CN109667613A - 一种模拟煤矿巷道风流下灾害气体运移的实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种模拟煤矿巷道风流下灾害气体运移的实验装置，包括：透明气体观察管道、背景光源、风机、堵头、控制阀门、调节阀门、压力表、气源制备腔体、高速相机。通过向气源制备腔体中加入干冰与沸水制备白色水雾作为气源；通过风机为气体观察管道内提供一定值的风速；控制阀门可控制气源制备腔体向气体观察管道涌出气源的量，通过调节阀门和压力表控制腔体内气体压力；通过背景光源为观察管道提供均匀的光照强度；高速相机拍摄气源在观察管道内的运移图片，经过灰度处理并标定后可得管道内各点气体浓度，进而分析气体运移规律。
Description
技术领域
本发明涉及一种模拟煤矿巷道风流下灾害气体运移的实验装置，适用于探索煤矿巷道风流下灾害气体运移规律的相似模拟实验。
背景技术
煤矿巷道属于受限空间，且开采过程中伴随大量的有毒有害气体产生(主要为瓦斯)，灾害气体浓度随空气不同流动状态呈现不同的浓度分布，探索灾害气体在煤矿巷道内的浓度分布随空气流动状态的关系对安全生产和灾害救援具有重大意义。
现有实验模拟装置主要采用高纯度的某种气体作为实验气源，气体储存在高压气瓶中，部分气体具有毒性或有遇火爆炸危险，给实验操作人员带来严重的安全隐患，甚至造成事故。另外，目前目标气体的浓度监测主要依靠气体浓度传感器，缓慢的反应速度与受限的浓度测量范围严重影响了实验结果的精确度，且气体浓度传感器只能测量空间内某一点的气体浓度，难以精确的反映受限空间的气体浓度分布场。
发明内容
一、发明目的
为了探究煤矿巷道内灾害气体在风流作用下的运移规律，同时避免高纯度气源的安全隐患和气体浓度传感器的先天缺陷，发明此装置。
二、技术方案
(1)装置简介
本发明装置主要由透明气体观察管道(内径5cm、长200cm、壁厚0.5cm)、背景光源(长200cm、宽15cm、高5cm)、风机、堵头(内径6cm)、控制阀门(内径6cm)、调节阀门(内径2cm)、压力表、气源制备腔体、高速相机组成。
布置方式：透明气体观察管道分别连接风机与控制阀门，控制阀门另一端连接气源制备腔体，腔体侧面分别外接压力表于调节阀门。气体观察管道下方布置背景光源，上方布置高速像机。
装置通过风机向气体观察管道提供一定速度的风流，阀门控制气源由气源制备腔体涌入气体观察管道，由高速相机拍摄气源在管道内的运移图像并存储，根据观察管道内气体颜色深浅对图像的进行后期处理，分析管道内气源的浓度分布。控制阀门用来控制腔体中气源向观察管道的涌出量，调节阀门用来调节腔体中的气体压力；压力表用来监测气源制备腔体内的压力。背景光源用来为观察管道提供均匀的光照强度，保证拍摄质量。
(2)气源制备方法
气源采用对人体无害的白色水雾。水雾的制备方法为：预先称取一定质量的干冰放置于气源制备腔体中，再向腔体内注入一定体积的沸水，便会产生一定量的白色水雾。可通过调节加入干冰的质量与沸水的体积控制水雾产生量。
(3)浓度监测方法
采用图像分析法代替气体浓度传感器监测管道内水雾的浓度。由高速相机拍摄的观察管道内的气体浓度分布图片，对图片进行灰度值分析，通过标定后确定管道内目标气体的浓度。
三、技术效果
本发明采用白色水雾作为气源可以避免使用高纯度气源带来的安全隐患，健康环保。此外，采用图像分析的方法代替气体浓度传感器，可以克服传感器反映速度慢、测量范围受限、只可反映某一点的缺陷，可以全面、及时的监测管道内气体的浓度变化。
附图说明
附图1是本发明示意图。
图中1—气体观察管道，2—背景光源，3—风机，4—堵头，5—控制阀门，6—压力表，7—调节阀门，8—气源制备腔体。
具体实施方式
下面结合附图对本发明操作流程进行说明：
将所有实验装置置于暗室内，保证周围环境除背景光源2外无其它光源，打开背景光源2与高速相机9，调节相机9的位置与焦距，使相机9画面中的气体观察管道1处于画面的正中央。调节背景光源2的光强，保证相机9画面中的图像达到后期处理要求。
打开风机3使气体观察管道1内具有一定的风速。
称取一定质量的干冰，打开堵头4与阀门5，保持阀门7处于关闭状态，将干冰倒入气源制备腔体8。量取一定体积的沸水，将沸水全部倒入气源制备腔体8后，迅速关闭阀门5与堵头4。
观察压力表6,显示的气源制备腔体8中的压力变化，通过调节阀门7调节腔体8中的气源压力以符合实验要求。
按下高速相机9的存储键，迅速打开控制阀门5，腔体8中的白色水雾涌入气体观察管道1中，即可观察到水雾在风流作用下的运移情况，近似模拟灾害气体在风流作用下的运移。待管道1中水雾颜色消失时，关闭高速相机9。
将高速相机9得到的图片导入计算机，进行灰度值分析，标定后即可得到气源在观察管道1中的各点浓度值。
Claims (3)
1.一种模拟煤矿巷道风流下灾害气体运移的实验装置，其特征在于：包括透明气体观察管道(1)、背景光源(2)、风机(3)、堵头(4)、控制阀门(5)、调节阀门(6)、压力表(7)、气源制备腔体(8)、高速相机组成(9)。
2.一种权利要求1所述的模拟煤矿巷道风流下灾害气体运移的实验装置气源制备方法，其特征在于：采用干冰和沸水混合产生白色水雾作为气源。
3.一种权利要求1所述的模拟煤矿巷道风流下灾害气体运移的实验装置浓度监测方法，其特征在于：采用图像灰度处理的方法，通过标定气体颜色的深浅确定其浓度。
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