CN110905580B - 一种综掘工作面通风优化方法 - Google Patents

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CN110905580B CN201911207897.4A CN201911207897A CN110905580B CN 110905580 B CN110905580 B CN 110905580B CN 201911207897 A CN201911207897 A CN 201911207897A CN 110905580 B CN110905580 B CN 110905580B
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Abstract

本发明公开了一种综掘工作面通风优化方法，包括如下步骤：步骤一、搭建煤矿局部通风设备智能调节测试实验平台；步骤二、进行风筒出风口单参数调控实验，获取风筒出风口口径变化、风筒出风口偏转角度变化及风筒出风口距掘端面距离的变化对综掘面巷道内粉尘浓度、模拟瓦斯浓度和风速的影响趋势；步骤三、进行风筒出风口多参数调控实验，获取综掘工作面通风优化方法。本发明通过煤矿局部通风设备智能调节测试实验平台模拟实际巷道内粉和瓦斯的产生及瓦斯场、粉尘场和风流场受到煤矿综掘工作面风筒出风口的大小、方向和角度的影响，进而筛选出最优的综掘工作面通风方法。

Description

一种综掘工作面通风优化方法
技术领域
本发明属于综掘工作面通风优化技术领域，具体是涉及一种综掘工作面通风优化方法。
背景技术
综掘工作面通风是煤矿安全生产的重要环节，承担着预防煤尘及瓦斯爆炸、降低煤尘对矿工的伤害以及提供舒适工作环境的重要职责。随着掘进规模及机械化程度提高以及对煤矿安全和矿工工作环境的日益重视，掘进工作面通风的精细化管理变得越来越重要，实现掘进工作面安全、节能、绿色通风是目前绿色矿山建设的重要环节之一。
综掘工作面是一个独头巷道，通风回路不完整，稀释和排除煤体涌出的瓦斯气体和作业时产生的粉尘，是靠局部通风机和风筒组成的局部通风系统给端头区域压入的新鲜风流来实现的。综掘工作面巷道内瓦斯浓度的分布、粉尘浓度的分布和风速的分布，受到煤矿综掘工作面风筒出风口的大小、方向和角度的影响。如何合理的布设煤矿综掘工作面风筒出风口的大小、方向和角度能够有效的控制综掘工作面巷道内瓦斯浓度、粉尘浓度及风流的分布。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种综掘工作面通风优化方法，该方法通过煤矿局部通风设备智能调节测试实验平台模拟实际巷道内粉和瓦斯的产生及瓦斯场、粉尘场和风流场受到煤矿综掘工作面风筒出风口的大小、方向和角度的影响，进而筛选出最优的综掘工作面通风方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种综掘工作面通风优化方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、搭建煤矿局部通风设备智能调节测试实验平台；
步骤二、进行风筒出风口单参数调控实验，获取风筒出风口口径变化、风筒出风口偏转角度变化及风筒出风口距掘端面距离的变化对综掘面巷道内粉尘浓度、模拟瓦斯浓度和风速的影响趋势；
所述风筒出风口单参数调控实验是预设实验条件下，单独改变风筒出风口口径、风筒出风口偏转角度和风筒出风口距综掘端面的距离中的一个参数，并记录每次参数改变后巷道内粉尘浓度、瓦斯模拟气体浓度及风速的变化，所述预设实验条件是指巷道内粉尘浓度、瓦斯模拟气体浓度达到预定值后；
步骤三、进行风筒出风口多参数调控实验，获取综掘工作面通风优化方法；
所述风筒出风口多参数调控实验是在预设条件下，依照步骤二中的影响趋势，同时改变风筒出风口口径、风筒出风口偏转角度和风筒出风口距综掘端面的距离中的多个参数，并记录每次参数改变后巷道内粉尘浓度、瓦斯模拟气体浓度及风速的变化，从记录的巷道内粉尘浓度、瓦斯模拟气体浓度及风速的变化数据中筛选出最优的综掘工作面通风方法。
上述的一种综掘工作面通风优化方法，其特征在于：在步骤二中所述风筒出风口距综掘端面距离的初始值为1.0m，风筒出风口距综掘端面距离的变化间隔为0.2m，风筒出风口距综掘端面距离的最小值为1.0m，出风口距综掘端面距离的最大值为2.0m。
上述的一种综掘工作面通风优化方法，其特征在于：在步骤二中所述风筒出风口偏转角度初始值为装置风筒出风口与风筒轴线共线处，风筒出风口偏转角度的参数变化间隔为5°，风筒出风口偏转角度的最小值0°风筒出风口偏转角度的最大值25°。
上述的一种综掘工作面通风优化方法，其特征在于：在步骤二中所述风筒出风口口径初始值为0.20m，风筒出风口口径的参数变化间隔0.02m，风筒出风口口径的的最小值为0.14m，风筒出风口口径的的最大值为0.24m。
上述的一种综掘工作面通风优化方法，其特征在于：
所述步骤三中风筒出风口多参数调控实验的具体包括：根据步骤二中获取的影响趋势，拟定测试参数方案，所述测试方案包括：
方案1、风筒出风口距离掘进端面1m，风筒出风口偏转角度为10°，风筒出风口口径为0.24m；
方案2、风筒出风口距离掘进端面1.2m，风筒出风口偏转角度为15°，风筒出风口口径为0.22m；
方案3、风筒出风口距离掘进端面1.4m，风筒出风口偏转角度为15°，风筒出风口口径为0.2m；
方案4、风筒出风口距离掘进端面1.6m，风筒出风口偏转角度为10°，风筒出风口口径为0.18m；
方案5、风筒出风口距离掘进端面1.8m，风筒出风口偏转角度为10°，风筒出风口口径为0.16m；
方案6、风筒出风口距离掘进端面2m，风筒出风口偏转角度为10°，风筒出风口口径为0.14m：
所述方案1到方案6的参数逐个进行测试，每个所述方案之间间隔3min-5min。
上述的一种综掘工作面通风优化方法，其特征在于：所述煤矿局部通风设备智能调节测试实验平台包括用于采集、分析巷道内粉尘浓度、瓦斯浓度和风速的数据采集分析装置、能够模拟掘进巷道及掘进设备的三维空间模拟装置、用于模拟掘进巷道内综掘工作面产生粉尘和瓦斯气体的气体粉尘发生装置和用于模拟巷道内送风设备和排风设备的通风装置；
所述三维空间模拟装置包括模拟掘进巷道和掘进设备模拟组件，所述模拟掘进巷道由多个拼装板通过螺栓可拆卸密封连接成一个与实际巷道成预定比例的模拟巷道，所述气体粉尘发生装置包括用于产生粉尘的手动粉尘发生器和用于产生模拟瓦斯气体的模拟气体发生器，所述手动粉尘发生器和模拟气体发生器均与模拟掘进巷道的综掘工作面向连接；
所述手动粉尘发生器包括粉尘密封固定壳体、粉尘储料仓、手柄和连接杆，所述粉尘储料仓内部设置有空腔且其侧壁上开设有与内部空腔相连通的开口，所述粉尘储料仓安装在粉尘密封固定壳体内，所述粉尘储料仓与粉尘密封固定壳体滑动密封安装且粉尘储料仓能够沿着粉尘密封固定壳体的内壁从粉尘密封固定壳体的一端滑出，所述粉尘密封固定壳体靠近粉尘储料仓滑出端的外壁上设置有法兰，所述粉尘密封固定壳体通过连接法兰被固定在掘进端面的外侧，所述连接杆和粉尘储料仓设置在同一轴线上，所述连接杆位于粉尘密封固定壳体远离法兰的一端且连接杆的一端与粉尘储料仓的一端固定连接，所述连接杆的另一端与手柄固定连接。
上所述的一种综掘工作面通风优化方法，其特征在于：所述模拟气体发生器包括模拟气体产生装置、进气接口、控制阀门和连通管道，所述模拟气体产生装置设置在模拟掘进巷道的外侧，所述进气接口设置在模拟掘进巷道的综掘面上且与模拟掘进巷道内部相连通，所述进气接口通过连通管道与模拟气体产生装置相连通，所述控制阀门设置在进气接口与模拟气体产生装置之间的连通管路上；
所述模拟气体产生装置为氦气发生器，所述进气接口的数量为多个，多个所述进气接口按照矩形阵列均匀排列在掘进端面上；
所述粉尘储料仓为圆柱状结构，掘进设备模拟组件包括模拟掘进机；
所述用于围成模拟掘进巷道的巷道侧壁和巷道顶板的拼装板均由双层有机玻璃制成，所述拼装板的连接密封面上涂覆有密封胶；
所述手动粉尘发生器的数量为多个，多个手动粉尘发生器按照矩形阵列均匀排列在掘进端面上。
上述的一种综掘工作面通风优化方法，其特征在于：所述通风装置包括风筒出风口口径及筒出风口相对于风筒的偏转角度均可手动或者自动调整的送风组件，所述送风组件包括送风风机、送风风筒、风筒出风口、导轨和出风口位置调整小车，所述送风风机设置在模拟掘进巷道的外侧且与送风风筒相连通，所述送风风筒设置在模拟掘进巷道的内部，所述导轨设置在送风风筒的上方且位于模拟掘进巷道靠近综掘面一侧，所述导轨沿模拟掘进巷道的长度方向设置且固定在模拟掘进巷道的顶部，所述出风口位置调整小车安装在导轨上且能够沿着导轨向靠近或者远离所述综掘面的方向移动，所述风筒出风口固定在出风口位置调整小车的下端。
上述的一种综掘工作面通风优化方法，其特征在于：所述通风装置还包括抽风组件，所述抽风组件包括抽风风机和抽风风筒，所述抽风风机设置在模拟掘进巷道的外侧，所述抽风风机与抽风风筒相连通，所述抽风风筒沿模拟掘进巷道的长度方向设置在模拟掘进巷道内且位于送风风筒相对的一侧，所述抽风风筒与模拟掘进巷道的顶部固定连接。
上述的一种综掘工作面通风优化方法，其特征在于：所述数据采集分析装置包括数据采集模块、数据显示模块、用于检测模拟掘进巷道内指定气体浓度的气体传感器、用于检测模拟掘进巷道内风速的风速传感器和用于检测模拟掘进巷道内粉尘浓度的粉尘传感器，所述数据采集模块相应输入端分别与气体传感器、风速传感器和粉尘传感器电连接且用于收集气体传感器、风速传感器和粉尘传感器传递给它的信息，所述数据采集模块相应输出端与数据显示模块的输入端电连接且用于将数据采集模块收集的数据传递给数据显示模块并通过数据显示模块将所述数据以预定的形式显示出来；
所述数据显示模块包括主机和显示器，所述主机的相应输出端与显示器的相应输入端电连接且将监测数据处理后以预定的形式呈现在显示器上，所述数据采集模块的相应输出端与主机的相应输入端电连接且将收集的风速数据、粉尘数据和瓦斯数据发送至主机。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明提供了一种综掘工作面通风优化方法，该方法通过煤矿局部通风设备智能调节测试实验平台模拟实际巷道内粉和瓦斯的产生及瓦斯场、粉尘场和风流场受到煤矿综掘工作面风筒出风口的大小、方向和角度的影响，进而筛选出最优的综掘工作面通风方法。
2、本发明通过模拟综掘工作面粉尘的产生过程及通风设备对粉尘场分布的影响，为最优通风方案的提出提供更加可靠的依据。
3、本发明的煤矿局部通风设备智能调节测试实验平台采用氦气发生器来模拟瓦斯气体发生器，不仅能够完成综掘工作面巷道内瓦斯气体分布的模拟和瓦斯气体受到风流程影响的模拟，同时，氦气更加的稳定，不会产生爆炸，更加的安全。
下面通过附图和实施例，对本发明做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明煤矿局部通风设备智能调节测试实验平台的侧视图。
图2为本发明煤矿局部通风设备智能调节测试实验平台的俯视图。
图3为本发明煤矿局部通风设备智能调节测试实验平台的剖视图。
图4为本发明手动粉尘发生器的结构示意图。
图5为本发明手动粉尘发生器的使用状态图。
图6为本发明手动粉尘发生器在模拟综掘工作面上的安装位置关系图。
图7为本发明煤矿局部通风设备智能调节测试实验平台的电器连接框图。
图8为本发明的实验平台实验过程控制方案流程图。
附图标记说明：
11—掘进巷道模拟组件；11-1—拼装板；
11-2—模拟综掘面巷道；12—掘进设备模拟组件；
12-1—模拟掘进机；22—手动粉尘发生器；
22-1—粉尘密封固定壳体；22-2—粉尘储料仓；
22-3—手柄；22-4—连接杆；22-5—开口；
22-6—法兰；23—模拟气体发生器；
23-1—模拟气体产生装置；23-2—进气接口；
23-3—控制阀门；23-4—连通管道；31—送风组件；
31-1—送风风机；31-2—送风风筒；31-3—风筒出风口；
31-4—导轨；31-5—出风口位置调整小车；
31-6—控制器；32—抽风组件；32-1—抽风风机；
32-2—抽风风筒；4-1—气体传感器；4-2—风速传感器；
4-4—数据采集分析模块；4-5—数据显示模块；
4-51—主机；4-52—数据采集电路。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为了使本技术领域的人员更好的理解本发明的方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应该属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包括了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的哪些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或者设备固有的其它步骤或单元。
本发明通过建煤矿局部通风设备智能调节测试实验平台模拟实际巷道内粉和瓦斯的产生及瓦斯场、粉尘场和风流场受到煤矿综掘工作面风筒出风口的大小、方向和角度的影响，进而筛选出最优的综掘工作面通风方法。其具体实验过程如下：
步骤一、搭建煤矿局部通风设备智能调节测试实验平台；
煤矿局部通风设备智能调节测试实验平台按照1：5的比例模拟实际煤矿综掘面进行搭建。同时，按1：5比例缩小原风场调控装置，连接于风筒出风口一端，利用PLC系统实现微机控制，通过电机驱动该装置来调节距端头距离、出风口口径以及右偏角度。其调控范围和参数如下
1.调控装置距端头距离移动范围：1～2m；移动速度1m/20s；
2.调控装置右偏角度范围：0～25°；转动速度25°/5s；
3.出风口口径范围：Φ0.14～Φ0.24m。
通风装置的不同通风方式和截面参数如表1所示，
表1不同通风方式和截面参数
Figure BDA0002297320010000081
步骤二、进行风筒出风口单参数调控实验，获取风筒出风口口径变化、风筒出风口偏转角度变化及风筒出风口距掘端面距离的变化对综掘面巷道内粉尘浓度、模拟瓦斯浓度和风速的影响趋势；
所述风筒出风口单参数调控实验是预设实验条件下，单独改变风筒出风口口径、风筒出风口偏转角度和风筒出风口距综掘端面的距离中的一个参数，并记录每次参数改变后巷道内粉尘浓度、瓦斯模拟气体浓度及风速的变化，所述预设实验条件是指巷道内粉尘浓度、瓦斯模拟气体浓度达到预定值后；
在步骤二中所述风筒出风口距综掘端面距离的初始值为1.0m，风筒出风口距综掘端面距离的变化间隔为0.2m，风筒出风口距综掘端面距离的最小值为1.0m，出风口距综掘端面距离的最大值为2.0m。
在步骤二中所述风筒出风口偏转角度初始值为装置风筒出风口与风筒轴线共线处，风筒出风口偏转角度的参数变化间隔为5°，风筒出风口偏转角度的最小值0°风筒出风口偏转角度的最大值25°。
在步骤二中所述风筒出风口口径初始值为0.20m，风筒出风口口径的参数变化间隔0.02m，风筒出风口口径的最小值为0.14m，风筒出风口口径的的最大值为0.24m。
步骤三、进行风筒出风口多参数调控实验，获取综掘工作面通风优化方法；
所述风筒出风口多参数调控实验是在预设条件下，依照步骤二中的影响趋势，同时改变风筒出风口口径、风筒出风口偏转角度和风筒出风口距综掘端面的距离中的多个参数，并记录每次参数改变后巷道内粉尘浓度、瓦斯模拟气体浓度及风速的变化，从记录的巷道内粉尘浓度、瓦斯模拟气体浓度及风速的变化数据中筛选出最优的综掘工作面通风方法。
测试不同工况下巷道粉尘浓度饱度和粉尘浓度达到饱和所需要的时间T，通过测试可知煤矿井下掘进机的粉尘产生量在掘进机开机工作3min-5min之内巷道粉尘浓度达到饱和，进行模拟不同距离下的多参数调控效果，即初始位置在距端面1m位置，然后使调控装置每间隔T min进行一次距离位置变化，调节0.2m。然后依次进给到距端面2m的位置停止实验，具体调控方案如图8所示，具体的时间T min为3min。实验整体过程可以通过程序控制完成，其中角度偏转和口径调节等对应调节量可以进行定义和赋值，间隔时间也可进行设定，即对控制风筒出风口口径调节电机，风筒出风口偏转电机、出风口位置调整小车电机进行改变赋值，保证实验的多样化。
本发明的煤矿局部通风设备智能调节测试实验平台，包括数据采集分析装置、三维空间模拟装置、气体粉尘发生装置和通风装置。三维空间模拟装置和通风装置可以模拟实际综掘工作面的立体结构和通风，气体粉尘发生装置可以模拟综掘工作面粉尘和瓦斯的产生，数据采集分析装置能够采集和分析综掘工作面巷道内粉尘、瓦斯的浓度及粉尘、瓦斯在巷道内的分布情况。同时，还可以采集和分析综掘工作面巷道内的风速。为我们研究巷道内粉尘场、瓦斯场和风流场提供可靠的模拟数据。
如图1至图5所示，本发明的煤矿局部通风设备智能调节测试实验平台，其用于采集、分析巷道内粉尘浓度、瓦斯浓度和风速的数据采集分析装置、能够模拟掘进巷道及掘进设备的三维空间模拟装置、用于模拟掘进巷道内综掘工作面产生粉尘和瓦斯气体的气体粉尘发生装置和用于模拟巷道内送风设备和排风设备的通风装置；
所述三维空间模拟装置包括模拟掘进巷道11和掘进设备模拟组件12，所述模拟掘进巷道11由多个拼装板11-1通过螺栓可拆卸密封连接成一个与实际巷道成预定比例的模拟巷道，所述气体粉尘发生装置包括用于产生粉尘的手动粉尘发生器22和用于产生模拟瓦斯气体的模拟气体发生器23，所述手动粉尘发生器22和模拟气体发生器23均与模拟掘进巷道11的综掘工作面相连接；
所述手动粉尘发生器22包括粉尘密封固定壳体22-1、粉尘储料仓22-2、手柄22-3和连接杆22-4，所述粉尘储料仓22-2内部设置有空腔且其侧壁上开设有与内部空腔相连通的开口22-5，所述粉尘储料仓22-2安装在粉尘密封固定壳体22-1内，所述粉尘储料仓22-2与粉尘密封固定壳体22-1滑动密封安装且粉尘储料仓22-2能够沿着粉尘密封固定壳体22-1的内壁从粉尘密封固定壳体22-1的一端滑出，所述粉尘密封固定壳体22-1靠近粉尘储料仓22-2滑出端的外壁上设置有法兰22-6，所述粉尘密封固定壳体22-1通过连接法兰22-6被固定在掘进端面的外侧，所述连接杆22-4和粉尘储料仓22-2设置在同一轴线上，所述连接杆22-4位于粉尘密封固定壳体22-1远离法兰22-6的一端且连接杆22-4的一端与粉尘储料仓22-2的一端固定连接，所述连接杆22-4的另一端与手柄22-3固定连接。
本实施例中，通过三维空间模拟装置模拟掘进巷道和巷道内的掘进设备；通过手动粉尘发生器22在掘进端面出产生粉尘，来模拟实际挖掘过程中的粉尘产生过程；通过模拟气体发生器23将瓦斯模拟气体通过模拟气体发生器23与掘进端面连接处送入模拟掘进巷道11内，用于模拟综掘面瓦斯气体的产生；通过通风装置模拟实际巷道内通风设备的送风和排风；通过数据采集、分析装置采集并分析模拟掘进巷道11内的粉尘浓度信息、瓦斯浓度信息及风速信息，进而获取风筒出风口的大小、方向和角度对综掘工作面巷道内瓦斯场、粉尘场和风流场的影响。
本实施例中，所述模拟掘进巷道11由多个拼装板11-1通过螺栓可拆卸密封连接成一个模拟巷道。通过螺栓连接拆卸方便，多块拼装板11-1拼装，可根据需要拼装成不同形状、不同尺寸的模拟巷道。所述拼装板11-1为带有连接翻边的长方形结构。在本实施例中，所述模拟掘进巷道11的大小按照与实际巷道尺寸的比值为1：5的比例搭建。
如图1所示，所述模拟气体发生器23包括模拟气体产生装置23-1、进气接口23-2、控制阀门23-3和连通管道23-4，所述模拟气体产生装置23-1设置在模拟掘进巷道11的外侧，所述进气接口23-2设置在模拟掘进巷道11的综掘面上且与模拟掘进巷道11内部相连通，所述进气接口23-2通过连通管道23-4与模拟气体产生装置23-1相连通，所述控制阀门23-3设置在进气接口23-2与模拟气体产生装置23-1之间的连通管路上。
本实施例中，所述模拟气体产生装置23-1为氦气发生器，所述进气接口23-2的数量为多个，多个所述进气接口23-2按照矩形阵列均匀排列在掘进端面上。
为了研究瓦斯和粉尘的运移规律，本实施例中通过手动粉尘发生器22和模拟气体发生器23来模拟瓦斯和粉尘在掘进机工作过程中的产生过程。其中瓦斯气体属于危险气体，实验过程中不可以直接采用瓦斯气体，故本实施例中采用了氦气发生器，利用氦气发生器代替瓦斯发生。
手动粉尘发生器22产生粉尘的大小可以通过改变粉尘储料仓22-2内粉尘的多少及推入模拟掘进巷道11内粉尘储料仓22-2的多少进行调节；其中粉尘浓度调节范围0mg/m3～1000mg/m3。粉尘的粒径，需要人工预先调配，其粒径范围0μm～300μm。
本实施例中，所述粉尘储料仓22-2为圆柱状结构，掘进设备模拟组件12包括模拟掘进机12-1；
所述用于围成模拟掘进巷道11的巷道侧壁和巷道顶板的拼装板11-1均由双层有机玻璃制成，所述拼装板11-1的连接密封面上涂覆有密封胶。
本实施例中模拟掘进机12-1的大小与实际掘进机的大小之比与模拟掘进巷道11的大小与实际巷道尺寸的比值相同。
如图1和图6所示，所述手动粉尘发生器22的数量为多个，多个手动粉尘发生器22按照矩形阵列均匀排列在掘进端面上。
如图1至图3所示，所述通风装置包括送风组件31，所述送风组件31包括送风风机31-1、送风风筒31-2、风口大小和角度均可以自动调整的风筒出风口31-3、导轨31-4和出风口位置调整小车31-5，所述送风风机31-1设置在模拟掘进巷道11的外侧且与送风风筒31-2相连通，所述送风风筒31-2设置在模拟掘进巷道11的内部，所述导轨31-4设置在送风风筒31-2的上方且位于模拟掘进巷道11靠近综掘面一侧，所述导轨31-4沿模拟掘进巷道11的长度方向设置且固定在模拟掘进巷道11的顶部，所述出风口位置调整小车31-5安装在导轨31-4上且能够沿着导轨向靠近或者远离所述综掘面的方向移动，所述风筒出风口31-3固定在出风口位置调整小车31-5的下端。
本实施例中的通风装置也按1：5比例缩小综掘面通风装置，利用PLC系统实现微机控制，通过电机驱动该装置来调节距端头距离、出风口口径以及右偏角度。同时为保证装置调节角度及位移距离精度，实现装置自动控制，选取西门子PLC作为控制核心。利用激光测距传感器进行风筒出风口31-3距掘进端头的距离测定，根据距离信号反馈，通过出风口位置调整小车31-5沿着导轨31-4的前后移动，实现距离前后调节。通过PLC控制器执行设定程序，驱动风筒出风口31-3的齿轮转向机构和叶片开合机构的步进电机工作，实现不同工况下其角度和口径的变化；利用增量式编码器进行角度偏转的反馈，确定风筒出风口31-3偏转的角度和出风口口径的大小。进而用于研究风筒出风口的大小、方向和角度对综掘工作面巷道内瓦斯场、粉尘场和风流场的影响。同时，确保最佳风场调控规则的在智能调控装置上角度偏转的准确性。在调试过程中：风筒出风口31-3距端头距离的移动范围：1m～2m；出风口位置调整小车31-5的移动速度1m/20s。风筒出风口31-3左右偏角度范围：0～25°；转动速度25°/5s。风筒出风口31-3口径范围：Φ0.14～Φ0.24m。
如图1至图3所示，所述通风装置还包括抽风组件32，所述抽风组件32包括抽风风机32-1和抽风风筒32-2，所述抽风风机32-1设置在模拟掘进巷道11的外侧，所述抽风风机32-1与抽风风筒32-2相连通，所述抽风风筒32-2沿模拟掘进巷道11的长度方向设置在模拟掘进巷道11内且位于送风风筒31-2相对的一侧，所述抽风风筒32-2与模拟掘进巷道11的顶部固定连接。
如图7所示，所述数据采集、分析装置包括用于检测模拟掘进巷道11内指定气体浓度的气体传感器4-1、用于检测模拟掘进巷道11内风速的风速传感器4-2、用于检测模拟掘进巷道11内粉尘浓度的粉尘传感器4-3、数据采集分析模块4-4和数据显示模块4-5，所述数据采集分析模块4-4相应输入端分别与气体传感器4-1、风速传感器4-2和粉尘传感器4-3电连接且用于收集气体传感器4-1、风速传感器4-2和粉尘传感器4-3传递给它的信息，所述数据采集分析模块4-4相应输出端与数据显示模块4-5的输入端电连接且用于将数据采集分析模块4-4收集的数据传递给数据显示模块4-5并通过数据显示模块4-5将所述数据以预定的形式显示出来。
本实施例中，所述通风装置还包括用于控制风筒出风口口径大小调整、筒出风口偏转角度调整及风口位置调整小车31-5位置调整的控制器31-6，所述数据采集分析模块4-4包括主机4-51和数据采集电路4-52，所述主机4-51与数据采集电路4-52电连接且用于接收并处理数据采集电路4-52传递给他的数据信息，所述主机4-51的相应输出端与控制器31-6电连接，所述主机4-51的相应输出端与数据显示模块4-5电连接，所述数据显示模块4-5为显示器。
本实施例中，所述风速传感器4-2的数量为共8个，所述8个风速传感器4-2分别安装在风筒出风口31-3处、模拟掘进机12-1司机位置处、巷道回风侧高度0.3m距模拟掘进端面1m处、巷道回风侧高度0.3m距模拟掘进端面1.5m处、巷道回风侧高度0.3m距模拟掘进端面2m处、巷道回风侧高度0.3m距模拟掘进端面3m处、巷道回风侧高度0.3m距模拟掘进端面4m处及巷道回风侧高度0.3m距模拟掘进端面5m处；
所述粉尘传感器4-3的数量为7个，所述7个粉尘传感器4-3分别安装在模拟掘进机12-1司机位置处、巷道回风侧高度0.3m距模拟掘进端面1m处、巷道回风侧高度0.3m距模拟掘进端面1.5m处、巷道回风侧高度0.3m距模拟掘进端面2m处、巷道回风侧高度0.3m距模拟掘进端面3m处、巷道回风侧高度0.3m距模拟掘进端面4m处及巷道回风侧高度0.3m距模拟掘进端面5m处；
所述气体传感器4-1的数量为6个，所述6个气体传感器4-1分别安装在巷道回风侧高度0.3m距模拟掘进端面1m处、巷道回风侧高度0.3m距模拟掘进端面1.5m处、巷道回风侧高度0.3m距模拟掘进端面2m处、模拟掘进端面右下角及模拟掘进端面两上顶角。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (8)

1.一种综掘工作面通风优化方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、搭建煤矿局部通风设备智能调节测试实验平台；
步骤二、进行风筒出风口单参数调控实验，获取风筒出风口口径变化、风筒出风口偏转角度变化及风筒出风口距掘进端面距离的变化对综掘工作面巷道内粉尘浓度、模拟瓦斯浓度和风速的影响趋势；
所述风筒出风口单参数调控实验是预设实验条件下，单独改变风筒出风口口径、风筒出风口偏转角度和风筒出风口距综掘进端面的距离中的一个参数，并记录每次参数改变后巷道内粉尘浓度、瓦斯模拟气体浓度及风速的变化，所述预设实验条件是指巷道内粉尘浓度、瓦斯模拟气体浓度达到预定值后；
步骤三、进行风筒出风口多参数调控实验，获取综掘工作面通风优化方法；
所述风筒出风口多参数调控实验是在预设实验条件下，依照步骤二中的影响趋势，同时改变风筒出风口口径、风筒出风口偏转角度和风筒出风口距综掘进端面的距离中的多个参数，并记录每次参数改变后巷道内粉尘浓度、瓦斯模拟气体浓度及风速的变化，从记录的巷道内粉尘浓度、瓦斯模拟气体浓度及风速的变化数据中筛选出最优的综掘工作面通风方法；
在步骤二中所述风筒出风口距综掘进端面距离的初始值为1.0m，风筒出风口距综掘进端面距离的变化间隔为0.2m，风筒出风口距综掘进端面距离的最小值为1.0m，出风口距综掘进端面距离的最大值为2.0m；
所述煤矿局部通风设备智能调节测试实验平台包括用于采集、分析巷道内粉尘浓度、瓦斯浓度和风速的数据采集分析装置、能够模拟掘进巷道及掘进设备的三维空间模拟装置、用于模拟掘进巷道内综掘工作面产生粉尘和瓦斯气体的气体粉尘发生装置和用于模拟巷道内送风设备和排风设备的通风装置；
所述三维空间模拟装置包括模拟掘进巷道(11)和掘进设备模拟组件(12)，所述模拟掘进巷道(11)由多个拼装板(11-1)通过螺栓可拆卸密封连接成一个与实际巷道成预定比例的模拟巷道，所述气体粉尘发生装置包括用于产生粉尘的手动粉尘发生器(22)和用于产生模拟瓦斯气体的模拟气体发生器(23)，所述手动粉尘发生器(22)和模拟气体发生器(23)均与模拟掘进巷道(11)的综掘工作面相连接；
所述手动粉尘发生器(22)包括粉尘密封固定壳体(22-1)、粉尘储料仓(22-2)、手柄(22-3)和连接杆(22-4)，所述粉尘储料仓(22-2)内部设置有空腔且其侧壁上开设有与内部空腔相连通的开口(22-5)，所述粉尘储料仓(22-2)安装在粉尘密封固定壳体(22-1)内，所述粉尘储料仓(22-2)与粉尘密封固定壳体(22-1)滑动密封安装且粉尘储料仓(22-2)能够沿着粉尘密封固定壳体(22-1)的内壁从粉尘密封固定壳体(22-1)的一端滑出，所述粉尘密封固定壳体(22-1)靠近粉尘储料仓(22-2)滑出端的外壁上设置有法兰(22-6)，所述粉尘密封固定壳体(22-1)通过连接法兰(22-6)被固定在掘进端面的外侧，所述连接杆(22-4)和粉尘储料仓(22-2)设置在同一轴线上，所述连接杆(22-4)位于粉尘密封固定壳体(22-1)远离法兰(22-6)的一端且连接杆(22-4)的一端与粉尘储料仓(22-2)的一端固定连接，所述连接杆(22-4)的另一端与手柄(22-3)固定连接。
2.按照权利要求1所述的一种综掘工作面通风优化方法，其特征在于：在步骤二中所述风筒出风口偏转角度初始值为装置风筒出风口与风筒轴线共线处，风筒出风口偏转角度的参数变化间隔为5°，风筒出风口偏转角度的最小值0°风筒出风口偏转角度的最大值25°。
3.按照权利要求1所述的一种综掘工作面通风优化方法，其特征在于：在步骤二中所述风筒出风口口径初始值为0.20m，风筒出风口口径的参数变化间隔0.02m，风筒出风口口径的最小值为0.14m，风筒出风口口径的最大值为0.24m。
4.按照权利要求1所述的一种综掘工作面通风优化方法，其特征在于：
所述步骤三中风筒出风口多参数调控实验的具体包括：根据步骤二中获取的影响趋势，拟定测试参数方案，所述测试参数方案包括：
方案1、风筒出风口距离掘进端面1m，风筒出风口偏转角度为10°，风筒出风口口径为0.24m；
方案2、风筒出风口距离掘进端面1.2m，风筒出风口偏转角度为15°，风筒出风口口径为0.22m；
方案3、风筒出风口距离掘进端面1.4m，风筒出风口偏转角度为15°，风筒出风口口径为0.2m；
方案4、风筒出风口距离掘进端面1.6m，风筒出风口偏转角度为10°，风筒出风口口径为0.18m；
方案5、风筒出风口距离掘进端面1.8m，风筒出风口偏转角度为10°，风筒出风口口径为0.16m；
方案6、风筒出风口距离掘进端面2m，风筒出风口偏转角度为10°，风筒出风口口径为0.14m：
所述方案1到方案6的参数逐个进行测试，每个所述方案之间间隔3min-5min。
5.按照权利要求1所述的一种综掘工作面通风优化方法，其特征在于：所述模拟气体发生器(23)包括模拟气体产生装置(23-1)、进气接口(23-2)、控制阀门(23-3)和连通管道(23-4)，所述模拟气体产生装置(23-1)设置在模拟掘进巷道(11)的外侧，所述进气接口(23-2)设置在模拟掘进巷道(11)的综掘工作面上且与模拟掘进巷道(11)内部相连通，所述进气接口(23-2)通过连通管道(23-4)与模拟气体产生装置(23-1)相连通，所述控制阀门(23-3)设置在进气接口(23-2)与模拟气体产生装置(23-1)之间的连通管路上；
所述模拟气体产生装置(23-1)为氦气发生器，所述进气接口(23-2)的数量为多个，多个所述进气接口(23-2)按照矩形阵列均匀排列在掘进端面上；
所述粉尘储料仓(22-2)为圆柱状结构，掘进设备模拟组件(12)包括模拟掘进机(12-1)；
用于围成模拟掘进巷道(11)的巷道侧壁和巷道顶板的拼装板(11-1)均由双层有机玻璃制成，所述拼装板(11-1)的连接密封面上涂覆有密封胶；
所述手动粉尘发生器(22)的数量为多个，多个手动粉尘发生器(22)按照矩形阵列均匀排列在掘进端面上。
6.按照权利要求5所述的一种综掘工作面通风优化方法，其特征在于：所述通风装置包括风筒出风口口径及风筒出风口相对于风筒的偏转角度均可手动或者自动调整的送风组件(31)，所述送风组件(31)包括送风风机(31-1)、送风风筒(31-2)、风筒出风口(31-3)、导轨(31-4)和出风口位置调整小车(31-5)，所述送风风机(31-1)设置在模拟掘进巷道(11)的外侧且与送风风筒(31-2)相连通，所述送风风筒(31-2)设置在模拟掘进巷道(11)的内部，所述导轨(31-4)设置在送风风筒(31-2)的上方且位于模拟掘进巷道(11)靠近综掘工作面一侧，所述导轨(31-4)沿模拟掘进巷道(11)的长度方向设置且固定在模拟掘进巷道(11)的顶部，所述出风口位置调整小车(31-5)安装在导轨(31-4)上且能够沿着导轨向靠近或者远离所述综掘工作面的方向移动，所述风筒出风口(31-3)固定在出风口位置调整小车(31-5)的下端。
7.按照权利要求6所述的一种综掘工作面通风优化方法，其特征在于：所述通风装置还包括抽风组件(32)，所述抽风组件(32)包括抽风风机(32-1)和抽风风筒(32-2)，所述抽风风机(32-1)设置在模拟掘进巷道(11)的外侧，所述抽风风机(32-1)与抽风风筒(32-2)相连通，所述抽风风筒(32-2)沿模拟掘进巷道(11)的长度方向设置在模拟掘进巷道(11)内且位于送风风筒(31-2)相对的一侧，所述抽风风筒(32-2)与模拟掘进巷道(11)的顶部固定连接。
8.按照权利要求7所述的一种综掘工作面通风优化方法，其特征在于：所述数据采集分析装置包括数据采集模块(4-4)、数据显示模块(4-5)、用于检测模拟掘进巷道(11)内指定气体浓度的气体传感器(4-1)、用于检测模拟掘进巷道(11)内风速的风速传感器(4-2)和用于检测模拟掘进巷道(11)内粉尘浓度的粉尘传感器(4-3)，所述数据采集模块(4-4)相应输入端分别与气体传感器(4-1)、风速传感器(4-2)和粉尘传感器(4-3)电连接且用于收集气体传感器(4-1)、风速传感器(4-2)和粉尘传感器(4-3)传递给它的信息，所述数据采集模块(4-4)相应输出端与数据显示模块(4-5)的输入端电连接且用于将数据采集模块(4-4)收集的数据传递给数据显示模块(4-5)并通过数据显示模块(4-5)将所述数据以预定的形式显示出来；
所述数据显示模块(4-5)包括主机(4-51)和显示器(4-52)，所述主机(4-51)的相应输出端与显示器(4-52)的相应输入端电连接且将监测数据处理后以预定的形式呈现在显示器(4-52)上，所述数据采集模块(4-4)的相应输出端与主机(4-51)的相应输入端电连接且将收集的风速数据、粉尘数据和瓦斯数据发送至主机(4-51)。
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