CN104390799B - 一种煤矿多尘源工作面含尘风流运移仿真实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤矿多尘源工作面含尘风流运移仿真实验装置，包括多尘源工作面仿真实验台。多尘源工作面仿真实验台包括风流稳定段、粉尘发生段、及粉尘运移段，风流稳定段、粉尘发生段、及粉尘运移段依次连接，粉尘发生段、及粉尘运移段安装有多个液压支撑装置、风流监测装置、及粉尘监测装置。利用多尘源工作面仿真实验台模拟煤矿多尘源工作面正常运行时风流粉尘的运移扩散情况，通过风流监测装置、粉尘监测装置分别获取不同风流条件下多尘源工作面仿真实验台不同位置处风流流速及粉尘浓度，通过数据的对比分析得出多尘源工作面风流‑粉尘的运移规律，并为多尘源工作面合理的通风除尘参数选择提供依据。

Description

一种煤矿多尘源工作面含尘风流运移仿真实验装置

技术领域

本发明涉及一种煤矿多尘源工作面含尘风流运移仿真实验装置。

背景技术

目前，我国90％以上的煤矿为地下开采，煤矿工作面正朝着大型化、集约化、自动化方向发展。然而，煤矿开采机械化程度的不断提高，导致井下工作面尘源增多并且粉尘产生量不断增大。众所周知，综合机械化采煤工作面是矿井最主要的多尘源工作面，采煤机截割煤体、落煤、移架(放煤)、转载等工序均产生大量粉尘，据实测，综合机械化采煤工作面在不采取任何防尘措施的条件下，产尘量可高达3000mg/m³以上。严重超标的高浓度粉尘不仅是导致井下作业人员罹患尘肺病的罪魁祸首，还会恶化井下作业环境、缩短设备的使用寿命。更为重要的是，井下粉尘在达到一定的浓度后，极易造成粉尘爆炸事故，对井下作业人员生命安全及矿井的安全高效生产造成极大的威胁。

为了有效降低煤矿多尘源工作面严重超标的粉尘浓度，国内外学者针对多尘源工作面风流-粉尘运移情况进行了大量的研究，取得了一定的成果。但是，由于不同风流状态下粉尘在多尘源工作面的运移情况大为不同，长期以来，国内外学者的研究均集中于利用相关软件对风流-粉尘运移进行数值模拟，针对现场实际情况则多凭借主观猜想进行指导。

若确定多尘源工作面风流、粉尘的运移情况，则需利用一种能够真实模拟综合机械化采煤巷道多尘源产尘的实际情况，能够直观反映风流流动状态、粉尘运移状态以及含尘风流扩散状态的仿真实验装置，从而模拟不同风流条件下粉尘运移情况。由此总结多尘源工作面不同条件下的风流-粉尘运移规律，展示不同控除尘技术的降尘效果，为适用于不同多尘源工作面控除尘技术的选择提供技术支持。目前，还没有这样的仿真实验装置。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提出了一种煤矿多尘源工作面含尘风流运移仿真实验装置。本仿真实验装置用于模拟煤矿多尘源工作面不同通风条件下风流的流动状态及粉尘的运移情况，同时，本发明能够直观展示采用不同控除尘措施时的降尘效果，为煤矿多尘源工作面合理选择有效的控除尘技术提供了技术支持。

本发明采用如下技术方案：

一种煤矿多尘源工作面含尘风流运移仿真实验装置，包括多尘源工作面仿真实验台，多尘源工作面仿真实验台包括风流稳定段、粉尘发生段、及粉尘运移段，风流稳定段、粉尘发生段、及粉尘运移段依次连接，粉尘发生段、及粉尘运移段安装有多个液压支撑装置、风流监测装置、及粉尘监测装置，液压支撑装置用于多尘源工作面液压支撑，风流监测装置用于监测风流流速，粉尘监测装置用于监测粉尘浓度；

所述风流稳定段的前端设有入风机构，入风机构后端连接有压风动力装置，压风动力装置用于模拟多尘源工作面的风流流动、及风流压力条件；

所述粉尘发生段设有粉尘发生装置、及机械设备模型，用于模拟多尘源工作面的粉尘环境；

所述粉尘运移段包括高压喷雾装置、出风机构、及排水槽，高压喷雾装置设置在出风机构前端；排水槽设置在出风机构下方。

本发明一种煤矿多尘源工作面含尘风流运移仿真实验装置，所述粉尘发生段设置有9个风流监测装置、及9个粉尘监测装置，9个风流监测装置、及9个粉尘监测装置设置在粉尘发生段的三个断面上，每个断面设置3个风流监测装置、及3个粉尘监测装置。

本发明一种煤矿多尘源工作面含尘风流运移仿真实验装置，所述粉尘运移段设置有12个风流监测装置、及12个粉尘监测装置，12个风流监测装置、及12个粉尘监测装置设置在粉尘运移段的四个断面上，每个断面设置3个风流监测装置、及3个粉尘监测装置。

本发明一种煤矿多尘源工作面含尘风流运移仿真实验装置，所述风流稳定段外轮廓为高1.1-1.5米的缺底四棱台，四棱台的渐扩角为30°，入风机构为直径1.2米的圆形口。

本发明一种煤矿多尘源工作面含尘风流运移仿真实验装置，所述风流稳定段的后端与粉尘发生段前端相连接，形成长6-8米，宽4-4.5米，高2.5-3米的纵向透明箱体，在该箱体内模拟采煤机空间及移架放煤空间粉尘产生及扩散的实际情况；粉尘发生段后端与粉尘运移段前端相连接，形成具有“L”型过渡拐角的长32-35米，宽3.4-3.9米，高2.5-3米的纵向透明箱体。

本发明一种煤矿多尘源工作面含尘风流运移仿真实验装置，所述多尘源工作面仿真实验台采用厚度小于0.01米的有机玻璃搭建，利用钢筋骨架支撑；多尘源工作面仿真实验台内的底座设置1°-1.5°的倾斜角。

本发明一种煤矿多尘源工作面含尘风流运移仿真实验装置，所述液压支撑装置与多尘源工作面仿真实验台的壁面间隔为0.5-0.8米，每两个液压支撑装置之间的间隔为1～1.5米。

本发明一种煤矿多尘源工作面含尘风流运移仿真实验装置，所述风流监测装置采用矿用风速传感器，粉尘监测装置采用矿用粉尘浓度传感器。

本发明一种煤矿多尘源工作面含尘风流运移仿真实验装置，还包括无极变频器，无极变频器调节压风动力装置的风速。

本发明一种煤矿多尘源工作面含尘风流运移仿真实验装置，所述高压喷雾装置连接有增压泵、及储水箱。

本发明取得的有益技术效果是：

一种煤矿多尘源工作面含尘风流运移仿真实验装置，利用多尘源工作面仿真实验台模拟煤矿多尘源工作面正常运行时风流粉尘的运移扩散情况，通过风流监测装置、粉尘监测装置分别获取不同风流条件下多尘源工作面仿真实验台不同位置处风流流速及粉尘浓度，通过数据的对比分析得出多尘源工作面风流-粉尘的运移规律，并为多尘源工作面合理的通风除尘参数选择提供依据。除此之外，本发明的多尘源工作面仿真实验台包括风流稳定段、粉尘发生段和粉尘运移段以及内部设置的液压支撑装置、机械设备模型等，均能够有效模拟煤矿多尘源工作面风流障碍物以及工作面断面面积变化对风流状态的影响，使得风流-粉尘的运移情况完全符合工作面实际状况，保证了实验结果的真实性和有效性，为煤矿多尘源工作面合理控除尘技术的选择提供了技术支持。

附图说明

图1为煤矿多尘源工作面含尘风流运移仿真实验装置结构示意图。

图2为图1的粉尘发生段左视图。

图3为图1的粉尘运移段左视图。

具体实施方式

结合附图1至3对本发明的具体实施方式做进一步说明：

一种煤矿多尘源工作面含尘风流运移仿真实验装置，包括多尘源工作面仿真实验台，多尘源工作面仿真实验台包括风流稳定段3、粉尘发生段5、及粉尘运移段9，风流稳定段3、粉尘发生段5、及粉尘运移段9依次连接。粉尘发生段、及粉尘运移段安装有多个液压支撑装置8、风流监测装置10、及粉尘监测装置11，液压支撑装置用于多尘源工作面液压支撑，风流监测装置用于监测风流流速，粉尘监测装置用于监测粉尘浓度。风流稳定段的前端设有入风机构2，入风机构后端连接有压风动力装置1，压风动力装置用于模拟多尘源工作面的风流流动、及风流压力条件。粉尘发生段设有粉尘发生装置4、及机械设备模型6，用于模拟多尘源工作面的粉尘环境。粉尘运移段包括高压喷雾装置12、出风机构13、及排水槽14，高压喷雾装置设置在出风机构前端；排水槽14设置在出风机构下方。

风流稳定段3外轮廓为高1.1-1.5米的缺底四棱台，四棱台的渐扩角为30°，入风机构为直径1.2米的圆形口，设置在风流稳定段前端，压风动力装置设置在入风机构处。风流稳定段的后端与粉尘发生段前端相连接，形成长6-8米，宽4-4.5米，高2.5-3米的纵向透明箱体，在该箱体内模拟采煤机空间及移架放煤空间粉尘产生及扩散的实际情况；粉尘发生段后端与粉尘运移段前端相连接，形成具有“L”型过渡拐角7的长32-35米，宽3.4-3.9米，高2.5-3米的纵向透明箱体。

粉尘发生段设置9个风流监测装置、9个粉尘监测装置。风流监测装置及粉尘监测装置均设置于距入风机构3.1-3.5米，4.8-5.2米，7.3-7.7米的三个纵断面内，每个断面内距机械设备模型侧的壁面0.7-1.2米，2.2-2.7米，3.6-4.1米，并距多尘源工作面仿真实验台底板1.45-1.5米位置处分别设置3个风流监测装置、3个粉尘监测装置。

粉尘运移段设置12个风流监测装置、12个粉尘监测装置。风流监测装置及粉尘监测装置均设置于距入风机构10.1-10.5米，15.1-15.5米，20.1-20.5米，30.1-30.5米的四个纵断面内，每个断面内距机械设备模型侧的壁面0.4-0.9米，1.4-1.9米，2.6-3.1米，并距多尘源工作面仿真实验台底板1.45-1.5米位置处分别设置3个风流监测装置、3个粉尘监测装置。

多尘源工作面仿真实验台采用厚度低于0.01米的有机玻璃搭建，利用钢筋骨架支撑。多尘源工作面仿真实验台内设置1°-1.5°倾斜，在出风机构下方设置清洁水槽，用于排除多尘源工作面仿真实验台内清洁污水。

机械设备模型设置于距入风机构6-6.3米的粉尘发生段与粉尘运移段的过渡连接处，贴附过渡拐角安置，用于模拟多尘源工作面生产过程中采煤机对含尘风流的影响。

粉尘发生装置均设置于机械设备模型前端，分别距入风机构1.1-1.5米及2.5-2.8米处，贴附壁面放置，用于模拟多尘源工作面采煤机截割煤体和放煤移架等多尘源产尘的实际状况。

液压支撑装置设置于机械设备模型相对的一侧壁面，液压支撑装置与壁面间隔0.5-0.8米，每两个液压支撑装置之间的间隔为1-1.5米，用于模拟多尘源工作面液压支架对风流流动和粉尘扩散的影响。

压风动力装置1采用矿用轴流式风机，通过外部连接的无极变频器17调节风机转速，改变多尘源工作面仿真实验台内风量风速，从而模拟多尘源工作面实际生产过程中不同的风流状态。

风流监测装置10采用GFY15型矿用风速传感器，利用不同位置处微压差测量风速的变化，进而输出风流流速数据，经分析得出多尘源工作面风流流动规律。粉尘监测装置采用GCG-1000型矿用粉尘浓度传感器，检测并输出多尘源工作面仿真实验台不同位置处粉尘浓度，经数据分析后得出多尘源工作面粉尘运移规律。

出风机构13前端设置高压喷雾装置12，其包括喷雾支架和矿用高效雾化喷嘴，利用多尘源工作面仿真实验台外部的增压泵15将储水箱16中的清洁用水加压至综采工作面常用的8MPa，通过高压管路输送至矿用高效雾化喷嘴雾化喷出，用于清洁多尘源工作面仿真实验台内涌出的含尘风流，避免粉尘扩散至实验台外部，污染实验环境。

多尘源工作面风流粉尘运移仿真实验采用如下步骤：

步骤一：启动压风动力装置1，利用无极变频器17调节风机参数，使得多尘源工作面仿真实验台内风量及风速与煤矿工作面实际状况相吻合。待系统运行稳定后，开启风流监测装置10，收集多尘源工作面仿真实验台不同位置处风流流速的变化，经不同位置处风流速度对比分析确定多尘源工作面风流流动规律。

步骤二：调节粉尘发生装置4，使其产尘粒径范围及产尘量符合多尘源工作面实际产尘情况。开启粉尘发生装置4及高压喷雾装置12，粉尘喷出后在风流携带作用下沿多尘源工作面仿真实验台沿程流动，含尘风流经高压喷雾降尘处理后经出风机构13排出。待系统运行稳定后开启粉尘监测装置11，粉尘监测装置11感应并输出多尘源工作面仿真实验台不同位置处粉尘浓度，收集数据并对不同位置处粉尘浓度进行对比分析，得出多尘源工作面粉尘运移规律。

步骤三：调节无机变频器17更改风机参数，改变多尘源工作面仿真实验台内的风流状况，重复以上实验步骤，可获得不同风流状态下综采工作面的风流-粉尘运移规律。针对不同风流状态下的风流-粉尘运移实验数据进行对比分析，最终确定多尘源工作面除尘效果最佳的风流参数，为煤矿多尘源工作面选择合理的通风除尘技术提供技术支持。

与此同时，多尘源工作面仿真实验台内可进行多种控除尘技术效果验证实验，按照以上实验步骤，待系统运行稳定后，利用粉尘监测装置11收集采用控除尘技术前后多尘源工作面仿真实验台内粉尘浓度的变化，并可在多尘源工作面仿真实验台外部观察粉尘的扩散情况，经数据对比分析，可最终确定适用于煤矿多尘源工作面的控除尘技术，为工作面控除尘技术的选择提供科学合理的依据。

当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的指导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。

Claims (6)

1.一种煤矿多尘源工作面含尘风流运移仿真实验装置，其特征在于，包括多尘源工作面仿真实验台，多尘源工作面仿真实验台包括风流稳定段、粉尘发生段、及粉尘运移段，风流稳定段、粉尘发生段、及粉尘运移段依次连接，粉尘发生段、及粉尘运移段安装有多个液压支撑装置、风流监测装置、及粉尘监测装置，液压支撑装置用于多尘源工作面液压支撑，风流监测装置用于监测风流流速，粉尘监测装置用于监测粉尘浓度；

所述风流稳定段的前端设有入风机构，入风机构后端连接有压风动力装置，压风动力装置用于模拟多尘源工作面的风流流动、及风流压力条件；

所述粉尘发生段设有粉尘发生装置、及机械设备模型，用于模拟多尘源工作面的粉尘环境；

所述粉尘运移段包括高压喷雾装置、出风机构、及排水槽，高压喷雾装置设置在出风机构前端；排水槽设置在出风机构下方；

所述粉尘发生段设置有9个风流监测装置、及9个粉尘监测装置，9个风流监测装置、及9个粉尘监测装置设置在粉尘发生段的三个断面上，每个断面设置3个风流监测装置、及3个粉尘监测装置；

所述粉尘运移段设置有12个风流监测装置、及12个粉尘监测装置，12个风流监测装置、及12个粉尘监测装置设置在粉尘运移段的四个断面上，每个断面设置3个风流监测装置、及3个粉尘监测装置；

所述风流稳定段外轮廓为高1.1-1.5米的缺底四棱台，四棱台的渐扩角为30°，入风机构为直径1.2米的圆形口；

所述风流稳定段的后端与粉尘发生段前端相连接，形成长6-8米，宽4-4.5米，高2.5-3米的纵向透明箱体，在该箱体内模拟采煤机空间及移架放煤空间粉尘产生及扩散的实际情况；粉尘发生段后端与粉尘运移段前端相连接，形成具有“L”型过渡拐角的长32-35米，宽3.4-3.9米，高2.5-3米的纵向透明箱体。

2.根据权利要求1所述的一种煤矿多尘源工作面含尘风流运移仿真实验装置，其特征在于，所述多尘源工作面仿真实验台采用厚度小于0.01米的有机玻璃搭建，利用钢筋骨架支撑；多尘源工作面仿真实验台内的底座设置1°-1.5°的倾斜角。

3.根据权利要求1所述的一种煤矿多尘源工作面含尘风流运移仿真实验装置，其特征在于，所述液压支撑装置与多尘源工作面仿真实验台的壁面间隔为0.5-0.8米，每两个液压支撑装置之间的间隔为1～1.5米。

4.根据权利要求1所述的一种煤矿多尘源工作面含尘风流运移仿真实验装置，其特征在于，所述风流监测装置采用矿用风速传感器，粉尘监测装置采用矿用粉尘浓度传感器。

5.根据权利要求1所述的一种煤矿多尘源工作面含尘风流运移仿真实验装置，其特征在于，还包括无极变频器，无极变频器调节压风动力装置的风速。

6.根据权利要求1所述的一种煤矿多尘源工作面含尘风流运移仿真实验装置，其特征在于，所述高压喷雾装置连接有增压泵、及储水箱。