CN105350998A - 一种可拆卸通风网络模拟实验系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种矿井通风网络解算模型，具体涉及一种矿井通风网络模拟实验系统。该系统包括底部托板、通风网络模拟系统和数据采集系统。通风网络模拟系统位于底部托板的上部，其主要包括由管道连通组成的主井、副井、风井、第一水平和第二水平。每个水平均由车场联络巷、进风大巷、回风大巷、采区运输上山等巷道连通组成。数据采集系统主要由数据采集仪、计算机和风量监测点、风压监测点组成。气源泵与主井和副井连通，采用压入式通风。该实验系统可拆卸重组、安装简单方便，能快速准确模拟不同生产条件下的模拟矿井实际通风系统，对实际矿井通风网络系统进行解算，有效指导矿井实际通风管理。

Description

一种可拆卸通风网络模拟实验系统

技术领域

本发明涉及一种矿井通风网络解算模型，具体涉及一种矿井通风网络模拟实验系统。

背景技术

矿井通风是指将新鲜空气不断地输送到井下各作业点，以增加井下氧气的浓度，经工作面把污浊有害的气体和粉尘等稀释并排出地表。其基本任务是向井下供给足够的新鲜空气，稀释有毒有害气体和粉尘，满足作业人员对合格空气的需求，保证矿山安全生产，调节井下微气候条件，创造良好的作业环境。在矿井的通风管理和灾害防治中，通风网络解算是一项非常重要的环节。随着工作面的推进、作业地点的迁移、巷道的掘进和弃用等生产条件的变化、自然风压改变，使矿井通风阻力及全矿的总需风量会随之变化。精确的通风网络解算，在新矿井的通风设计、老矿井的改造等都是必不可少的。通风网络解算已是瓦斯、粉尘、火等灾害防治的基础和重要手段。

目前，对通风网络解算的研究主要是采用计算机软件对进行通风网络进行解算分析，通过数值计算和图像显示的方法，用于解决矿井通风工程问题。这种方法虽然能更加直观的显示通风模拟情况，但这些通风系统软件在实际应用时受到井下实际情况的复杂性和许多地质采矿工程技术条件限制，导致分析结果并不可靠。利用通风网络系统模拟实验系统进行模拟实验，是研究矿井实际通风网络解算的有效重要途径。CN203982676U公开了一种组合式矿井通风模型，其主要包括基座，在基座上表面水平装有运输水平，前部竖直装有支帮、侧面竖直装有边帮、后面竖直装有后帮，在支帮和边帮围成的框体倾斜面上装有采区板，采区板顶端台阶面水平装有回风水平板，所述的运输水平板、采区板、回风水平板上刻有巷道线条和风路线条，风路线条上有指示灯，在运输水平板的主井通穿孔中竖直装有主井筒，副井筒穿孔中竖直装有副井筒。该模型虽然能演示不同的通风系统，进行各种矿井通风系统的比较，清晰地反映各种通风系统在空间布置上的异同。但是该矿井通风模型只具有演示通风系统的功能，不具有模拟实际矿井通风系统，不能对实际矿井通风网络系统进行解算。因此，有必要设计一种通风网络模拟实验系统，以解决现有技术无法为矿井实际通风网络系统进行准确可靠模拟解算分析的缺陷。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种可拆卸、重组、安装简单方便快捷，能快速准确真实模拟工作面的推进、作业地点的迁移、巷道的掘进和废弃、矿井向深水平开采等不同生产条件改变时的实际矿井通风系统，测算矿井通风阻力及全矿的总需风量的变化，对实际矿井通风网络系统进行解算，并实现矿井通风模拟系统的自适应可视化，从而有效指导矿井实际通风管理。

本发明通过下述技术方案来实现：

一种可拆卸通风网络模拟实验系统，包括底部托板、通风网络模拟系统和数据采集系统。通风网络模拟系统位于底部托板的上部，其主要包括由管道连通组成的主井、副井、风井、第一水平和第二水平。第一水平和第二水平巷道布置相同，均由车场联络巷、进风大巷、回风大巷、采区运输上山、采区轨道上山、采区回风石门和采区工作面连通组成。第一水平、第二水平的进风大巷分别通过两个联络巷与主井和副井连通。风井分别与第一水平、第二水平的回风大巷连通。数据采集系统主要由数据采集仪、计算机和位于通风网络模拟系统中的风量监测点、风压监测点组成。气源泵通过软管与主井和副井的入口连通。

在风井上端口、联络巷中部、进风大巷中部、采区运输上山靠近回风大巷一侧、采区轨道上山靠近回风大巷一侧、采区回风石门靠近进风大巷一侧、风井的上部分别有模拟风门作用的阀门。联络巷中部的阀门，是为了控制从主井、副井进入每个水平进风大巷的风量。而采区运输上山、采区轨道上山、采区回风石门之上的阀门则保持封闭状态，阻止风流的通过，以保证风流从采区运输上山、采区轨道上山进入采区工作面，从采区回风石门回到回风大巷。

主井、副井、和风井的管道直径为25mm；联络巷、进风大巷、回风大巷的管道直径为20mm；采区运输上山、采区轨道上山、采区回风石门的管道直径为16mm；采区工作面的管道直径为10mm。参考实际矿井中主井、副井、进风大巷、工作面等地点的风阻大小比例，又因为在一定条件下，管道直径越小通风阻力系数越大，所以，本模型一共采用25mm、20mm、16mm和10mm四种直径的不锈钢管。管道之间使用螺纹连接，以保证其可拆卸。除了模拟主井、副井与风井的管道上端口，其余管道的端口都需要以封口进行密闭处理，以保证整个通风网络模拟系统的气密性。

采区工作面由U型管道组成，且当工作面推进时，U型管能适当增减管道长度来改变U型管整体长度，并且每翼都增设一组二通连接，以便增加一个U型管来增加采区工作面。

在主井、副井和风井的上端口、进风大巷和回风大巷的中部、采区运输上山靠近进风大巷一侧、采区轨道上山靠近进风大巷一侧、采区回风石门靠近回风大巷一侧、采区工作面中部分别设有风量监测点和风压监测点。风量监测点和风压监测点分别由浮子流量计和压力传感器组成；浮子流量计通过二通与管道连接；压力传感器通过三通与管道连接。浮子流量计和压力传感器通过导线和高速压力数据采集仪、计算机串联连接。

管道间由可拆卸的连接件连通。管道间连接处均有风量阀门。当实际矿井通风系统通风条件发生改变时，可以通过控制管道连接处设置的风量阀门来控制风量，使得试验效果更加真实有效。

进一步，管道为钢管或透明的塑料管。

进一步，底部托板的四个顶角位置处分别设有滚轮，使整个通风网络系统模型可以移动。

本发明与现有技术相比有以下优点：

(a)本模拟实验系统可拆卸、重组、安装简单方便快捷；

(b)相对于现有技术，本模拟实验系统能快速准确真实模拟工作面的推进、作业地点的迁移、巷道的掘进和废弃、矿井向深水平开采等不同生产条件改变时的模拟实际矿井通风系统，测算矿井通风阻力及全矿的总需风量的变化，对实际矿井通风网络系统进行解算，并实现矿井通风模拟系统的自适应可视化，从而有效指导矿井实际通风管理。

附图说明

附图1是本发明的通风网络模拟系统的立体结构示意图；

附图2是本发明的通风网络模拟系统的主视图；

附图3是本发明的通风网络模拟系统的俯视图；

图中：1-主井；2-副井；3-风井；4-联络巷；5-进风大巷；6-回风大巷；7-采区运输上山；8-采区回风石门；9-采区轨道上山；10-采区工作面；11-风量监测点；12-风压监测点；13-阀门；14-底部托板；15-滚轮；A-第一水平；B-第二水平。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作更进一步的说明，以便本领域内的技术人员了解发明技术方案。

一种可拆卸通风网络模拟实验系统，包括底部托板14、气源泵、通风网络模拟系统和数据采集系统。通风网络模拟系统位于底部托板14的上部主要包括由管道连通组成的主井1、副井2、风井3、第一水平和第二水平，所述第一水平和第二水平巷道布置相同，均由车场联络巷4、进风大巷5、回风大巷6、采区运输上山7、采区轨道上山9、采区回风石门8和采区工作面10连通组成；所述第一水平、第二水平的进风大巷5分别通过两个联络巷4与主井1和副井2连通。风井3分别与第一水平、第二水平的回风大巷6连通。数据采集系统主要由数据采集仪、计算机和位于通风网络模拟系统中的风量监测点11、风压监测点12组成。气源泵通过软管与主井和副井的入口连通。

风井3上端口、第一水平和第二水平的联络巷4中部、进风大巷5中部、采区运输上山7靠近回风大巷6一侧、采区轨道上山9靠近回风大巷6一侧、采区回风石门8靠近进风大巷5一侧、风井3的上部分别有阀门13。主井1、副井2、和风井3的管道直径为25mm，联络巷4、进风大巷5、回风大巷6的管道直径为20mm，采区运输上山7、采区轨道上山9、采区回风石门8的管道直径为16mm，采区工作面10的管道直径为10mm。

在主井1、副井2和风井3的上端口、进风大巷5和回风大巷6的中部、采区运输上山7靠近进风大巷5一侧、采区轨道上山9靠近进风大巷5一侧、采区回风石门8靠近回风大巷6一侧、采区工作面10中部分别设有风量监测点11和风压监测点12。风量监测点11和风压监测点12分别由浮子流量计和压力传感器组成，浮子流量计通过二通与管道连接，压力传感器通过三通与管道连接。压力传感器通过导线和高速压力数据采集仪、计算机串联连接。管道间由可拆卸的连接件连通。管道间连接件设有阀门。管道为钢管或透明的塑料管。底部托板14的四个顶角位置处分别设有滚轮15。

在使用该通风网络系统模拟实验系统进行准备试验时，将管道按矿井通风网络的实际情况连通组成需要的通风网络模拟系统。在通风网络模拟系统中，采区运输上山7、采区轨道上山9、采区回风石门8中的阀门保持封闭状态；除了模拟主井1、副井2与风井3的管道上端口，其余管道的端口都需要以封口进行密闭处理。在通风网络模拟系统中布置相应的风量监测点和风压监测点，将压力传感器通过导线和高速压力数据采集仪、计算机串联连接，组成数据采集系统。

开始试验时，将气源泵通过软管与主井1和副井2的入口连通，采用压入式通风方式，将新鲜空气由主井1和副井2进入，由进风大巷5通过采区运输上山7和采区轨道上山9进入采区工作面10，再通过采区回风石门8经过回风大巷6由风井3排出。利用预先安装的数据采集系统，压力传感器和流量计通过数据采集模块将压力信号转换成电流信号，再经数据转换模块传输到电脑上，随时监控和采集通风网络模拟系统中各巷道的通风风量和风压的变化，解算得到矿井通风阻力的变化。

当实际矿井通风系统通风条件发生改变时，根据通风变化的具体实际情况，可以通过控制联络巷中部的阀门，控制从主井、副井进入每个水平进风大巷的风量；可以通过控制管道连接处设置的风量阀门来控制风量；可以适当增减采区工作面管道连接数，模拟工作面的推进；可以通过增加或减少一个采区工作面，来模拟实际矿井中新增或撤销工作面的情况。

以上实施方式仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此尽管本说明书参照上述的各个实施方式对本发明已进行了详细的说明，但是本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或者等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种可拆卸通风网络模拟实验系统，其特征在于，所述实验系统包括底部托板（14）、位于底部托板（14）上部的通风网络模拟系统和数据采集系统；所述的通风网络模拟系统主要包括由管道连通组成的主井（1）、副井（2）、风井（3）、第一水平和第二水平；所述第一水平和第二水平巷道布置相同，均由车场联络巷（4）、进风大巷（5）、回风大巷（6）、采区运输上山（7）、采区轨道上山（9）、采区回风石门（8）和采区工作面（10）连通组成；所述第一水平、第二水平的进风大巷（5）分别通过两个联络巷（4）与主井（1）和副井（2）连通；所述风井（3）分别与第一水平、第二水平的回风大巷（6）连通；所述数据采集系统主要由数据采集仪、计算机和位于通风网络模拟系统中的风量监测点（11）、风压监测点（12）组成。

2.如权利要求1所述的一种可拆卸通风网络模拟实验系统，其特征在于，在所述风井（3）上端、第一水平和第二水平的联络巷（4）中部、进风大巷（5）中部、采区运输上山（7）靠近回风大巷（6）一侧、采区轨道上山（9）靠近回风大巷（6）一侧、采区回风石门（8）靠近进风大巷（5）一侧、风井（3）的上部分别有阀门（13）。

3.如权利要求2所述的一种可拆卸通风网络模拟实验系统，其特征在于，所述主井（1）、副井（2）、和风井（3）的管道直径为25mm；所述联络巷（4）、进风大巷（5）、回风大巷（6）的管道直径为20mm；所述采区运输上山（7）、采区轨道上山（9）、采区回风石门（8）的管道直径为16mm；所述采区工作面（10）的管道直径为10mm。

4.如权利要求3所述的一种可拆卸通风网络模拟实验系统，其特征在于，在所述的主井（1）、副井（2）和风井（3）的上端、进风大巷（5）和回风大巷（6）的中部、采区运输上山（7）靠近进风大巷（5）一侧、采区轨道上山（9）靠近进风大巷（5）一侧、采区回风石门（8）靠近回风大巷（6）一侧、采区工作面（10）中部分别设有风量监测点（11）和风压监测点（12）。

5.如权利要求4所述的一种可拆卸通风网络模拟实验系统，其特征在于，所述的风量监测点（11）和风压监测点（12）分别由浮子流量计和压力传感器组成；所述的浮子流量计通过二通与管道连接；所述的压力传感器通过三通与管道连接。

6.如权利要求5所述的一种可拆卸通风网络模拟实验系统，其特征在于，所述的压力传感器通过导线和高速压力数据采集仪、计算机串联连接。

7.如权利要求6所述的一种可拆卸通风网络模拟实验系统，其特征在于，所述的管道由可拆卸的连接件连通。

8.如权利要求7所述的一种可拆卸通风网络模拟实验系统，其特征在于，所述管道间连接件上设有阀门。

9.如权利要求8所述的一种可拆卸通风网络模拟实验系统，其特征在于，所述的管道为钢管或透明的塑料管。

10.如权利要求9所述的一种可拆卸通风网络模拟实验系统，其特征在于，所述底部托板（14）的四个顶角位置处分别设有滚轮。