CN112595536A - 一种模拟综掘工作面掘进机截割产尘的实验系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种模拟综掘工作面掘进机截割产尘的实验系统，包括模拟巷道以及设置在其内部的粉尘添加部分、模拟产尘部分、供风部分，所述粉尘添加部分连接模拟产尘部分，供风部分位于模拟产尘部分前方；所述粉尘添加部分包括射流引射装置，射流引射装置左侧入口连接压风管，射流引射装置上方入口通过吸尘管连接集尘器，射流引射装置右侧出口连接粉尘输送管；所述模拟产尘部分包括模拟壁面以及设置在模拟壁面上的粉尘出口，粉尘出口和粉尘输送管连通。本发明仿照掘进机截割头截割破碎煤壁产生的破碎产尘带，能够模拟掘进机不同工作状态时的产尘区域，使降尘技术的研发过程更具有目的性，在实验室即可完成针对性调试，提高现场应用成功率。

Description

一种模拟综掘工作面掘进机截割产尘的实验系统
技术领域
本发明涉及模拟产尘的实验系统，具体涉及一种模拟综掘工作面掘进机截割产尘的实验系统。
背景技术
掘进机作为一种先进而高效的大型机械化装备近年来在我国巷道、隧道掘进工作中得到大范围推广。但快速高强度的掘进作业也导致粉尘产生量大幅增加，尤其在井工矿的综掘工作面，产尘量最高可达1000-3000mg/m3。由粉尘引发的尘肺病是我国第一大职业疾病，严重威胁工人的身心健康。
当前综掘工作面降尘技术研发时大多注重在实验室条件下装备自身参数的优化和提升，比如喷雾降尘的喷嘴孔径、结构，泡沫降尘的发泡量、发泡剂性能等，很少有研究人员从掘进机截割产尘特点这一源头出发来考虑降尘技术的研发，往往在实验室研制成功后就直接在现场进行应用。由于和实际产尘情况匹配不合理，降尘效果会大打折扣。掘进工作面现场条件随机性很大，可用于改造降尘设备的条件远不及实验室完善，很难提供足够的人力、物力予以支持。因此，实际降尘效率难以保证，同时也不利于降尘技术的推广应用。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于提供一种可在实验室完成针对性调试，提高现场应用成功率，确保实际降尘效率，提高降尘技术推广应用率的模拟综掘工作面掘进机截割产尘的实验系统。
技术方案：本发明包括模拟巷道以及设置在模拟巷道内的粉尘添加部分、模拟产尘部分、供风部分，所述粉尘添加部分连接模拟产尘部分，供风部分位于模拟产尘部分前方，供风部分用于模拟综掘工作面压入、抽出式通风；所述粉尘添加部分包括射流引射装置，射流引射装置左侧入口连接压风管，射流引射装置上方入口通过吸尘管连接集尘器，射流引射装置右侧出口连接粉尘输送管；所述模拟产尘部分包括模拟壁面以及设置在模拟壁面上的粉尘出口，粉尘出口和粉尘输送管连通。
所述吸尘管上设有第一电磁调节阀，用于调节粉尘添加量；所述压风管上设有第二电磁调节阀，用于调节进入射流引射装置的压风量。
所述粉尘添加部分有四组，粉尘出口为圆环形，圆环形粉尘出口分成四等份后分别与每组粉尘添加部分中的粉尘输送管连接，实现模拟掘进机不同工作状态时的产尘区域。
所述粉尘出口的每一等份背面均开设两个粉尘入口；所述射流引射装置右侧出口通过一分二分配器连接两个粉尘输送管，粉尘输送管通过粉尘入口与粉尘出口连通，使得粉尘添加部分的粉尘能够输送至模拟产尘部分。
所述粉尘出口的两侧对称设置一组风速传感器，在每个风速传感器和粉尘出口之间还设有粉尘浓度传感器，能够实时检测粉尘出口附近的风速与粉尘浓度。
所述供风部分分为两组，位于模拟产尘部分前方两侧，每一组供风部分包括轴流风机和风筒，风筒一端连接轴流风机，风筒另一端靠近模拟产尘部分，为模拟产尘部分提供风力。
所述风筒采用带刚性骨架的可伸缩风筒，可以根据实际需要调整风筒的长度。
所述轴流风机的电机为可反转变频电机，能够实现壁面风速的调整，同时风机可以反转，能够模拟抽出式通风条件。
有益效果：本发明与现有技术相比，其有益效果在于：能够为降尘技术研发提供更符合截割产尘特点的实验平台，提高降尘装置在应用过程中的针对性，减少在工作面现场的二次改造，有利于技术的推广应用，为降尘技术更高效、更精准地防治粉尘提供了有力保障。
附图说明
图1为本发明中模拟巷道横截面示意图；
图2为本发明的整体位置示意图；
图3为本发明中粉尘添加部分的结构示意图；
图4为图3中射流引射装置剖面示意图；
图5为本发明中模拟产尘部分的结构示意图；
图6为图5中模拟产尘部分的粉尘入口示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式和说明书附图对本发明做进一步详细描述。
如图1和图2所示，本发明包括模拟巷道1以及设置在模拟巷道1内的粉尘添加部分、模拟产尘部分2、供风部分3。模拟巷道1横截面下半部分为长方形，上半部分为半圆。粉尘添加部分连接模拟产尘部分2，供风部分3位于模拟产尘部分2前方，供风部分3用于模拟综掘工作面压入、抽出式通风。供风部分3分为两组，位于模拟产尘部分2前方两侧，每一组供风部分包括轴流风机17和风筒18，风筒18一端连接轴流风机17，风筒18另一端靠近模拟产尘部分2。本实施例中，风筒18采用带刚性骨架的可伸缩风筒。轴流风机17的电机为可反转变频电机。
如图3所示，粉尘添加部分包括射流引射装置7，射流引射装置7左侧入口连接压风管4，压风管4上依次设有第二电磁调节阀52和涡街流量计6，其中，第二电磁调节阀52用于调节进入射流引射装置7的压风量。射流引射装置7上方入口通过吸尘管9连接集尘器8，吸尘管9上依次设有第一电磁调节阀51和气/固两相流质量流量计10，其中，第一电磁调节阀51用于调节粉尘添加量。射流引射装置7右侧出口设有一分二分配器11，一分二分配器11的输出端连接两个粉尘输送管12。本实施例中，粉尘添加部分有四组，分别与模拟产尘部分2连接。
如图4所示，射流引射装置7包括从左向右依次连通的射流引射装置入口端71、射流喷嘴72、吸尘腔体73、喉管75、扩散管76、射流引射装置出口端77。其中，射流引射装置入口端71、吸尘腔体73、喉管75、扩散管76、射流引射装置出口端77的中心轴线均处于同一水平线上。射流喷嘴72水平设置在吸尘腔体73内，且射流喷嘴72的中心轴线与喉管75的中心轴线重合；此外，射流喷嘴72呈前宽后窄型，且射流喷嘴72的前半部分紧贴吸尘腔体73的内壁设置，射流喷嘴72末端与喉管75之间留有间隔，为粉尘与压风的汇合提供空间。射流引射装置入口端71以及射流引射装置出口端77与压风管4相连，采用压风作为工作流体。吸尘腔体73顶面靠近右端的位置向上开设吸尘口74，集尘器8通过吸尘管9和吸尘口74连通射流引射装置7的吸尘腔体73。
如图5所示，模拟产尘部分2包括模拟壁面13、粉尘出口14、风速传感器15、粉尘浓度传感器16、粉尘入口19。粉尘出口14设置在模拟壁面13中央，粉尘出口14为圆环形，且圆环形粉尘出口环宽可调，本发明依据对掘进机截割过程的大量观测经验，将产尘区域设计成圆环形，更符合实际产尘状态。圆环形粉尘出口分成四等份，如图6所示，每一等份的圆环形粉尘出口背面均开设两个圆形的粉尘入口19。每一组粉尘添加部分上的粉尘输送管12分别通过粉尘入口19连接至每一等份的圆环形粉尘出口，实现粉尘添加部分和模拟产尘部分2的衔接。粉尘出口14的两侧对称设置一组风速传感器15，在每个风速传感器和粉尘出口14之间还设有粉尘浓度传感器16。上位机与涡街流量计6、气/固两相流质量流量计10、风速传感器15、粉尘浓度传感器16、轴流风机17相连，可以实时显示压风量、粉尘添加流量和圆环形粉尘出口附近的风速与粉尘浓度。
每组粉尘添加部分都可以通过电磁调节阀实现独立开启关闭、调整粉尘添加量。粉尘添加部分全部开启时，可以模拟截割头初始截割进入壁面的产尘状态；当只打开与圆环形粉尘出口右半部分或左半部分相连的两组粉尘添加部分时，可以模拟掘进机截割头水平向右或向左摆动截割时的产尘状态；当只打开与圆环形粉尘出口上半部分或下半部分相连的两组粉尘添加部分时，可以模拟掘进机截割头水平向上或向下摆动截割时的产尘状态；可变频的轴流风机通过扇叶转速的改变能够实现壁面风速的调整，同时风机可以反转，能够模拟抽出式通风条件，若两组风机分别正转、反转，又可模拟“长压短抽”混合通风方式，与隧道、巷道综掘工作面现场的实际工况条件更加匹配。下面通过两个实施例对本发明做具体描述。
实施例一：
模拟巷道1的横截面下半部分为长2米、高1.5米的长方形，上半部分为半径1米的半圆。一个风筒18长3米，一端和轴流风机17相连，另一端距模拟壁面13一米，轴流风机17反转从模拟壁面13附近抽风；另一个风筒18长5米，一端和轴流风机17相连，另一端距模拟壁面1三米，轴流风机正转向模拟壁面13提供正压风。打开与圆环形粉尘出口14右侧相连的两组粉尘添加部分，模拟“长压短抽”混合式通风下，掘进机截割头水平向右摆动截割时的产尘状态。
实施例二：
两个风筒18均长5米，一端和轴流风机17相连，另一端距模拟壁面1两米，仅开启一个轴流风机正转，向模拟壁面13提供正压风。打开与圆环形粉尘出口14上侧相连的两组粉尘添加部分，模拟压入式通风下掘进机截割头向上摆动截割时的产尘状态。
本发明的模拟产尘实验系统能够为降尘技术研发提供更符合截割产尘特点的实验平台，提高降尘装置在应用过程中的针对性，减少在工作面现场的二次改造，有利于技术的推广应用，为降尘技术更高效、更精准地防治粉尘提供了有力保障。

Claims (8)

1.一种模拟综掘工作面掘进机截割产尘的实验系统，其特征在于：包括模拟巷道(1)以及设置在模拟巷道(1)内的粉尘添加部分、模拟产尘部分(2)、供风部分(3)，所述粉尘添加部分连接模拟产尘部分(2)，供风部分(3)位于模拟产尘部分(2)前方，供风部分(3)用于模拟综掘工作面压入、抽出式通风；
所述粉尘添加部分包括射流引射装置(7)，射流引射装置(7)左侧入口连接压风管(4)，射流引射装置(7)上方入口通过吸尘管(9)连接集尘器(8)，射流引射装置(7)右侧出口连接粉尘输送管(12)；
所述模拟产尘部分(2)包括模拟壁面(13)以及设置在模拟壁面(13)上的粉尘出口(14)，粉尘出口(14)和粉尘输送管(12)连通。
2.根据权利要求1所述模拟综掘工作面掘进机截割产尘的实验系统，其特征在于：所述吸尘管(9)上设有第一电磁调节阀(51)，用于调节粉尘添加量；所述压风管(4)上设有第二电磁调节阀(52)，用于调节进入射流引射装置(7)的压风量。
3.根据权利要求1所述模拟综掘工作面掘进机截割产尘的实验系统，其特征在于：所述粉尘添加部分有四组，粉尘出口(14)为圆环形，圆环形粉尘出口分成四等份后分别与每组粉尘添加部分中的粉尘输送管(12)连接。
4.根据权利要求3所述模拟综掘工作面掘进机截割产尘的实验系统，其特征在于：所述粉尘出口(14)的每一等份背面均开设两个粉尘入口(19)；所述射流引射装置(7)右侧出口通过一分二分配器(11)连接两个粉尘输送管(12)，粉尘输送管(12)通过粉尘入口(19)与粉尘出口(14)连通。
5.根据权利要求1所述模拟综掘工作面掘进机截割产尘的实验系统，其特征在于：所述粉尘出口(14)的两侧对称设置一组风速传感器(15)，在每个风速传感器和粉尘出口(14)之间还设有粉尘浓度传感器(16)。
6.根据权利要求1所述模拟综掘工作面掘进机截割产尘的实验系统，其特征在于：所述供风部分(3)分为两组，位于模拟产尘部分(2)前方两侧，每一组供风部分包括轴流风机(17)和风筒(18)，风筒(18)一端连接轴流风机(17)，风筒(18)另一端靠近模拟产尘部分(2)。
7.根据权利要求6所述模拟综掘工作面掘进机截割产尘的实验系统，其特征在于：所述风筒(18)采用带刚性骨架的可伸缩风筒。
8.根据权利要求6所述模拟综掘工作面掘进机截割产尘的实验系统，其特征在于：轴流风机(17)的电机为可反转变频电机。
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