规律研究提供了实验依据。

Description

煤矿井下热湿环境模拟控制实验系统

技术领域：

本发明涉及一种环境模拟实验台，尤其是一种煤矿井下热湿环境的模拟控制实验系统，属于矿井热湿环境控制的技术领域。

背景技术：

随着矿井开采深度不断延伸，千米深井的热害问题越来越突出，深井中存在着围岩壁、物料、机具设备等各种复杂的热源放热、热交换和热扩散过程，使得深井中的空气环境发生很大的变化，温度场也在不断的变化，使深井的热湿环境存在不稳定的特点。

为选择合理降温技术，以往研究人员均先对采掘工作面风温、WBGT指数、地温进行测试，然后所测数据进行整理分析，还需经过大量的现场实验，进而确定较好的矿井降温方式。

由于矿井下热湿环境不稳定的特点，所测少量数据也具有不稳定性，因此需要进行大量的测试，才具有可靠性，在深井下测量大量的数据，需要研究人员不断的在不同时间段到深井下进行测试，需要人力、物力以及大量的时间，且工作环境恶劣，难以在同一时间内测试不同地点的状态。此外，矿井降温方式的确定也需在深井下进行大量的实验，才能确定较好的矿井降温的方式，是个耗时、耗资的过程。

发明内容：

本发明的目的是克服已有技术中的不足之处，提供一种结构紧凑、操作方便、省时省力、费用低、效果好的煤矿井下热湿环境模拟控制实验系统。

本发明的煤矿井下热湿环境模拟控制实验系统，包括数据采集处理系统、冰蓄冷空调、由采煤工作面模拟巷道、与采煤工作面模拟巷道两侧成直角相连通的轨道顺槽和运输顺槽构成的采煤工作面模拟箱；冰蓄冷空调的送风口经送风管与采煤工作面模拟箱的轨道顺槽的入口相连接，采煤工作面模拟箱的运输顺槽的出口经回风管与冰蓄冷空调的进风口相连接，回风管与冰蓄冷空调相连的管路上并连有排风管和进风管；所述的采煤工作面模拟巷道由截面为方形的模拟箱外壳、依次设在模拟箱外壳四周的保温箱内层、电热膜、绝缘纸和煤模块构成；所述的数据采集处理系统包括分段间隔布置在四周煤模块内的多个热电偶、分别与多个热电偶相连的数据采集仪、设在采煤工作面模拟巷道内左右两侧的多个应变片、分别与多个应变片相连的多通道温湿度测试仪，数据采集仪连接有电脑。

所述分段间隔布置在四周煤模块内的多个热电偶成一字形排列，分别设在采煤工作面模拟巷道四周煤模块的表层、中层和外层；所述的冰蓄冷空调包括设在可移动的框架底座上储冰箱、与储冰箱相连接的制冷箱、设在储冰箱和制冷箱之间的水泵、流量计和调节阀。

有益效果：本发明结合井下的实际测量数据，利用相似定律，可模拟深井实际的热湿环境，而且可以模拟不同煤壁温湿度的热湿环境。在采煤工作面模拟巷道内各个不同点布置热电偶，通过数据采集测定探头连接采集测定仪，可实时监测模拟巷道内各个点的空气状态参数，并将测点探头采集的数据传输到电脑里。可以免去了研究人员下井测试的长期过程，减少了对矿井热环境测试时人力、物力和时间的大量消耗，模拟不同工况的井下环境，提供环境热环境分布规律研究的实验依据。能有效的模拟深井高温高湿的环境，研究人员可以实时的对矿井下的环境进行测试，减少了人力、物力、时间的投入，而且高效准确地进行矿井热环境评价；模拟矿井与降温实验设备相连接，不仅可以模拟不同温度的风流，还可以通过对不同矿井环境的降温方式进行实验，简单方便的确定最佳的降温方式，其结构简单，操作方便，省时省力，费用低，效果好，具有广泛的实用性。

附图说明：

图1为本发明矿井下热湿环境模拟控制实验系统的总平面图；

图2为本发明巷道截面及热电偶测点布置图；

图3为本发明多通道温湿度测试仪的测点布置图；

图中：1-轨道顺槽，2-采煤工作面模拟箱，3-运输顺槽，4-回风管，5-冰蓄冷空调，6-风机，7-送风管，8-进风管，9-排风管，10-数据采集仪，11-多通道温湿度测试仪，12-电脑，13-保温箱外壳，14-保温箱内层，15-电热膜，16-绝缘纸，17-煤模块，18-热电偶，19-采煤工作面模拟巷道，20-应变片。 

具体实施方式：

下面结合附图对本发明中的一个实施例作进一步的描述：

如图1所示，本发明的煤矿井下热湿环境模拟控制实验系统，包括数据采集处理系统、冰蓄冷空调5，由采煤工作面模拟巷道19、与采煤工作面模拟巷道19两侧成直角相连通的轨道顺槽1和运输顺槽3构成的采煤工作面模拟箱2；冰蓄冷空调5中的送风口经送风管7与采煤工作面模拟箱2的轨道顺槽1的入口相连接，将冰蓄冷空调5中的冷空气通过风机6送入轨道顺槽1内。采煤工作面模拟箱2的运输顺槽3的出口经回风管4与冰蓄冷空调5的进风口相连接，回风管4与冰蓄冷空调5相连的管路上并联有排风管9和进风管8；冰蓄冷空调5包括设在可移动的框架底座上储冰箱、与储冰箱相连接的制冷箱、设在储冰箱和制冷箱之间的水泵、流量计和调节阀。

如图2所示，采煤工作面模拟巷道19由截面为方形的模拟箱外壳13、依次设在模拟箱外壳13四周的保温箱内层14、电热膜15、绝缘纸16和煤模块17构成，煤模块17由煤炭、水泥、水混合而成，使煤模块17的导热系数接近于深井下煤层的导热系数。电热膜15包裹在煤模块17四周，用来加热控制模拟巷道的温度。数据采集处理系统包括分段间隔布置在四周煤模块17内的多个热电偶18、分别与多个热电偶18相连的数据采集仪10、设在采煤工作面模拟巷道19内左右两侧的多个应变片20、分别与多个应变片20相连的多通道温湿度测试仪11，如图3所示；数据采集仪10与电脑12相连。分段间隔布置在四周煤模块17内的多个热电偶18成一字形排列，分别设在采煤工作面模拟巷道19四周煤模块17的表层、中层和外层，来测量煤模块17各个层的温度以及巷道内的风速，所测数据通过传输线传入电脑12中实时记录。

工作原理及工作过程：打开采煤工作面模拟箱2的上盖板，对采煤工作面模拟巷道19、轨道顺槽1和运输顺槽3进行喷水加湿，实现模拟实验系统的高湿环境。再通过电热膜15为模拟实验系统提供高温，打开电热膜15的加热开关，当采煤工作面模拟箱2内的温度稳定时，多通道温湿度测试仪11通过多个应变片20以及热电偶18对采煤工作面模拟箱2进行数据测试，控制模拟巷道内的温湿度保持在深井下的环境参数范围内。通过回风管4、冰蓄冷空调5和送风管7将运输顺槽3与回风管4连接，把巷道内的高温气流一部份经排风管9排出，另一部分与进风管8中的新风混合，一同进入冰蓄冷空调5，降温后的气流从冰蓄冷空调5排出，经送风管7进入轨道顺槽1，将冷空气送入采煤工作面模拟巷道19内，降低巷道内的温度。对模拟实验系统进行降温，通过巷道内的多通道温湿度测试仪11和热电偶18对巷道内的状态参数进行实时的测量，热电偶18所测数据通过数据采集仪10将数据传输到电脑，根据所测数据计算出风流与巷道内壁面的换热系数，从而可以预测出深井下风流与围岩壁面换热系数。此外，改变降温方式，对不同降温方式的所测模拟巷道的数据进行对比分析，确定最佳的降温方案。

Claims (3)

1.一种煤矿井下热湿环境模拟控制实验系统，其特征在于：包括数据采集处理系统，冰蓄冷空调（5）、由采煤工作面模拟巷道（19）、与采煤工作面模拟巷道（19）两侧成直角分别相连通的轨道顺槽（1）和运输顺槽（3）构成的采煤工作面模拟箱（2）；冰蓄冷空调（5）的送风口经送风管（7）与采煤工作面模拟箱（2）的轨道顺槽（1）的入口相连接，采煤工作面模拟箱的运输顺槽（3）的出口经回风管（4）与冰蓄冷空调（5）的进风口相连接，回风管（4）与冰蓄冷空调（5）相连的管路上并联有排风管（9）和进风管（8）；所述的采煤工作面模拟巷道（19）由截面为方形的模拟箱外壳（13）、依次设在模拟箱外壳（13）四周的保温箱内层（14）、电热膜（15）、绝缘纸（16）和煤模块（17）构成；所述的数据采集处理系统包括分段间隔布置在四周煤模块（17）内的多个热电偶（18）、分别与多个热电偶（18）相连的数据采集仪（10）、设在采煤工作面模拟巷道（19）内左右两侧的多个应变片（20）、分别与多个应变片（20）相连的多通道温湿度测试仪（11），数据采集仪（10）连接有电脑（12）。

2.根据权利要求1所述的煤矿井下热湿环境模拟控制实验系统，其特征在于，所述分段间隔布置在四周煤模块（17）内的多个热电偶（18）成一字形排列，分别设在采煤工作面模拟巷道（19）四周煤模块（17）的表层、中层和外层。

3.根据权利要求1所述的煤矿井下热湿环境模拟控制实验系统，其特征在于，所述的冰蓄冷空调（5）包括设在可移动框架底座上的储冰箱、与储冰箱相连接的制冷箱、设在储冰箱和制冷箱之间的水泵、流量计和调节阀。

Images