CN111237004A - 综掘工作面风流-瓦斯-粉尘多相耦合时空演化仿真实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种综掘工作面风流‑瓦斯‑粉尘多相耦合时空演化仿真实验装置，涉及矿井通风模拟技术领域，设置有仿真掘进主巷道和仿真掘进辅助巷道，巷道之间呈一定的夹角布置，仿真掘进主巷道内设置有掘进机、瓦斯定量释放装置和粉尘定量产生装置，以及抽风设备，仿真掘进辅助巷道内设置有压风设备和数据分析监测站；沿仿真掘进主巷道设置多个测点断面。压风设备和抽风设备工作形成风流，掘进机位置释放定量的瓦斯和粉尘，风流‑粉尘‑瓦斯在巷道内进行多相耦合，测点断面上的数据测量端口采集风速‑风向、粉尘粒度‑浓度‑距离、瓦斯浓度‑距离等数据，测量数据传输至数据分析监测站，从而模拟掘进工作面通风，为改善工作面通风标准提供依据。
Description
技术领域
本发明涉及矿井通风模拟技术领域，尤其是一种综掘工作面风流-瓦斯-粉尘多相耦合时空演化仿真实验装置。
背景技术
综掘工作面是煤矿进行的主要产尘区域之一，随着综掘技术的发展，掘进机的掘进能力增强，掘进的月进尺可以达到1000m，掘进机的截割过程中将产生大量的粉尘，粉尘随掘进通风向巷道内扩散，从而影响施工人员的健康。根据研究显示，尘肺病的发病逐年升高，而煤矿工作面人员的尘肺病发病占较大的比例。通风除尘是目前最清洁、有效、经济的除尘方式，其中赋存瓦斯的综掘工作面一般采用压入式通风，其目的主要是放置瓦斯积聚；另外有的国家在存在瓦斯积聚的巷道采用单一抽出式和带风幕自动调控器的压抽混合式通风。由于存在安全隐患所以不便在实际的掘进工作面试验单一抽出式和带风幕自动调控器的压抽混合式通风。
为了研究掘进工作面风流-瓦斯-粉尘多相耦合时空演化规律，并对不同瓦斯释放量的单一抽出式和带风幕自动调控器的压抽混合式通风综掘工作面进行研究，明确不同瓦斯释放量时不同通风方式的最佳通风标准，解决工作面粉尘污染治理工作中瓦斯积聚的问题，为制定瓦斯赋存综掘工作面最佳通风标准提供理论依据，指导实际的矿井通风，需要提供一种综掘工作面仿真模拟装置。
发明内容
为了研究综掘工作面的风流-瓦斯-粉尘多相耦合时空演化规律，确定瓦斯赋存矿井掘进工作面通风通风方式，本发明提供了一种综掘工作面风流-瓦斯-粉尘多相耦合时空演化仿真实验装置，具体技术方案如下。
综掘工作面风流-瓦斯-粉尘多相耦合时空演化仿真实验装置，包括仿真掘进主巷道、仿真掘进辅助巷道、掘进机、风机和数据分析监测站；所述仿真掘进主巷道和仿真掘进辅助巷道的夹角为20-45°，掘进机设置在仿真掘进主巷道内，风机包括抽风设备和压风设备，风机用于巷道通风，数据分析监测站对巷道内的监测数据进行处理分析；所述仿真掘进主巷道内掘进机的位置还设置有多源瓦斯定量释放装置和多源粉尘定量产生装置，所述压风设备的压风筒还设置有风幕调控器；新鲜风流经过所述压风设备的压风筒和风幕调控器调整后，在仿真掘进主巷道内形成径向风流，径向风流与粉尘、瓦斯在巷道内进行多向耦合，抽风设备通过抽风筒将风抽出；所述仿真掘进主巷道内均匀设置多个测点断面，每个测点断面设置有多个数据测量端口，数据测量端口实时采集风速-方向、粉尘粒度-浓度-距离、瓦斯浓度-距离数据，数据信息传输至数据分析监测站；数据分析监测站根据数据分析结果调整风机和自动风幕调控器的工况，模拟巷道掘进头的通风效果。
优选的是，多源粉尘定量产生装置布置在掘进机的截割头处，产尘量为0.1g/s～1000g/s；所述多源瓦斯定量释放装置布置在掘进迎头处，瓦斯产生量为0.1m3/min～1000m3/min。
优选的是，压风设备包括压风机、风幕调控器和压风筒，压风机布置在仿真掘进辅助巷道内，所述压风机和压风筒相连，风幕调控器设置在仿真掘进主巷道内的压风筒。，
进一步优选的是，抽风设备包括抽风筒、湿式除尘风机、液体自动添加器和储水器，所述湿式除尘风机布置在仿真掘进主巷道内，抽风筒与湿式除尘风机相连，液体自动添加器与储水器相连，所述液体自动添加器为湿式除尘风机供水。
进一步优选的是，压风机和湿式除尘风机均设置有无极变频器，数据分析监测站控制无极变频器和风幕调控器工作。
还优选的是，数据测量端口包括矿用风流测速器、矿用粉尘采样器、矿用瓦斯监测器，数据测量端口将监测数据传输至数据分析监测站的数据分析监测器和数据处理器。
还优选的是，仿真掘进主巷道和仿真掘进辅助巷道内还设置有铁轨，所述压风机、湿式除尘风机、液体自动添加器和储水器均设置在铁轨上并沿铁轨移动。
还优选的是，风幕调控器设置有两组出风口，出风口交错布置；所述抽风筒和压风筒挂设在巷道内。
还进一步优选的是，仿真掘进辅助巷道一端和仿真掘进主巷道相连，另一端开口；所述仿真掘进主巷道一端布置有掘进机，另一端开口。
还进一步优选的是，压风设备工作，抽风设备不工作，模拟单一压入式通风；所述压风设备不工作，抽风设备工作，模拟单一抽出式通风；所述压风设备工作，抽风设备同时工作，模拟混合式通风；所述压风设备工作，抽风设备同时工作时，改变压风筒和抽风筒在仿真掘进主巷道内的长度，模拟长压短抽式通风。
本发明的有益效果包括：
(1)提供来一种综掘工作面风流-瓦斯-粉尘多相耦合时空演化仿真实验装置，通过设置多源瓦斯定量释放装置和多源粉尘定量产生装置模拟掘进工作面产生粉尘和瓦斯，并且可以根据需要定量释放；设置风幕调控器能够调整径向出风量，压风设备和抽风设备配合能够实现对不同通风方式的模拟。
(2)该装置还设置了多个数据测量端口，从而对风流-瓦斯-粉尘的时空演化数据进行监测，数据分析监测站对监测数据进行分析处理，数据分析监测站还控制压风设备和抽风设备的工作状态，从而得到不同通风条件下煤尘和瓦斯的控制效果，根据模拟结果指导综掘工作的通风设计。
附图说明
图1是综掘工作面风流-瓦斯-粉尘多相耦合时空演化仿真实验装置结构示意图；
图2是仿真掘进主巷道的剖面结构示意图；
图3是数据分析监测站的放大结构示意图；
图4是掘进工作面放大结构示意图；
图中：1-数字化时空演化仿真实验平台；2-仿真掘进主巷道；3-仿真掘进辅助巷道；4-掘进机；5-多源瓦斯定量释放装置；6-多源粉尘定量产生装置；7-风幕调控器；8-数据测量端口；9-数据分析监测站；10-压风机；11-压风筒；12-湿式除尘风机；13-抽风筒；14-液体自动添加器；15-储水器；16-数据分析监测器；17-数据处理器；18-无极变频器；19-铁轨。
具体实施方式
结合图1至图4所示，本发明提供的综掘工作面风流-瓦斯-粉尘多相耦合时空演化仿真实验装置具体实施方式如下。
实施例1
综掘工作面风流-瓦斯-粉尘多相耦合时空演化仿真实验装置，包括仿真掘进主巷道、仿真掘进辅助巷道、掘进机、风机和数据分析监测站。风流、粉尘、瓦斯在仿真掘进主巷道和辅巷道内进行多相耦合，数据测量端口对风速-方向、粉尘粒度-浓度-距离、瓦斯浓度-距离进行实时数据采集，数据分析监测站对数据进行分析和可视化处理，得出风流-粉尘-瓦斯的时空演化规律和压抽风量及位置参数的调整方案，通过调整压抽风量、风幕自动调控器的安装位置及调风参数，确定综掘工作面不同粉尘-瓦斯释放量时不同通风方式的最佳通风标准，解决瓦斯赋存综掘工作面粉尘污染控制的难题，降低粉尘对工作人员的危害。
仿真掘进主巷道和仿真掘进辅助巷道的夹角在20-45°的范围内，或者根据实际模拟情况设定。掘进机设置在仿真掘进主巷道内，模拟实际的综掘机掘进头工况，风机包括抽风设备和压风设备，风机用于实现巷道通风，数据分析监测站对巷道内的监测数据进行处理分析。仿真掘进主巷道内掘进机的位置还设置有多源瓦斯定量释放装置和多源粉尘定量产生装置，用于模拟瓦斯和粉尘的情况，压风设备的压风筒还设置有风幕调控器，从而更好的调控通风参数。仿真掘进主巷道内均匀设置多个测点断面，每个测点断面设置有多个数据测量端口，数据测量端口实时采集风速-方向、粉尘粒度-浓度-距离、瓦斯浓度-距离数据，数据信息传输至数据分析监测站。其中数据测量端口包括矿用风流测速器、矿用粉尘采样器、矿用瓦斯监测器，数据测量端口将监测数据传输至数据分析监测站的数据分析监测器和数据处理器。数据分析监测站根据数据分析结果调整风机和自动风幕调控器的工况，模拟巷道掘进头的通风效果。其中数据处理器进行数据分析和可视化处理，通过大数据计算得出风量及位置参数的调整方案，数据分析监测站将调整参数传输至压风机、风幕调控器、湿式除尘风机，从而改变压风机的处理风量和位置、压风筒压风口位置、风幕自动调控器的出风量及位置、湿式除尘风机处理风量和位置、抽风筒抽风口位置等。
仿真掘进辅助巷道一端和仿真掘进主巷道相连，另一端开口，从而模拟实际的矿井通风情况；仿真掘进主巷道一端布置有掘进机，另一端开口，其中仿真掘进辅助巷道和仿真掘进主巷道共同简称为巷道。新鲜风流经过压风设备的压风筒和风幕调控器调整后，在仿真掘进主巷道内形成径向风流，径向风流与粉尘、瓦斯在巷道内进行多向耦合，抽风设备通过抽风筒将风抽出。
多源粉尘定量产生装置布置在掘进机的截割头处，模拟实际掘进头的产尘位置，多源粉尘定量产生装置产尘量为0.1g/s～1000g/s，粉尘的定量产生能够保证产尘的自动调节，从而实现装置模拟的自动化；多源瓦斯定量释放装置布置在掘进迎头处，瓦斯产生量为0.1m3/min～1000m3/min，瓦斯的定量产生能够使该实验装置模拟含瓦斯巷道的瓦斯产生情况，有助于实现装置模拟试验的自动化调整分析，进而为井下通风参数的自动化调整提供依据。
压风设备具体包括压风机、风幕调控器和压风筒，压风机布置在仿真掘进辅助巷道内，所述压风机和压风筒相连，风幕调控器设置在仿真掘进主巷道内的压风筒。抽风设备包括抽风筒、湿式除尘风机、液体自动添加器和储水器，湿式除尘风机布置在仿真掘进主巷道内，抽风筒与湿式除尘风机相连，液体自动添加器与储水器相连，液体自动添加器为湿式除尘风机供水。压风机和湿式除尘风机均设置有无极变频器，数据分析监测站控制无极变频器和风幕调控器工作。仿真掘进主巷道和仿真掘进辅助巷道内还设置有铁轨，压风机、湿式除尘风机、液体自动添加器和储水器均设置在铁轨上，并且可以沿铁轨移动。风幕调控器设置有两组出风口，出风口交错布置，抽风筒和压风筒挂设在巷道内。
当压风设备工作，抽风设备不工作，模拟单一压入式通风；当压风设备不工作，抽风设备工作，模拟单一抽出式通风；当压风设备工作，抽风设备同时工作，模拟混合式通风；当压风设备工作，抽风设备同时工作时，改变压风筒和抽风筒在仿真掘进主巷道内的长度，模拟长压短抽式通风。
该装置通过设置多源瓦斯定量释放装置和多源粉尘定量产生装置模拟掘进工作面产生粉尘和瓦斯，并且可以根据需要定量释放；设置风幕调控器能够调整径向出风量，压风设备和抽风设备配合能够实现对不同通风方式的模拟。
实施例2
一种综掘工作面风流-瓦斯-粉尘多相耦合时空演化仿真实验装置，整体上包括数字化时空演化仿真实验平台，还包括仿真掘进主巷道、仿真掘进辅助巷道、掘进机、风机和数据分析监测站；仿真掘进主巷道沿数字化时空演化仿真实验平台的长度方向布置，数据分析监测站布置在仿真掘进辅助巷道内，掘进机模拟综掘进头公开，风机模拟掘进工作面的通风。
仿真掘进主巷道和仿真掘进辅助巷道的夹角为锐角，掘进机设置在仿真掘进主巷道内，风机包括抽风设备和压风设备，用于实现巷道通风，数据分析监测站对巷道内的监测数据进行处理分析。仿真掘进主巷道内掘进机的位置还设置有多源瓦斯定量释放装置和多源粉尘定量产生装置，压风设备的压风筒还设置有风幕调控器。仿真掘进主巷道内均匀设置多个测点断面，每个测点断面设置有多个数据测量端口，数据测量端口实时采集风速-方向、粉尘粒度-浓度-距离、瓦斯浓度-距离数据，数据信息传输至数据分析监测站。
其中数据测量端口包括矿用风流测速器、矿用粉尘采样器、矿用瓦斯监测器，主要布置在仿真掘进主巷道内，数据测量端口将监测数据传输至数据分析监测站的数据分析监测器和数据处理器。在仿真掘进主巷道内分别在距仿真掘进主巷道左侧壁面0.8m、1.725m、2.65m，距数字化时空演化仿真实验平台前端0-5m、5-10m、10-15m，15-20m、20-25m，25-30m、30-35m、35-40m，且距数字化时空演化仿真实验平台底部0.5m、1m、1.5m、2.0m、2.5m处设置数据测量端口。数据分析监测站对数据进行分析和可视化处理，得出风流-粉尘-瓦斯的时空演化规律和压抽风量及位置参数的调整方案，通过调整压抽风量、风幕调控器的安装位置及调风参数，确定综掘工作面不同粉尘-瓦斯释放量时不同通风方式的最佳通风标准。
仿真掘进辅助巷道一端和仿真掘进主巷道相连，另一端开口；仿真掘进主巷道一端布置有掘进机，另一端开口，巷道内壁可以喷射混一层从而更好的模拟实际巷道。模拟时风流从仿真掘进辅助巷道的开口进入，从仿真掘进主巷道的开口放出。新鲜风流经过压风设备的压风筒和风幕调控器调整后，在仿真掘进主巷道内形成径向风流，径向风流与粉尘、瓦斯在巷道内进行多向耦合，抽风设备通过抽风筒将风抽出。另外，仿真掘进辅助巷道与仿真掘进主巷道的交叉点处，与仿真掘进主巷道掘进机安装端的距离约为31.5m，仿真掘进辅助巷道与仿真掘进主巷道轴线的锐角夹角为20-45°角。仿真掘进辅助巷道与仿真掘进主巷道可以为矩形巷道，宽度为3.45m，高度为3.25m；仿真掘进主巷道的长度为41.15m，仿真掘进辅助巷道的长度为14.5m。仿真掘进主巷道和仿真掘进辅助巷道内巷道底部还铺设有铁轨，压风机、湿式除尘风机、液体自动添加器和储水器均设置在铁轨上并沿铁轨移动。仿真掘进主巷道底部的铁轨为两组，每组宽度为0.55m，一组贯通仿真掘进主巷道，另一组连接仿真掘进主巷道和仿真掘进辅助巷道。抽风筒和压风筒挂设在巷道内，具体在仿真掘进主巷道左右两侧和仿真掘进辅助巷道左侧壁面均挂有钢丝绳，通过卡扣分别将压风筒、风幕自动调控器、抽风筒悬挂于左右两侧对应的巷道壁，压风筒的压风口、风幕自动调控器出风口、抽风筒抽风口的前后位置均可自由移动，满足仿真实验不同通风情况的要求。
多源粉尘定量产生装置布置在掘进机的截割头处，多源粉尘定量产生装置具有产尘源多、产尘量范围大的特点，采用功率为45kW的压力泵释放瓦斯，产尘量为0.1g/s～1000g/s。多源瓦斯定量释放装置布置在掘进迎头处，具有瓦斯源多、产瓦斯量大的特点，采用功率为60kW的压力泵释放瓦斯，瓦斯产生量为0.1m3/min～1000m3/min。
压风设备包括压风机、风幕调控器和压风筒，压风机布置在仿真掘进辅助巷道内，压风机和压风筒相连，风幕调控器设置在仿真掘进主巷道内的压风筒。抽风设备包括抽风筒、湿式除尘风机、液体自动添加器和储水器，湿式除尘风机布置在仿真掘进主巷道内，抽风筒与湿式除尘风机相连，液体自动添加器与储水器相连，液体自动添加器为湿式除尘风机提供除尘喷雾用水。压风机和湿式除尘风机均设置有无极变频器，数据分析监测站控制无极变频器和风幕调控器工作。风幕调控器设置有两组出风口，出风口均匀交错布置，模拟实际风幕机对工作面通风进行控制。
利用该装置进行模拟试验的方法，具体的操作如下。
压风设备工作，抽风设备不工作，模拟单一压入式通风；压风设备不工作，抽风设备工作，模拟单一抽出式通风；压风设备工作，抽风设备同时工作，模拟混合式通风；压风设备工作，抽风设备同时工作时，改变压风筒和抽风筒在仿真掘进主巷道内的长度，模拟长压短抽式通风。通过压风机、风幕调控器、湿式除尘风机的不同开关状态，可实现对煤矿综掘工作面单一压入式通风、单一抽出式通风、长压短抽式通风以及带风幕自动调控器的长压短抽式通风等不同情况的仿真实验研究，全面的仿真煤矿综掘工作面不同的通风情况。
将压风机和湿式除尘风机布置在煤矿综掘工作面规定位置，设定压风筒压风口、风幕调控器出风口和抽风筒抽风口在煤矿综掘工作面常用位置，启动压风机和湿式除尘风机，数据分析监测站设置风机的参数，通过无极变频器进行处理风量调节，并测定压风筒压风口、风幕调控器出风口和抽风筒抽风口的风量，是风量参数与综掘工作面的实际风流相吻合。
待风流运行稳定后，随后开启多源瓦斯定量释放装置和多源粉尘定量产生装置，瓦斯和粉尘按照设定的产生量扩散到仿真掘进主巷道和仿真掘进辅助巷道内，通过数据测量端口测量仿真掘进主巷道和仿真掘进辅助巷道各个测点的风速-方向、粉尘粒度-浓度-距离、瓦斯浓度-距离，通过数据分析监测站的数据分析监测器对数据进行采集，结合数据处理器进行数据分析和可视化处理，通过大数据计算得出风量及位置参数的调整方案，通过无极变频器将调整方案传输至压风机、风幕调控器、湿式除尘风机，从而改变压风机的处理风量和位置、压风筒压风口位置、风幕调控器的出风量及位置、湿式除尘风机处理风量和位置、抽风筒抽风口位置。
调整后待风流运行稳定、瓦斯和粉尘的扩散情况也达到波动稳定时，通过数据测量端口再次测量仿真掘进主巷道和仿真掘进辅助巷道各个测点的风速-方向、粉尘粒度-浓度-距离、瓦斯浓度-距离，再次通过数据分析监测站的数据分析监测器对数据进行采集，结合数据处理器进行数据分析和可视化处理，通过大数据计算得出风量及位置参数的调整方案，通过无极变频器将调整方案传输至压风机、风幕调控器、湿式除尘风机，从而改变压风机的处理风量和位置、压风筒压风口位置、风幕调控器的出风量及位置、湿式除尘风机处理风量和位置、抽风筒抽风口位置，重复以上流程，反复调整参数，最终通过分析风流-粉尘-瓦斯的时空演化规律，确定综掘工作面不同粉尘-瓦斯释放参数时不同通风方式的最佳通风标准，解决瓦斯赋存综掘工作面粉尘污染控制的难题，降低粉尘对煤矿工人的危害。
其中，数据分析监测器将矿用风流测速器、矿用粉尘采样器、矿用瓦斯监测器获取的风流-瓦斯-粉尘数据进行收集和整理；数据处理器将数据进行分析处理，自动调整风幕调控器、除尘风机和压风机的参数，调整内容包括：
(1)当粉尘和瓦斯扩散距离超过30m时，湿式除尘风机抽风量增大至450～500m3/min，移动抽风口，使抽风口距迎头距离减小至1～3m，压风机的出风量增大至350～450m3/min，压风口距迎头距离增大至10～15m，风幕调控器距迎头距离增大至15～20m，风幕调控器的轴径比参数减小至1:9～0:10。
(2)当粉尘和瓦斯扩散距离在20m-30m时，湿式除尘风机抽风量增大至400～450m3/min，将抽风口距迎头距离减小至1～5m，同时风幕调控器轴径比参数减小至1:9。
(3)当粉尘和瓦斯扩散距离在10m-20m时，抽风口距迎头距离减小至1～5m，风幕调控器轴径比参数减小至1:9。
试验过程中，模拟巷道控尘、控瓦斯的关键设备为风幕调控器和湿式除尘风机，风幕调控器产生风幕，湿式除尘风机的抽风作用增强风幕的能力。但风幕调控器产生风幕的效果受压风影响，因此压风机、除尘风机和风幕调控器之间是相互影响的，共同决定通风参数；经过试验得到如下规律：
在压风机、除尘风机和风幕调控器的功率和参数范围内，湿式除尘风机抽风量越大，抽风口距迎头距离越小，压风机出风量越大，压风口距迎头距离越大，风幕调控器距迎头距离越大，风幕调控器轴径比参数越小，粉尘和瓦斯被控制效果越好。
该装置通过多源粉尘定量产生装置按照仿真实验要求定量产生粉尘，多源瓦斯定量释放装置按照仿真实验需求定量产生瓦斯，风幕调控器按照仿真实验需求调控安装位置和径向出风量，风流由压风机压入，通过压风筒出风口和风幕自动调控装置径向出口吹出，在抽风筒负压吸风的作用下，在主巷道内运移并携带粉尘和瓦斯进入抽风口内。其中部分风流携带粉尘和瓦斯扩散至仿真实验装置中后部，矿用风流测速器、矿用粉尘采样器、矿用瓦斯监测器等数据测量端口对风流-粉尘-瓦斯的时空演化数据进行采集，并将数据传输至数据分析监测站，通过显微颗粒图像分析仪、激光粒度分析仪、瓦斯浓度分析仪等设备进行数据分析和可视化处理，将处理结果传输至压风机、湿式除尘风机、风幕调控器，通过改变其位置及工作参数，从而得到综掘工作面不同粉尘-瓦斯释放量时不同通风方式的最佳通风标准，解决瓦斯赋存综掘工作面粉尘污染控制的难题，降低粉尘对煤矿工人的危害。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.综掘工作面风流-瓦斯-粉尘多相耦合时空演化仿真实验装置，其特征在于，包括仿真掘进主巷道、仿真掘进辅助巷道、掘进机、风机和数据分析监测站；
所述仿真掘进主巷道和仿真掘进辅助巷道的夹角为20-45°，掘进机设置在仿真掘进主巷道内，风机包括抽风设备和压风设备，用于实现巷道通风，数据分析监测站对巷道内的监测数据进行处理分析；
所述仿真掘进主巷道内掘进机的位置还设置有多源瓦斯定量释放装置和多源粉尘定量产生装置，所述压风设备的压风筒上还设置有风幕调控器；新鲜风流经过所述压风设备的压风筒和风幕调控器调整后，在仿真掘进主巷道内形成径向风流，径向风流与粉尘、瓦斯在巷道内进行多相耦合，抽风设备通过抽风筒将含有粉尘和瓦斯的风抽出；
所述仿真掘进主巷道内均匀设置多个测点断面，每个测点断面设置有多个数据测量端口，数据测量端口实时采集风速-方向、粉尘粒度-浓度-距离、瓦斯浓度-距离数据，数据信息传输至数据分析监测站；数据分析监测站根据数据分析结果调整风机和自动风幕调控器的工况，模拟巷道掘进头的通风效果。
2.根据权利要求1所述的综掘工作面风流-瓦斯-粉尘多相耦合时空演化仿真实验装置，其特征在于，所述多源粉尘定量产生装置布置在掘进机的截割头处，产尘量为0.1g/s～1000g/s；所述多源瓦斯定量释放装置布置在掘进迎头处，瓦斯产生量为0.1m3/min～1000m3/min。
3.根据权利要求1所述的综掘工作面风流-瓦斯-粉尘多相耦合时空演化仿真实验装置，其特征在于，所述压风设备包括压风机、风幕调控器和压风筒，压风机布置在仿真掘进辅助巷道内，所述压风机和压风筒相连，风幕调控器设置在仿真掘进主巷道内的压风筒。
4.根据权利要求3所述的综掘工作面风流-瓦斯-粉尘多相耦合时空演化仿真实验装置，其特征在于，所述抽风设备包括抽风筒、湿式除尘风机、液体自动添加器和储水器，所述湿式除尘风机布置在仿真掘进主巷道内，抽风筒与湿式除尘风机相连，液体自动添加器与储水器相连，所述液体自动添加器为湿式除尘风机供水。
5.根据权利要求4所述的综掘工作面风流-瓦斯-粉尘多相耦合时空演化仿真实验装置，其特征在于，所述压风机和湿式除尘风机均设置有无极变频器，数据分析监测站控制无极变频器和风幕调控器工作。
6.根据权利要求1所述的综掘工作面风流-瓦斯-粉尘多相耦合时空演化仿真实验装置，其特征在于，所述数据测量端口包括矿用风流测速器、矿用粉尘采样器、矿用瓦斯监测器，数据测量端口将监测数据传输至数据分析监测站的数据分析监测器和数据处理器。
7.根据权利要求1所述的综掘工作面风流-瓦斯-粉尘多相耦合时空演化仿真实验装置，其特征在于，所述仿真掘进主巷道和仿真掘进辅助巷道内还设置有铁轨，所述压风机、湿式除尘风机、液体自动添加器和储水器均设置在铁轨上并沿铁轨移动。
8.根据权利要求7所述的综掘工作面风流-瓦斯-粉尘多相耦合时空演化仿真实验装置，其特征在于，所述风幕调控器设置有两组出风口，出风口交错布置；所述抽风筒和压风筒挂设在巷道内。
9.根据权利要求1所述的综掘工作面风流-瓦斯-粉尘多相耦合时空演化仿真实验装置，其特征在于，所述仿真掘进辅助巷道一端和仿真掘进主巷道相连，另一端开口；所述仿真掘进主巷道一端布置有掘进机，另一端开口。
10.根据权利要求1所述的综掘工作面风流-瓦斯-粉尘多相耦合时空演化仿真实验装置，其特征在于，所述压风设备工作，抽风设备不工作，模拟单一压入式通风；所述压风设备不工作，抽风设备工作，模拟单一抽出式通风；所述压风设备工作，抽风设备同时工作，模拟混合式通风；所述压风设备工作，抽风设备同时工作时，改变压风筒和抽风筒在仿真掘进主巷道内的长度，模拟长压短抽式通风。
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113049286A (zh) * | 2021-03-31 | 2021-06-29 | 山东科技大学 | 一种综掘面多场耦合动态追踪相似模拟系统及方法 |
| WO2021143068A1 (zh) * | 2020-01-17 | 2021-07-22 | 山东科技大学 | 综掘工作面风流-瓦斯-粉尘多相耦合时空演化仿真实验装置 |
| CN113781889A (zh) * | 2021-10-11 | 2021-12-10 | 山东科技大学 | 适应变综掘面的多瓦斯产生、喷射及闭合一体仿真系统 |
| CN114062206A (zh) * | 2021-10-29 | 2022-02-18 | 上海理工大学 | 一种多功能室内热环境模拟实验平台 |
| CN115773150A (zh) * | 2022-12-21 | 2023-03-10 | 安徽理工大学 | 煤矿井下巷道掘进粉尘治理方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001311400A (ja) * | 2000-04-28 | 2001-11-09 | Japan Railway Construction Public Corp | トンネル系風環境予測シミュレータ |
| CN101446205A (zh) * | 2008-12-25 | 2009-06-03 | 山东大学 | 无线传感器网络煤矿瓦斯监测系统 |
| CN103808488A (zh) * | 2014-02-17 | 2014-05-21 | 山东科技大学 | 一种用于掘进巷道气载粉尘运移及控制的仿真实验装置 |
| CN104390797A (zh) * | 2014-11-10 | 2015-03-04 | 山东科技大学 | 一种矿井工作面仿真实验装置 |
| CN106567724A (zh) * | 2015-10-09 | 2017-04-19 | 无锡国煤重工机械有限公司 | 井下变频通风方法 |
| CN109736804A (zh) * | 2019-01-15 | 2019-05-10 | 山东科技大学 | 一种综掘面压抽风流自动协同调控系统及其使用方法 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101520365B (zh) * | 2009-03-06 | 2011-05-04 | 山东科技大学 | 矿井巷道粉尘环境控制模拟试验系统 |
| CN102733843B (zh) * | 2011-04-15 | 2015-01-28 | 北京联合大学 | 一种模拟煤矿掘进巷道瓦斯运移规律的方法以及实验系统 |
| CN202560284U (zh) * | 2012-03-12 | 2012-11-28 | 徐州中矿安达矿山科技有限公司 | 一种综放面多种通风方式下的采空区流场模拟实验装置 |
| WO2014179573A1 (en) * | 2013-05-01 | 2014-11-06 | University Of Kentucky Research Foundation | Improvement of the blowing curtain face ventilation system for extended cut mining using passive regulator |
| CN206830225U (zh) * | 2017-06-08 | 2018-01-02 | 湖南科技大学 | 一种模拟综掘面可控循环附壁旋流通风控尘试验系统 |
| CN207701160U (zh) * | 2017-08-29 | 2018-08-07 | 河南理工大学 | 一种角度、通风、尘源可调的掘进巷道除尘模拟实验装置 |
| CN111237004A (zh) * | 2020-01-17 | 2020-06-05 | 山东科技大学 | 综掘工作面风流-瓦斯-粉尘多相耦合时空演化仿真实验装置 |
-
2020
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001311400A (ja) * | 2000-04-28 | 2001-11-09 | Japan Railway Construction Public Corp | トンネル系風環境予測シミュレータ |
| CN101446205A (zh) * | 2008-12-25 | 2009-06-03 | 山东大学 | 无线传感器网络煤矿瓦斯监测系统 |
| CN103808488A (zh) * | 2014-02-17 | 2014-05-21 | 山东科技大学 | 一种用于掘进巷道气载粉尘运移及控制的仿真实验装置 |
| CN104390797A (zh) * | 2014-11-10 | 2015-03-04 | 山东科技大学 | 一种矿井工作面仿真实验装置 |
| CN106567724A (zh) * | 2015-10-09 | 2017-04-19 | 无锡国煤重工机械有限公司 | 井下变频通风方法 |
| CN109736804A (zh) * | 2019-01-15 | 2019-05-10 | 山东科技大学 | 一种综掘面压抽风流自动协同调控系统及其使用方法 |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021143068A1 (zh) * | 2020-01-17 | 2021-07-22 | 山东科技大学 | 综掘工作面风流-瓦斯-粉尘多相耦合时空演化仿真实验装置 |
| CN113049286A (zh) * | 2021-03-31 | 2021-06-29 | 山东科技大学 | 一种综掘面多场耦合动态追踪相似模拟系统及方法 |
| CN113049286B (zh) * | 2021-03-31 | 2022-05-31 | 山东科技大学 | 一种综掘面多场耦合动态追踪相似模拟系统及方法 |
| CN113781889A (zh) * | 2021-10-11 | 2021-12-10 | 山东科技大学 | 适应变综掘面的多瓦斯产生、喷射及闭合一体仿真系统 |
| CN114062206A (zh) * | 2021-10-29 | 2022-02-18 | 上海理工大学 | 一种多功能室内热环境模拟实验平台 |
| CN115773150A (zh) * | 2022-12-21 | 2023-03-10 | 安徽理工大学 | 煤矿井下巷道掘进粉尘治理方法 |
| CN115773150B (zh) * | 2022-12-21 | 2024-04-09 | 安徽理工大学 | 煤矿井下巷道掘进粉尘治理方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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