CN205918440U - 瓦斯风压诱导井巷分支风流紊乱的定量实验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了瓦斯风压诱导井巷分支风流紊乱的定量实验装置，包括底座，卡环，进风口，并联管道，注气口，监测孔，出风口，可调节阀门，高压混合气体，风速传感器，气体浓度传感器，数据采集器，海绵双面胶薄片，减压阀，风机。本实用新型通过改变并联巷道分支倾角和充入气体的浓度，实现了瓦斯风压的改变，且通过改变并联巷道的风阻和风速实现了井巷分支风流紊乱内在条件的改变，并通过气体浓度传感器和风速传感器的监测判断了井巷分支风流在瓦斯风压作用下发生紊乱的情况。本实用新型涉及的实验装置设计新颖，定量分析了瓦斯风压对井巷分支风流紊乱的影响。
Description
技术领域
本实用新型属于矿井通风与瓦斯防治等技术领域，具体涉及瓦斯风压诱导井巷分支风流紊乱的定量实验装置。
背景技术
在煤矿开采过程中，由于煤与瓦斯突出、瓦斯的异常涌出或矿井局部通风不良，很容易造成高浓度瓦斯积聚。高浓度瓦斯积聚除了会对积聚区域人员造成窒息、形成瓦斯爆炸隐患外，还有可能影响风流的正常流动，甚至导致风流的停滞或逆转，形成更大的安全隐患。高浓度瓦斯在巷道空间积聚后，瓦斯的密度比空气小，由于浮力作用，有可能形成额外的瓦斯风压，产生与风机作用力方向相同或相反的力，造成井下分支风流增大、减小或停滞，扰乱通风系统。瓦斯积聚影响风流正常流动的方式往往是通过瓦斯风压扰乱风流。研究瓦斯风压诱导井巷分支风流紊乱对合理设计矿井抗灾系统、减小灾害波及范围、以及灾后救护和灾变时期通风等方面都有重要的理论和实践意义。张仁松根据现场实践经验首次提出瓦斯风压的概念，并结合实际进行了简单的分析。在他设定的条件下，下行风工作面平均瓦斯积聚浓度达到5.8％就能导致风流停滞或逆转。周爱桃运用数学方法，在非稳态条件下推导了瓦斯风压引起并联上行通风巷道旁侧支路风流逆转的判别式，与稳态条件下推导的结果相比，得出旁侧支路长度和风速的增大也有可能防止逆转现象发生的结论，该结论从风流惯性方面弥补了稳态法的不足。通过对目前研究现状的分析，国内外学者定性分析了瓦斯风压诱导井巷分支风流紊乱，但是没有建立起瓦斯风压诱导井巷分支风流紊乱的实验装置，定量分析瓦斯风压对井巷分支风流紊乱的影响。因此，为更好的认识瓦斯风压对井巷分支风流紊乱的影响，应基于瓦斯风压诱导井巷分支风流紊乱的机理，设计出一套瓦斯风压诱导井巷分支风流紊乱的定量分析实验装置。
发明内容
本实用新型为定量分析瓦斯风压对井巷分支风流紊乱的影响，设计了一套瓦斯风压诱导井巷分支风流紊乱的定量分析实验装置。该定量实验装置通过改变并联巷道分支倾角和充入气体的浓度，实现了瓦斯风压的改变。且通过改变并联巷道的风阻和风速实现了井巷分支风流紊乱内在条件的改变。
为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：所述的瓦斯风压诱导井巷分支风流紊乱的定量实验装置包括底座，卡环，进风口，并联管道，注气口，监测孔，出风口，可调节阀门，高压混合气体，风速传感器，气体浓度传感器，数据采集器，海绵双面胶薄片，减压阀，风机，其特征在于底座和并联管道通过卡环连接，进风口设计在进风横管道下部，出风口设计在出风横管道上部并与风机相连，风速传感器与气体浓度传感器均连接在各监测孔处，高压混合气体通过减压阀与注气口相连。
所述的并联管道，设计为用铁皮卷成的螺旋风管，并联管道由左侧长管道，中间长管道，右侧长管道，进风横管道，中间连通管道，出风横管道组成，所有管道无缝连接，其中左侧长管道，中间长管道，进风横管道，中间连通管道，出风横管道的直径均设计为10cm，右侧长管道的直径设计为15cm，且各管道内壁每隔2.5cm贴一条厚3.3mm，宽5mm的海绵双面胶薄片，以增加管壁的粗糙程度。
所述的底座和并联管道通过卡环连接，其中底座的倾角设计为可调节，调节范围在0°～90°，则并联管道的倾角范围在0°～90°。
所述的注气口设计在中间长管道下部，高压混合气体通过注气口进入管道，其中高压混合气体进入注气孔通过减压阀控制。
所述的监测孔设计在各管道壁上，其中在距离左侧长管道中部往下47cm处安装一个监测孔，在接近左侧长管道中部处安装一个监测孔，在距离左侧长管道上端10cm处安装一个监测孔，在中间连通管道右侧接近中间长管道处安装一个监测孔，在距离中间长管道上部 45cm处安装一个监测孔，在右侧长管道上与左侧长管道平行位置分别安装三个监测孔，在接近出风横管道和中间长管道的连通口处安装一个监测孔，在出风横管道上部距离出风口左侧10cm处安装一个监测孔，共安装监测孔十个。
所述的可调节阀门设计为六个档位的蝶阀，其中1档相当于完全封闭该阀门所在分支，6档相当于完全打开该分支，其中左侧长管道上部接近出风横管道处，中间长管道上部接近出风横管道处，右侧长管道上部接近出风横管道处，中间连通管道中部处，出风口处分别安装一个可调节阀门，可调节阀门均安装在各管道内部，与管壁无缝连接。
所述的风速传感器安装在每一个监测孔处并与数据采集器连接，其中风速传感器选用探头较小，适合测量管道低风速风流的美国欧米伽公司的FMA900A型风速仪，响应时间为250ms，精确度为0.04m/s，一共安装十个风速传感器。
所述的气体浓度传感器安装在每一个监测孔处并与数据采集器连接,其中气体浓度传感器的响应时间小于800ms，量程1％-100％，并在进风口处安装一个气体浓度传感器，且气体浓度传感器可检测室内空气中氧含量的变化，一共安装十个气体浓度传感器。
所述的高压混合气体为体积比为1:1的N2和He，混合气体在标准状况下的密度为0.7143g/L，与甲烷密度非常接近。
所述的风机安装在出风口处，本实验装置模拟抽出式通风，风机排风量的大小通过出风口处的可调节阀门控制。
附图说明
图1是本实用新型的整体示意图
图2是底座和卡环示意图
图3是并联管道构件示意图
图4是部分管道剖面示意图
图5是高压混合气体和减压阀示意图
图6是风速传感器示意图
图7是气体浓度传感器示意图
图8是数据采集器示意图
具体实施方式
如图1-图8所示，本实用新型的瓦斯风压诱导井巷分支风流紊乱的定量实验装置，包括底座1，卡环2，进风口3，并联管道4，注气口5，监测孔601-610，出风口7，可调节阀门801-805，高压混合气体9，风速传感器10，气体浓度传感器11，数据采集器12，海绵薄片13，风机14，减压阀15。底座1的倾角设计为可调节，调节范围在0°～90°；卡环2用来连接底座1和并联管道3；并联管道4设计成螺旋风管，包含左侧长管道401，中间长管道402，右侧长管道403，进风横管道404，中间连通管道405，出风横管道406，其中左侧长管道401，中间长管道402，右侧长管道403，进风横管道404，中间连通管道405和出风横管道406无缝连接，且左侧长管道401，中间长管道402，进风横管道404，中间连通管道405，出风横管道406的直径均设计为10cm，右侧长管道403的直径设计为15cm；进风口3设计在进风横管道404下部，并在进风口处安装气体浓度传感器1106；注气口5的孔直径设计为1cm，安装在中间长管道402下部；监测孔601设计在距离左侧长管道401中部往下47cm处，监测孔602设计在接近左侧长管道401中部处，监测孔603设计距离左侧长管道401上端10cm处，监测孔604设计在中间连通管道405右侧接近中间长管道402处，监测孔605设计在距离中间长管道402上部45cm处，监测孔606设计在右侧长管道403下部与监测孔601平行的位置，监测孔607设计在右侧长管道403中部与监测孔602平行的位置，监测孔608设计在右侧长管道403上部与监测孔603平行的位置，监测孔609设计在接近出风横管道406和中间长管道402的连通口处，监测孔610设计在出风横管道406上部距离出风口7左侧10cm处；出风口7设计在出风横管道406上部；可调节阀门801设计在左侧长管道401上部并处于监测孔603下部，可调节阀门802设计在中间连通管道405中部，可调节阀门803设计在 中间连通管道405上部并处于监测孔605上部，可调节阀门804设计在右侧长管道403上部并处于监测孔608下部，可调节阀门805设计在出风口7处；高压混合气体9为体积比1:1的N2和He，通过减压阀15与注气口5连接将混合气体注入中间长管道402中；风速传感器10和气体浓度传感器11通过螺纹拧在每个监测孔处并与数据采集器12相连，共需十个风速传感器10，十个气体浓度传感器11，二十个数据采集器12；海绵薄片13设计成厚3.3mm，宽5mm的海绵双面胶，沿管道内壁螺旋走向每隔2.5cm贴一个；风机14与出风口7相连。
本实用新型一种瓦斯风压诱导井巷分支风流紊乱的技术装置的原理：
一种瓦斯风压诱导井巷分支风流紊乱的技术装置核心在于底座的倾角可以调节，从而实现不同井巷高差的模拟；通过充入气体的量实现井巷不同甲烷气体浓度的模拟；并联巷道内部贴海绵薄片，模拟不同井巷分支风阻，右侧分支直径为15cm，用于模拟不同断面积的分支逆转情况，通过调节出风口阀门，控制巷道风速大小。井巷分支风流紊乱情况通过监测氧气浓度、风速来实现。
Claims (10)
1.一种瓦斯风压诱导井巷分支风流紊乱的定量实验装置，其特征在于：所述的瓦斯风压诱导井巷分支风流紊乱的定量实验装置包括底座，卡环，进风口，并联管道，注气口，监测孔，出风口，可调节阀门，高压混合气体，风速传感器，气体浓度传感器，数据采集器，海绵双面胶薄片，减压阀，风机，底座和并联管道通过卡环连接，进风口设计在进风横管道下部，出风口设计在出风横管道上部并与风机相连，风速传感器与气体浓度传感器均连接在各监测孔处，高压混合气体通过减压阀与注气口相连。
2.根据权利要求1所述的瓦斯风压诱导井巷分支风流紊乱的定量实验装置，其特征在于：所述的并联管道，设计为用铁皮卷成的螺旋风管，并联管道由左侧长管道，中间长管道，右侧长管道，进风横管道，中间连通管道，出风横管道组成，所有管道无缝连接，其中左侧长管道，中间长管道，进风横管道，中间连通管道，出风横管道的直径均设计为10cm，右侧长管道的直径设计为15cm，且各管道内壁每隔2.5cm贴一条厚3.3mm，宽5mm的海绵双面胶薄片，以增加管壁的粗糙程度。
3.根据权利要求1所述的瓦斯风压诱导井巷分支风流紊乱的定量实验装置，其特征在于：所述的底座和并联管道通过卡环连接，其中底座的倾角设计为可调节，调节范围在0°～90°，则并联管道的倾角范围在0°～90°。
4.根据权利要求1所述的瓦斯风压诱导井巷分支风流紊乱的定量实验装置，其特征在于：所述的注气口设计在中间长管道下部，高压混合气体通过注气口进入管道，其中高压混合气体进入注气孔通过减压阀控制。
5.根据权利要求1所述的瓦斯风压诱导井巷分支风流紊乱的定量实验装置，其特征在于：所述的监测孔设计在各管道壁上，其中在距离左侧长管道中部往下47cm处安装一个监测孔，在接近左侧长管道中部处安装一个监测孔，在距离左侧长管道上端10cm处安装一个监测孔，在中间连通管道右侧接近中间长管道处安装一个监测孔，在距离中间长管道上部45cm处安装一个监测孔，在右侧长管道上与左侧长管道平行位置分别安装三个监测孔，在接近出风横管道和中间长管道的连通口处安装一个监测孔，在出风横管道上部距离出风口左侧10cm处安装一个监测孔，共安装监测孔十个。
6.根据权利要求1所述的瓦斯风压诱导井巷分支风流紊乱的定量实验装置，其特征在于：所述的可调节阀门设计为六个档位的蝶阀，其中1档相当于完全封闭该阀门所在分支，6档相当于完全打开该分支，其中左侧长管道上部接近出风横管道处，中间长管道上部接近出风横管道处，右侧长管道上部接近出风横管道处，中间连通管道中部处，出风口处分别安装一个可调节阀门，可调节阀门均安装在各管道内部，与管壁无缝连接。
7.根据权利要求1所述的瓦斯风压诱导井巷分支风流紊乱的定量实验装置，其特征在于：所述的风速传感器安装在每一个监测孔处并与数据采集器连接，其中风速传感器选用探头较小，适合测量管道低风速风流的美国欧米伽公司的FMA900A型风速仪，响应时间为250ms，精确度为0.04m/s，一共安装十个风速传感器。
8.根据权利要求1所述的瓦斯风压诱导井巷分支风流紊乱的定量实验装置，其特征在于：所述的气体浓度传感器安装在每一个监测孔处并与数据采集器连接，其中气体浓度传感器的响应时间小于800ms，量程1％-100％，并在进风口处安装一个气体浓度传感器，且气体浓度传感器可检测室内空气中氧含量的变化，一共安装十个气体浓度传感器。
9.根据权利要求1所述的瓦斯风压诱导井巷分支风流紊乱的定量实验装置，其特征在于：所述的高压混合气体为体积比为1:1的N2和He，混合气体在标准状况下的密度为0.7143g/L，与甲烷密度非常接近。
10.根据权利要求1所述的瓦斯风压诱导井巷分支风流紊乱的定量实验装置，其特征在于：所述的风机安装在出风口处，本实验装置模拟抽出式通风，风机排风量的大小通过出风口处的可调节阀门控制。
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| CN201620779525.4U CN205918440U (zh) | 2016-07-22 | 2016-07-22 | 瓦斯风压诱导井巷分支风流紊乱的定量实验装置 |
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| CN109139083A (zh) * | 2018-09-12 | 2019-01-04 | 中国矿业大学 | 盾构施工隧道通风稀释涌入瓦斯气体的模拟实验系统 |
| CN109162761A (zh) * | 2018-09-13 | 2019-01-08 | 辽宁工程技术大学 | 一种煤层群多层采空区调压通风模拟分析装置及方法 |
-
2016
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| CN105971656B (zh) * | 2016-07-22 | 2017-12-22 | 中国矿业大学(北京) | 瓦斯风压诱导井巷分支风流紊乱的定量实验装置 |
| CN109139083A (zh) * | 2018-09-12 | 2019-01-04 | 中国矿业大学 | 盾构施工隧道通风稀释涌入瓦斯气体的模拟实验系统 |
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