【技术实现步骤摘要】
本申请涉及煤矿安全与环境保护的，尤其是涉及一种硫化氢与粉尘耦合污染的实验装置及实验方法。
技术介绍
1、随着煤炭开采机械化程度的提高，在井下采煤、掘进、运输、提升等生产环节的产尘量也将明显增多。井下工人长期吸入会导致患尘肺病等职业疾病的几率大幅增加。更为严重的是，煤矿井下粉尘具有爆炸性，当井下空气中煤尘达到一定浓度且存在点火源时，就有可能会发生煤尘爆炸事故。根据国家卫生健康委报道，2022年新增职业病15407例，其中尘肺病11809例，占比76.6%。尘肺病是不可逆疾病，无法完全治愈，患者肺部纤维化，导致肺部局部抵抗力下降，并且引发并发症。
2、同时随着低硫煤炭资源的日渐枯竭及脱硫技术的不断进步，高硫煤的开采成为必然，而高硫煤中往往含有大量硫化氢气体。硫化氢是煤矿井下有毒有害气体之一，不仅具有爆炸性，腐蚀煤矿井下机械设备，还会危害人员的身体健康，严重时可使接触者失去知觉或死亡，时刻威胁着煤矿的正常生产。随着开采深度的不断增加，煤矿硫化氢灾害事故还在不断的发生，硫化氢中毒死亡人数居于我国中毒死亡人数的第二位。我国明确规定井下硫化氢容许浓度不得超过6.6ppm。
3、当井下煤尘与硫化氢气体共同存在时，二者会相互作用，对工作面粉尘的运移及分布产生影响，从而造成更为严重的污染效应。现有的降尘喷雾措施大多仅仅针对矿井粉尘，而硫化氢的存在会导致降尘效果大打折扣。关于硫化氢与煤尘共存条件下，两者的分布规律及相互影响鲜见报道，总体缺乏理论和实验依据。因此，有必要开发一种能可视化揭示硫化氢与粉尘耦合沉降机制的实验装置及方
技术实现思路
1、为了解决上述现有技术中存在的技术问题，本专利技术提出了一种硫化氢与粉尘耦合污染实验装置及实验方法，可视化揭示硫化氢与粉尘耦合沉降机制，可有效分析硫化氢与粉尘耦合污染规律，并为现场除硫化氢降尘技术提供理论依据。
2、第一方面，本申请提供的一种硫化氢与粉尘耦合污染的实验装置，采用如下的技术方案：
3、一种硫化氢与粉尘耦合污染的实验装置及实验方法，包括粉尘沉降室、粉尘释放装置、供气装置、piv装置和废气洗气收集装置，所述粉尘沉降室设计为可视化封闭长方体结构，其内部设置有便携式气体检测仪，能够实时检测并显示硫化氢与粉尘的浓度，且其结构设计和材料选择能够确保实验过程中的安全性和可视化效果。
4、通过采用上述技术方案，通过设计可视化封闭长方体结构的粉尘沉降室，能够直观展现硫化氢与粉尘的沉降过程，提高了实验的直观性和可操作性；通过在粉尘沉降室内配备便携式气体检测仪，实现了对硫化氢与粉尘浓度的实时监测，为科研人员提供了准确的数据支持。
5、可选的，所述粉尘释放装置通过特定接口与所述粉尘沉降室的一个侧壁稳固连接，该装置能够精确控制粉尘颗粒的释放量，并且确保粉尘颗粒能够均匀分布到粉尘沉降室内的试验区。
6、通过采用上述技术方案，通过设置粉尘释放装置，能够精确控制粉尘颗粒的释放量，并且确保粉尘颗粒能够均匀分布到粉尘沉降室内的试验区，确保了实验的精确性和可重复性。
7、可选的，所述粉尘释放装置包括粉尘气溶胶发生器、空气增压泵和气体调压分流阀，所述空气增压泵与电源和所述气体调压分流阀相连接，所述气体调压分流阀与所述粉尘气溶胶发生器相连接，所述粉尘气溶胶发生器、所述空气增压泵和所述气体调压分流阀三者协同工作，以实现粉尘颗粒的高效、稳定释放。
8、通过采用上述技术方案，通过粉尘气溶胶发生器的设置，能够将事先研磨好的待实验的粉尘颗粒灌装并储存到粉尘气溶胶发生器内；通过空气增压泵和气体调压分流阀的设置，能够提前通过样品设置进给速度、喷射压力、流量，从而在实验时，使实验的粉尘颗粒能够达到要求的固定大小的质量流量进行粉尘喷射，进一步提高了实验的精确性和可重复性。
9、可选的，所述供气装置通过专用接口与所述粉尘沉降室的一个侧壁相连接，所述供气装置包括高压气体钢瓶和活塞抽气接头，能够稳定、连续地向所述粉尘沉降室内的试验区释放硫化氢气体，并且供气量可调。
10、通过采用上述技术方案，通过高压气体钢瓶的设置，能够在高压气体钢瓶内储存待实验的硫化氢气体；通过活塞抽气接头的设置，能够通过活塞抽气接头控制气体的流量；从而能够稳定、连续地向所述粉尘沉降室内的试验区释放硫化氢气体，并且供气量可调，为模拟不同污染条件下的沉降过程提供了可能。
11、可选的，所述piv装置精准安装在所述粉尘沉降室的上方，其具备高分辨率的图像捕捉能力，能够实时观察并记录气体与粉尘颗粒的相互作用及沉降的全过程。
12、通过采用上述技术方案，能够通过piv装置实时观察并记录气体与粉尘颗粒的相互作用及沉降的全过程。
13、可选的，所述piv装置包括高功率激光源、高精度同步控制器、高速摄像机和专用计算机，其中，所述高速摄像机的镜头精确对准气体与粉尘颗粒相互作用并沉降的关键区域，以确保实验数据的准确性和完整性；所述专用计算机能够按照设定的程序和算法，对所述高速摄像机拍摄的图像数据进行处理，得到所述粉尘沉降室内粉尘沉降瞬态速度矢量图和粉尘浓度。
14、通过采用上述技术方案，能够通过高功率激光源发出片状激光束照亮粉尘沉降室内流场的一个切面；流场中加入的示踪粒子对激光产生散射作用，使得激光可以散射到流场的侧面；通过在被照亮的切面垂直的方向上设置高速摄像机，使得高速摄像机能够按照设定的时间间隔连续拍下被照亮流场的行为，再将数据输送至专用计算机；通过专用计算机的设置，能够按照设定的程序和算法，对高速摄像机拍摄传输的图像数据进行处理，得到所述粉尘沉降室内粉尘沉降瞬态速度矢量图和粉尘浓度；通过piv装置的高分辨率图像捕捉能力，使得科研人员能够实时观察并记录气体与粉尘的相互作用及沉降过程，有助于揭示沉降机制的细节。
15、可选的，所述废气洗气收集装置通过专用管道与所述粉尘沉降室的另一个侧壁相连接，所述废气洗气收集装置包括多级高精度洗气瓶、高精度气体检测仪和尾气收集瓶，能够确保废气中的有害成分被彻底去除，同时准确检测并记录废气的成分和浓度。
16、通过采用上述技术方案，废气洗气收集装置的设计不仅确保了有害气体的妥善处理，还能准确检测并记录废气成分和浓度，体现了本专利技术的环保理念。
17、可选的，所述粉尘沉降室由特定厚度的有机玻璃制成，其厚度精确控制在0.05-0.08m之间，以确保实验过程中的结构稳定性和光学透明度。
18、通过采用上述技术方案，既保证了足够的结构强度，又提供了良好的可视化效果，使得实验人员能够直观地观察粉尘颗粒在硫化氢气体中的沉降过程。
19、第二方面，本申请提供一种硫化氢与粉尘耦合污染的实验方法，采用如下的技术方案：
20、一种硫化氢与粉尘耦合污染的实验方法，包括以下精确步骤：首先向所述粉尘沉降室内通入精确浓度的硫化氢气体，并通过所述便携式气体检测仪实时监测其浓度变化；然后在特定设置下通过所述粉尘气溶胶发生器精确进给粉尘，并同步利本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种硫化氢与粉尘耦合污染的实验装置，其特征在于，包括粉尘沉降室(6)、粉尘释放装置、供气装置、PIV装置和废气洗气收集装置，所述粉尘沉降室(6)设计为可视化封闭长方体结构，其内部设置有便携式气体检测仪(7)，能够实时检测并显示硫化氢与粉尘的浓度，且其结构设计和材料选择能够确保实验过程中的安全性和可视化效果。
2.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述粉尘释放装置通过特定接口与所述粉尘沉降室(6)的一个侧壁稳固连接，该装置能够精确控制粉尘颗粒的释放量，并且确保粉尘颗粒能够均匀分布到粉尘沉降室(6)内的试验区。
3.根据权利要求2所述的实验装置，其特征在于，所述粉尘释放装置包括空气增压泵(1)、气体调压分流阀(2)和粉尘气溶胶发生器(3)，所述空气增压泵(1)与电源和所述气体调压分流阀(2)相连接，所述气体调压分流阀(2)与所述粉尘气溶胶发生器(3)相连接，所述粉尘气溶胶发生器(3)、所述空气增压泵(1)和所述气体调压分流阀(2)三者协同工作，以实现粉尘颗粒的高效、稳定释放。
4.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述供气装置通
5.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述PIV装置精准安装在所述粉尘沉降室(6)的上方，其具备高分辨率的图像捕捉能力，能够实时观察并记录气体与粉尘颗粒的相互作用及沉降的全过程。
6.根据权利要求5所述的实验装置，其特征在于，所述PIV装置包括高功率激光源(12)、高精度同步控制器(13)、高速摄像机(14)和专用计算机(15)，其中，所述高速摄像机(14)的镜头精确对准气体与粉尘颗粒相互作用并沉降的关键区域，以确保实验数据的准确性和完整性；所述专用计算机(15)能够按照设定的程序和算法，对所述高速摄像机(14)拍摄的图像数据进行处理，得到所述粉尘沉降室(6)内粉尘沉降瞬态速度矢量图和粉尘浓度。
7.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述废气洗气收集装置通过专用管道与所述粉尘沉降室(6)的另一个侧壁相连接，所述废气洗气收集装置包括多级高精度洗气瓶、高精度气体检测仪(10)和尾气收集瓶(11)，能够确保废气中的有害成分被彻底去除，同时准确检测并记录废气的成分和浓度。
8.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述粉尘沉降室(6)由特定厚度的有机玻璃制成，其厚度精确控制在0.05-0.08m之间，以确保实验过程中的结构稳定性和光学透明度。
9.一种利用如权利要求1所述实验装置进行的硫化氢气体与粉尘颗粒相互作用并沉降的实验方法，包括以下精确步骤：首先向所述粉尘沉降室(6)内通入精确浓度的硫化氢气体，并通过所述便携式气体检测仪(7)实时监测其浓度变化；然后在特定设置下通过所述粉尘气溶胶发生器(3)精确进给粉尘，并同步利用所述PIV装置高精度测量粉尘沉降的瞬态速度矢量图和粉尘浓度；静置后，再次利用所述PIV装置进行测量，并将所有数据实时传输至专用计算机(15)进行高精度处理和分析；最后，废气经过所述废气洗气收集装置处理后进行排放。
10.根据权利要求9所述的实验方法，其特征在于，在废气处理步骤中，废气依次通过所述多级高效洗气瓶和所述高精度气体检测仪(10)，确保废气中的硫化氢和其他有害成分被彻底去除，并且浓度精确控制在安全范围内后，再进行排放，以充分保障实验过程的安全性和环保性。
...【技术特征摘要】
1.一种硫化氢与粉尘耦合污染的实验装置，其特征在于，包括粉尘沉降室(6)、粉尘释放装置、供气装置、piv装置和废气洗气收集装置，所述粉尘沉降室(6)设计为可视化封闭长方体结构，其内部设置有便携式气体检测仪(7)，能够实时检测并显示硫化氢与粉尘的浓度，且其结构设计和材料选择能够确保实验过程中的安全性和可视化效果。
2.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述粉尘释放装置通过特定接口与所述粉尘沉降室(6)的一个侧壁稳固连接，该装置能够精确控制粉尘颗粒的释放量，并且确保粉尘颗粒能够均匀分布到粉尘沉降室(6)内的试验区。
3.根据权利要求2所述的实验装置，其特征在于，所述粉尘释放装置包括空气增压泵(1)、气体调压分流阀(2)和粉尘气溶胶发生器(3)，所述空气增压泵(1)与电源和所述气体调压分流阀(2)相连接，所述气体调压分流阀(2)与所述粉尘气溶胶发生器(3)相连接，所述粉尘气溶胶发生器(3)、所述空气增压泵(1)和所述气体调压分流阀(2)三者协同工作，以实现粉尘颗粒的高效、稳定释放。
4.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述供气装置通过专用接口与所述粉尘沉降室(6)的一个侧壁相连接，所述供气装置包括高压气体钢瓶(4)和活塞抽气接头(5)，能够稳定、连续地向所述粉尘沉降室(6)内的试验区释放硫化氢气体，并且供气量可调。
5.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述piv装置精准安装在所述粉尘沉降室(6)的上方，其具备高分辨率的图像捕捉能力，能够实时观察并记录气体与粉尘颗粒的相互作用及沉降的全过程。
6.根据权利要求5所述的实验装置，其特征在于，所述piv装置包括高功率激光源(12)、高精度同步控制器(13)、高速摄像机(14)和专用计算机(...
【专利技术属性】
技术研发人员：王林芝，郝晋辉，宋军，次新军，
申请(专利权)人：山西汾西矿业集团有限责任公司双柳煤矿，
类型：发明
国别省市：
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