CN111896210B - 一种煤矿转载点诱导气流及粉尘测定模拟实验系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种煤矿转载点诱导气流及粉尘测定模拟实验系统，预先在给料装置内装入煤料，下料高差不变的情况下，通过设定不同的溜槽倾角和不同的皮带速度，研究不同下料量对诱导气流和粉尘浓度影响；皮带速度不同的情况下，通过设定不同的下料量和溜槽倾角，研究不同下料高差对诱导气流和粉尘浓度影响；设定不同的溜槽倾角和不同的皮带速度，皮带速度设定为开启和运行两种状态，研究皮带启停对诱导气流和粉尘扩散的影响；溜槽倾角不变的情况下，通过设定不同的皮带速度和不同的下料量，研究皮带速度对诱导气流的影响。通过上述整个实验模拟系统，可以对煤矿井下转运点降尘提供理论支持。

Description

一种煤矿转载点诱导气流及粉尘测定模拟实验系统
技术领域
本发明涉及煤矿除尘模拟技术领域，更具体地说，涉及一种煤矿转载点诱导气流及粉尘测定模拟实验系统。
背景技术
在煤料转载过程中，煤料从上皮带下落到下皮带时会对周围空气产生拖拽、挤压作用，进而产生高压力诱导气流，与此同时，煤料夹带的粉尘颗粒在诱导气流造成的负压下扩散出来，造成巨大的环境污染，对作业区域的人身安全和健康造成伤害。转载点诱导气流和粉尘的产生和扩散过程可以概括为3个时间段：煤料下落区、煤料核心区和煤料碰撞区，其煤料核心区和煤料碰撞区是转载点产尘的主要过程。在每个产尘时间段，诱导气流都占据着主要作用，其作用主要表现在：①煤料下落时在落料管内产生的诱导气流携带煤块表面的粉尘颗粒在下落管内四处扩散；②在诱导气流与煤块共同下落撞击下皮带瞬间，二者运动方向被迫发生改变，从而激发起粘附在皮带表面的粉尘，诱导气流携带的粉尘颗粒从导料槽出口喷泄出来。
虽然国内外许多学者通过研究推导出一些诱导气流的经验计算公式，但得出的结论与工业实际具有较大误差，适用范围受到限制，无法指导工矿企业的安全生产，同时，影响因素对诱导气流的作用并不是独立的，往往有互相制约、互相联系的现象。
发明内容
针对现有采集方法的不足，提出一种煤矿转载点诱导气流及粉尘测定模拟实验系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种煤矿转载点诱导气流及粉尘测定模拟实验系统，包括：
PC板罩、给料装置、喷雾装置、皮带装置、抽风装置、风速-粉尘测试装置、粉尘粒度测试装置和计算机；
其中，PC板罩是采用铝合金空心管搭建立体结构骨架，通过有机玻璃在外侧对立体结构骨架进行封闭；在PC板罩内部沿中心轴方向分别依序设置抽风装置、给料装置及皮带装置；
给料装置以振动给料方式，按照预设给料量给出煤料并输送至皮带装置，抽风装置用于产生朝向给料装置的风力；喷雾装置包括一垂直正对皮带装置的除尘喷头，以向皮带装置的运输皮带上的煤料喷撒除尘雾剂；风速-粉尘测试装置、粉尘粒度测试装置均设置于PC板罩内部，以进行测试数据采集；风速-粉尘测试装置和粉尘粒度测试装置连接至计算机，以将测试结果传输至计算机进行显示。
其中，PC板罩一端设置抽风装置，抽风装置包括抽风风机和抽风风管，所述抽风风机固定于PC板罩的有机玻璃上，连接抽风风管，所述抽风风管伸出至所述PC板罩外侧，联通PC板罩内外。
其中，给料装置包括料仓、给料机和溜槽；料仓位于给料机上方，给料机出口处与溜槽相连接，溜槽连接料仓和皮带装置的运输皮带；给料机为振动给料，将料仓内存储的煤料通过溜槽输送至皮带装置的运输皮带。
其中，喷雾装置包括水箱、水管、水泵和除尘喷头；水箱和水泵设置于PC板罩外部，水箱通过水管连接除尘喷头，水管从PC板罩外部伸入至PC板罩内；水泵设置于水箱和除尘喷头之间的水管上。
其中，皮带装置包括运输皮带和调频器，运输皮带固定于PC板罩内部底部，调频器连接运输皮带，以调节运输皮带的运输速度。
其中，PC板罩顶部设置溜槽测点，热敏式风速仪安装在溜槽测点，连接计算机，以实时监测PC板罩内部风速。
其中，PC板罩上靠近溜槽的位置设置导料槽测点，防爆粉尘测试仪安装在PC板罩外部，通过光散射方式测量导料槽测点不同粒度粉尘的浓度。
区别于现有技术，本发明提供了一种煤矿转载点诱导气流及粉尘测定模拟实验系统，预先在给料装置内装入煤料，下料高差不变的情况下，通过设定不同的溜槽倾角和不同的皮带速度，研究不同下料量对诱导气流和粉尘浓度影响；皮带速度不同的情况下，通过设定不同的下料量和溜槽倾角，研究不同下料高差对诱导气流和粉尘浓度影响；设定不同的溜槽倾角和不同的皮带速度，皮带速度设定为开启和运行两种状态，研究皮带启停对诱导气流和粉尘扩散的影响；溜槽倾角不变的情况下，通过设定不同的皮带速度和不同的下料量，研究皮带速度对诱导气流的影响。上述实验过程中，通过风速-粉尘测试装置和粉尘粒度测试装置实时测定煤矿转载过程中粉尘相关参数的变化量以及喷雾系统的降尘效果。通过上述整个实验模拟系统，可以对煤矿井下转运点降尘提供理论支持。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明提供的一种煤矿转载点诱导气流及粉尘测定模拟实验系统的结构示意图。
图2是本发明提供的一种煤矿转载点诱导气流及粉尘测定模拟实验系统中转运点诱导气流实验平台的给料装置的结构示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
参阅图1，本发明提供了一种煤矿转载点诱导气流及粉尘测定模拟实验系统，包括：
PC板罩、给料装置、喷雾装置、皮带装置、抽风装置、风速-粉尘测试装置、粉尘粒度测试装置和计算机；
其中，PC板罩是采用铝合金空心管1搭建立体结构骨架，通过有机玻璃2在外侧对立体结构骨架1进行封闭，模拟最常见的煤矿巷道；在PC板罩内部沿中心轴方向分别依序设置抽风装置、给料装置及皮带装置。
PC板罩一端设置抽风装置，抽风装置包括抽风风机12和抽风风管13，所述抽风风机12固定于PC板罩的有机玻璃2上，连接抽风风管13，所述抽风风管13伸出至所述PC板罩外侧，联通PC板罩内外。
如图2所示，给料装置包括料仓3、给料机4和溜槽5；料仓3位于给料机4上方，给料机4出口处与溜槽5相连接，溜槽5连接料仓3和皮带装置的运输皮带10；给料机4为振动给料，将料仓3内存储的煤料通过溜槽5输送至皮带装置的运输皮带10。
水箱6、水泵7、除尘喷头8和水管9组成喷雾系统，水箱6设置在PC板罩外单独布置，水箱6直接放置在地面上，水箱6侧下方安装有出水管，通过水管9与水泵7相连接，除尘喷头8通过水管9与水泵7连接，水泵7与除尘喷头8连接的水管9穿过PC板罩的侧面，PC板罩与水管接触的地方密封，避免产生漏气现象，除尘喷头8布置在运输皮带10上方，设有一个除尘喷头，此除尘喷头8能产生水雾，降尘范围可覆盖整个运输皮带10。运输皮带10位于溜槽5下端口处，运输皮带10侧方安装有调频器11，可改变运输皮带10运送煤料的速度，抽风风机12与抽风风管13组成抽风系统，抽风系统布置在在料仓3斜上方，PC板罩通过有机玻璃板与抽风风管13紧密连接，抽风风机12位于抽风风管13吸风口处，抽风装置用于模拟煤巷内的通风情况。热敏式风速仪与计算机14组成风速-粉尘测试装置，热敏式风速仪实验时安装在溜槽测点15处，通过USB接口与计算机14相连，用于实时监测抽风风机产生的风速对溜槽5处煤料的影响情况，防爆粉尘测试仪16安装在PC板罩外部，通过光散射的方式测定导料槽测点17处煤料运输过程中的粉尘浓度。
PC板罩内部空腔尺寸的选择，考虑到的是尽可能与最常见的煤矿巷道尺寸相一致，从而尽可能降低实验的系统误差。长方体形状的框架的条边均为不锈钢角钢，相互焊接成一体，采用不锈钢角钢制成的框架，便于有机玻璃2的安装与固定。PC板罩的四块有机玻璃2与长方体形状的框架之间为可拆卸连接，方便于有机玻璃内各设备的检修与维护。
运输皮带10由带变频器11的电机驱动。可以实现不同转速的调节，进一步拓宽整个仿真实验装置的使用范围，进一步提升整体的仿真性能。
本煤矿转载点诱导气流及粉尘测定模拟实验可采用以下步骤：
步骤1，选取粒度相对均匀的末煤作为实验材料，通过晾晒和湿度测试，保证湿度基本一致，将煤料预先装入料仓3中；接通电源打开抽风风机12，使PC板罩内的风速尽量与煤矿井下实际情况相符合，通过在溜槽测点15安装的热敏式风速仪观察风速，由于热敏式风速仪与计算机14相连，即可在计算机14上实时观测；打开喷雾装置，调试除尘喷头8的工作状态，保证除尘喷头8正常工作；防爆粉尘测试仪16对准导料槽测点17，通过观测粉尘浓度来研究喷雾系统的降尘效果，使其整个实验系统的模拟情况与实际煤巷更接近。
步骤2，观测不同下料量对诱导气流和粉尘浓度影响，溜槽5为可伸缩的U形槽，运输皮带10可通过调频器11调节运行速度并实现0到1m/s无限调节，保持给料机4下料高差不变，通过U形槽伸缩改变溜槽5倾角，通过调频器11调频改变运输皮带10速度，分别设定相关参数，观测转运点不同下料量诱导气流实验变化情况。同时通过风速-粉尘测试装置的热敏式风速仪观测煤矿转运过程中转运长度和运输速度对煤巷风速的影响情况；通过防爆粉尘测试仪16观测煤矿转运过程中转运长度和运输速度对粉尘浓度、粒度的影响情况，同时检测喷雾系统的降尘效果。
步骤3，观测不同下料高差对诱导气流和粉尘浓度影响，通过调频器11设置使运输皮带10保持一固定运行速度不变，上述给料机4为振动给料机，通过给料机4改变下料量，通过U形槽伸缩改变溜槽5倾角，分别设定相关参数，观测转运点不同下料高差诱导气流实验变化情况。同时通过风速-粉尘测试装置的热敏式风速仪观测煤矿转运过程中转运长度和下料量对煤巷风速的影响情况；通过防爆粉尘测试仪16观测煤矿转运过程中转运长度和下料量对粉尘浓度、粒度的影响情况，同时检测喷雾系统的降尘效果。
步骤4，观测运输皮带10运动情况对诱导气流和粉尘浓度影响，该步骤可分为两个小步骤，分别为运输皮带10启停对诱导气流和粉尘扩散的影响和运输皮带10运行速度对诱导气流的影响。观测运输皮带10启停对诱导气流和粉尘扩散的影响时，运输皮带10运行速度通过调频器11设置为0和某一固定值，通过U形槽伸缩改变溜槽5倾角和下料高差，通过振动给料机4改变下料量，分别设定相关参数，观测运输皮带10启停对诱导气流和粉尘扩散的影响情况。同时通过风速-粉尘测试装置的热敏式风速仪观测煤矿转运过程中运输皮带启停对煤巷风速的影响情况；通过防爆粉尘测试仪16观测煤矿转运过程中运输皮带启停对粉尘浓度、粒度的影响情况，同时检测喷雾系统的降尘效果。观测运输皮带10运行速度对诱导气流和粉尘扩散影响时，U形槽不发生改变，即溜槽5倾角和下料高差保持不变，通过调频器11调频改变运输皮带10运行速度，通过给料机4改变下料量，分别设定相关参数，观测运输皮带10运行速度对诱导气流影响情况。同时通过风速-粉尘测试装置的热敏式风速仪观测煤矿转运过程中运输皮带10运行速度对煤巷风速的影响情况；通过粉尘粒度测试装置的防爆粉尘测试仪16观测煤矿转运过程中运输皮带10运行速度对粉尘浓度、粒度的影响情况，同时检测喷雾系统的降尘效果。
与此同时，通过上述煤矿转载点诱导气流及粉尘测定模拟实验数据对比分析，可准确地测试转运点落煤系统在不同落料高差、不同下料量、不同溜槽角度以及不同皮带运行速度等四个影响因素对测点诱导气流和煤尘浓度的影响规律，为转运点降尘提供理论支持。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (6)

1.一种煤矿转载点诱导气流及粉尘测定模拟实验系统，其特征在于，包括：PC板罩、给料装置、喷雾装置、皮带装置、抽风装置、风速-粉尘测试装置、粉尘粒度测试装置和计算机；
其中，PC板罩是采用铝合金空心管搭建立体结构骨架，通过有机玻璃在外侧对立体结构骨架进行封闭；在PC板罩内部沿中心轴方向分别依序设置抽风装置、给料装置及皮带装置；
给料装置以振动给料方式，按照预设给料量给出煤料并输送至皮带装置，抽风装置用于产生朝向给料装置的风力；喷雾装置包括一垂直正对皮带装置的除尘喷头，以向皮带装置的运输皮带上的煤料喷撒除尘雾剂；风速-粉尘测试装置、粉尘粒度测试装置均设置于PC板罩内部，以进行测试数据采集；风速-粉尘测试装置和粉尘粒度测试装置连接至计算机，以将测试结果传输至计算机进行显示；
给料装置包括料仓、给料机和溜槽；料仓位于给料机上方，给料机出口处与溜槽相连接，溜槽连接料仓和皮带装置的运输皮带；给料机为振动给料，将料仓内存储的煤料通过溜槽输送至皮带装置的运输皮带；
实验过程包括：
预先在给料装置内装入煤料，下料高差不变的情况下，通过设定不同的溜槽倾角和不同的皮带速度，研究不同下料量对诱导气流和粉尘浓度影响；皮带速度不同的情况下，通过设定不同的下料量和溜槽倾角，研究不同下料高差对诱导气流和粉尘浓度影响；设定不同的溜槽倾角和不同的皮带速度，皮带速度设定为开启和运行两种状态，研究皮带启停对诱导气流和粉尘扩散的影响；溜槽倾角不变的情况下，通过设定不同的皮带速度和不同的下料量，研究皮带速度对诱导气流的影响；通过风速-粉尘测试装置和粉尘粒度测试装置实时测定煤矿转载过程中粉尘相关参数的变化量以及喷雾系统的降尘效果。
2.根据权利要求1所述的煤矿转载点诱导气流及粉尘测定模拟实验系统，其特征在于，所述PC板罩一端设置抽风装置，抽风装置包括抽风风机和抽风风管，所述抽风风机固定于PC板罩的有机玻璃上，连接抽风风管，所述抽风风管伸出至所述PC板罩外侧，联通PC板罩内外。
3.根据权利要求1所述的煤矿转载点诱导气流及粉尘测定模拟实验系统，其特征在于，所述喷雾装置包括水箱、水管、水泵和除尘喷头；水箱和水泵设置于PC板罩外部，水箱通过水管连接除尘喷头，水管从PC板罩外部伸入至PC板罩内；水泵设置于水箱和除尘喷头之间的水管上。
4.根据权利要求1所述的煤矿转载点诱导气流及粉尘测定模拟实验系统，其特征在于，所述皮带装置包括运输皮带和调频器，运输皮带固定于PC板罩内部底部，调频器连接运输皮带，以调节运输皮带的运输速度。
5.根据权利要求1所述的煤矿转载点诱导气流及粉尘测定模拟实验系统，其特征在于，PC板罩顶部设置溜槽测点，热敏式风速仪安装在溜槽测点，连接计算机，以实时监测PC板罩内部风速。
6.根据权利要求1所述的煤矿转载点诱导气流及粉尘测定模拟实验系统，其特征在于，PC板罩上靠近溜槽的位置设置导料槽测点，防爆粉尘测试仪安装在PC板罩外部，通过光散射方式测量导料槽测点不同粒度粉尘的浓度。
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