模拟综掘面巷道热湿环境中粉尘运移的可视化试验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种模拟综掘面巷道热湿环境中粉尘运移的可视化试验装置及方法，包括模型巷道、发尘系统、热湿气体供给系统、通风系统、流场监测系统和除尘系统。通过模拟巷道热湿环境中粉尘在通风系统作用下的运移过程，可视化研究不同产尘量、抽压比和通风方式条件下粉尘的运移特征。通过粉尘分布的定量与定性信息，分析通风系统作用下粉尘扩散、运移、沉降及分布等特征信息，并分析各信息的内在联系，揭示复杂风流作用下综掘面巷道的粉尘运移及分布的时空变化规律，确定合理的通风控尘参数，对目标工作面控尘工艺进行优化，为综掘面的风场达到最优排尘情况提供有效依据。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种巷道模型可视化试验装置及方法，尤其是一种适用于模拟热湿环境下的多通风情况的巷道模型试验装置及方法，属于安全工程通风除尘模型试验领域。
技术介绍
随着煤矿综合综掘机械化程度和生产强度的提高，煤矿尘害问题日益突出。尤其是综掘面巷道粉尘产量大、浓度高。据报道，在未采取防尘措施时，综掘面巷道的全尘浓度严重超标直接导致粉尘爆炸隐患增大。同时，司机处呼吸性粉尘浓度严重超标，导致煤炭行业尘肺病人增多。煤尘不仅危害作业人员的身体健康，而且有可能引起煤尘爆炸，酿成矿井重大灾害事故。因此，采取有效措施降低巷道中的粉尘浓度，已成为煤炭行业控制尘肺病发生和防止煤尘爆炸的头等重要的事情。综合分析国内外主要的粉尘防治措施得，现有的防尘、除尘技术和管理措施存在很大局限性，粉尘防治效果并不理想，其本质问题就在于目前对粉尘分布规律尚不清晰，致使现场很多除尘系统的设计、设备的布置都不能达到最佳效果或者不能使用在关键点上。因此，研究粉尘在综掘面巷道的运移规律，特别是开展巷道热湿环境下粉尘的分布规律研究，对制定有效的防尘、降尘措施意义重大，对有效控制矿尘、改善劳动条件、提高生产效率和保证矿井的安全生产具有深远意义。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种结构及方法简单、能模拟热湿环境及多种通风条件下的综掘面巷道中粉尘运移过程的试验装置及方法。技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种模拟综掘面巷道热湿环境中粉尘运移的可视化试验装置，包括模型巷道、发尘系统、通风系统、热湿气体供给系统及除尘系统，所述模型巷道包括内部中空的、外部密封的模型巷道主体，所述发尘系统为发尘器，与所述模型巷道主体的一侧进料口连接；所述模型巷道经所述通风系统分别连接所述热湿气体供给系统、除尘系统；所述通风系统包括送风管、抽风管，以及与所述送风管相连的鼓风机和与所述抽风管相连的吸尘器；装置内外还设置有流场监测系统。进一步的，在本专利技术中，所述模型巷道主体的另一侧末端出口设有集尘布袋，所述集尘布袋与所述吸尘器构成所述除尘系统；所述通风系统的送风管、抽风管的一端位于所述模型巷道主体内部，另一端贯穿所述集尘布袋和所述模型巷道主体的末端出口一侧，分别连接设置于所述模型巷道主体外侧的所述鼓风机和所述吸尘器。进一步的，在本专利技术中，所述鼓风机、吸尘器变频可调；所述送风管、抽风管的尺寸和相对位置可调。进一步的，在本专利技术中，热湿气体供给系统包括鼓风机、蒸汽发生器、逆止阀和调节阀，所述鼓风机出口管路与蒸汽发生器的湿热蒸汽出口管路相连接；所述蒸汽发生器的湿热蒸汽出口管路上安装所述逆止阀，以防止该管路中由于鼓风作用引起的气体倒流现象；所述调节阀分别设置于所述送风管与所述鼓风机连接的前段、所述抽风管与所述吸尘器连接的前段，起到调节气体流量的作用；其中，所述蒸汽发生器能够调节所产生蒸汽的温度；所述连接方式可采用三通管连接。进一步的，在本专利技术中，所述流场监测系统包括气流场测量装置和PIV监测装置，所述PIV监测装置为非接触量测系统，包括高速摄像机和电脑，设置在所述模型巷道主体的外侧正前方，捕捉所述模型巷道的内部信息；所述气流场测量装置包括调节阀、流量计、温湿度计和流速计；所述调节阀和所述流量计均分别设置于所述送风管与所述鼓风机连接的前段和所述抽风管与所述吸尘器连接的前段；所述温湿度计分别设置于所述送风管与所述鼓风机连接的前段，及所述模型巷道主体近工作面处的巷道两侧壁面中上部；所述流速计分别设在所述送风管、抽风管位于所述模型巷道主体内部的送风口和抽风口处。其中调节阀起到调节气体流量的作用，流量计用于测量气体流量，温湿度计用来测定所在位置气体的温度和湿度。进一步的，在本专利技术中，所述温湿度计对称设置在所述模型巷道主体两侧壁面上，靠近工作面位置。进一步的，在本专利技术中，所述模型巷道主体由具有透明度的有机玻璃制作，顶面玻璃可拆卸，主体四个周面连接处密封；所述发尘器通过供料管与所述模型巷道主体的进料口连接。一种模拟综掘面巷道热湿环境中粉尘运移的可视化试验装置的方法，包括以下步骤：a)装配模型巷道：根据模拟巷道的工况，基于相似理论，确定所述模型巷道主体的各项参数，包括断面形状、长度及包括所述进料口、送风管、抽风管在内的预留孔的尺寸，四周密封；所述模型巷道主体的两侧分别连接安装发尘器、集尘布袋；b)模拟无通风系统冷态巷道：不启动热湿气体供给系统和通风系统，启动发尘器发尘，调节供给频率，模拟综掘面发尘，并观测粉尘在冷态巷道中无通风系统时的运移过程情况；c)布置通风系统：所述模型巷道主体分别连接送风管、抽风管后密封，再分别连接鼓风机和吸尘器，设定鼓风机和吸尘器的频率，通过抽、压风管路上的流量计所得到的气体流量，计算该设定工况的抽压比；另外，通过调节鼓风机和吸尘器的频率，并结合所述送风管、抽风管管路上的调节阀调节气体流量，得到不同抽压比情况下的不同风场；再者，通过改变送风管、抽风管的长度及其在模型巷道主体中的相对位置，实现不同通风方式；模拟通风系统冷态巷道：不启动热湿气体供给系统，启动发尘器发尘和通风系统，模拟不同抽压比、不同通风方式条件下的粉尘运移过程；d)布置热湿气体供给系统：连接好蒸汽发生器，注水，蒸汽发生器工作，开启鼓风机，连续向模型巷道供给热湿气体；模拟通风系统热湿巷道：启动通风系统、热湿气体供给系统，发尘器发尘，模拟不同温湿度情况下的粉尘运移过程；e)布置流场监测系统：根据通风方式选取模型巷道特征截面，布置流速计监测局部风场；在模型巷道主体的正前方布置PIV监测装置捕捉信息；启动测试系统，通过流量计所得抽、压风流量计算抽压比，通过流速计测定抽、压风口对应位置的风速大小，尤其是观察不同抽压比情况下的风速变化，以监测局部风场变化，分析总结抽压风场情况，及其对粉尘运移影响规律，利用PIV监测装置记录模型巷道中粉尘分布的特征信息，选取断面，运用PIV技术获取粉尘运移的速度场信息，同时结合温湿度计，研究热湿参数对巷道中粉尘运移规律的影响，从而实现模型巷道中复杂风流作用下粉尘运移过程的全场监测。进一步的，在本专利技术中，所述步骤c)中，改变送风管、抽风管的长度及其在模型巷道主体中的相对位置，实现不同通风方式的方法包括短压短抽式、长压短抽式、短压长抽式、长压长抽式及单抽式。进一步的，在本专利技术中，所述通过调节鼓风机和吸尘器的频率实现不同抽压比的模拟；通过调节送风管、抽风管的长度及其在模型巷道主体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模拟综掘面巷道热湿环境中粉尘运移的可视化试验装置，其特征在于，包括模型巷道、发尘系统、通风系统、热湿气体供给系统及除尘系统，所述模型巷道包括内部中空的、外部密封的模型巷道主体(2)，所述发尘系统为发尘器(1)，与所述模型巷道主体(2)的一侧进料口连接；所述模型巷道经所述通风系统分别连接所述热湿气体供给系统、除尘系统；所述通风系统包括送风管(3)、抽风管(4)，以及与所述送风管(3)相连的鼓风机(7)和与所述抽风管(4)相连的吸尘器(6)；装置内外还设置有流场监测系统。

【技术特征摘要】
1.一种模拟综掘面巷道热湿环境中粉尘运移的可视化试验装置，其特征在于，包
括模型巷道、发尘系统、通风系统、热湿气体供给系统及除尘系统，所述模型巷道包括
内部中空的、外部密封的模型巷道主体(2)，所述发尘系统为发尘器(1)，与所述模型
巷道主体(2)的一侧进料口连接；所述模型巷道经所述通风系统分别连接所述热湿气
体供给系统、除尘系统；所述通风系统包括送风管(3)、抽风管(4)，以及与所述送风
管(3)相连的鼓风机(7)和与所述抽风管(4)相连的吸尘器(6)；装置内外还设置
有流场监测系统。
2.根据权利要求1所述的模拟综掘面巷道热湿环境中粉尘运移的可视化试验装置，
其特征在于，所述模型巷道主体(2)的另一侧末端出口设有集尘布袋(5)，所述集尘
布袋(5)与所述吸尘器(6)构成所述除尘系统；所述通风系统的送风管(3)、抽风管
(4)的一端位于所述模型巷道主体(2)内部，另一端贯穿所述集尘布袋(5)和所述
模型巷道主体(2)的末端出口一侧，分别连接设置于所述模型巷道主体(2)外侧的所
述鼓风机(7)和所述吸尘器(6)。
3.根据权利要求1所述的模拟综掘面巷道热湿环境中粉尘运移的可视化试验装置，
其特征在于，所述鼓风机(7)、吸尘器(6)变频可调；所述送风管(3)、抽风管(4)
的尺寸和相对位置可调。
4.根据权利要求1所述的模拟综掘面巷道热湿环境中粉尘运移的可视化试验装置，
其特征在于，热湿气体供给系统包括鼓风机(7)、蒸汽发生器(8)，逆止阀(9)和调
节阀(10)，所述鼓风机(7)出口管路与蒸汽发生器(8)的湿热蒸汽出口管路相连接；
所述蒸汽发生器(8)的湿热蒸汽出口管路上安装所述逆止阀(9)；所述调节阀(10)
分别设置于所述送风管(3)与所述鼓风机(7)连接的前段、所述抽风管(4)与所述
吸尘器(6)连接的前段。
5.根据权利要求1所述的模拟综掘面巷道热湿环境中粉尘运移的可视化试验装置，
其特征在于，所述流场监测系统包括气流场测量装置和PIV监测装置，所述PIV监测装
置为非接触量测系统，包括高速摄像机(15)和电脑(14)，设置在所述模型巷道主体
(2)的外侧正前方，捕捉所述模型巷道的内部信息；
所述气流场测量装置包括流量计(11)、温湿度计(12)和流速计(13)，所述流量
计(11)分别设置于所述送风管(3)与所述鼓风机(7)连接的前段、所述抽风管(4)
与所述吸尘器(6)连接的前段；所述温湿度计(12)分别设置于所述送风管(3)与所

\t述鼓风机(7)连接的前段，以及所述模型巷道主体(2)近工作面处的巷道两侧壁面中
上部；所述流速计(13)分别设在所述送风管(3)、抽风管(4)位于所述模型巷道主
体(2)内部的送风口和抽风口处。
6.根据权利要求1所述的模拟综掘面巷道热湿环境中粉尘运移的可视化试验装置，
其特征在于，所述温湿度计(12)对称设置在所述模型巷道主体(2)两侧壁面上，靠
近工作面位置。
7.根据权利要求1所述的模拟综掘面巷道热湿环境中粉尘运移的可视化试验装置，
其特征在于，所述模型巷道主体(2)由具有透明度的有机玻璃制作，顶面玻璃可拆卸，
主体四个周面连接处密封；所述发尘器(1)通过供料管与所述模型巷道主体(2)的进...

【专利技术属性】
技术研发人员：耿凡，罗刚，柴宏利，李意民，张晓宇，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32