[發明專利]綜掘工作面風流-瓦斯-粉塵多相耦合時空演化仿真實驗裝置

在審

• 申請號: 202010050069.0
• 申請日: 2020-01-17
• 公開（公告）號: CN111237004A
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發明（設計）人: 聶文;劉強;尹帥;華贇;彭慧天;馬鶴;郭立典;蔡曉姣;程磊
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: E21F1/02
• 分類號: E21F1/02
• 代理公司: 青島智地領創專利代理有限公司 37252
• 代理人: 張凱

本發明提供了一種綜掘工作面風流?瓦斯?粉塵多相耦合時空演化仿真實驗裝置，涉及礦井通風模擬技術領域，設置有仿真掘進主巷道和仿真掘進輔助巷道，巷道之間呈一定的夾角布置，仿真掘進主巷道內設置有掘進機、瓦斯定量釋放裝置和粉塵定量產生裝置，以及抽風設備，仿真掘進輔助巷道內設置有壓風設備和數據分析監測站；沿仿真掘進主巷道設置多個測點斷面。壓風設備和抽風設備工作形成風流，掘進機位置釋放定量的瓦斯和粉塵，風流?粉塵?瓦斯在巷道內進行多相耦合，測點斷面上的數據測量端口采集風速?風向、粉塵粒度?濃度?距離、瓦斯濃度?距離等數據，測量數據傳輸至數據分析監測站，從而模擬掘進工作面通風，為改善工作面通風標準提供依據。

技術領域

本發明涉及礦井通風模擬技術領域，尤其是一種綜掘工作面風流-瓦斯-粉塵多相耦合時空演化仿真實驗裝置。

背景技術

綜掘工作面是煤礦進行的主要產塵區域之一，隨著綜掘技術的發展，掘進機的掘進能力增強，掘進的月進尺可以達到1000m，掘進機的截割過程中將產生大量的粉塵，粉塵隨掘進通風向巷道內擴散，從而影響施工人員的健康。根據研究顯示，塵肺病的發病逐年升高，而煤礦工作面人員的塵肺病發病占較大的比例。通風除塵是目前最清潔、有效、經濟的除塵方式，其中賦存瓦斯的綜掘工作面一般采用壓入式通風，其目的主要是放置瓦斯積聚；另外有的國家在存在瓦斯積聚的巷道采用單一抽出式和帶風幕自動調控器的壓抽混合式通風。由于存在安全隱患所以不便在實際的掘進工作面試驗單一抽出式和帶風幕自動調控器的壓抽混合式通風。

為了研究掘進工作面風流-瓦斯-粉塵多相耦合時空演化規律，并對不同瓦斯釋放量的單一抽出式和帶風幕自動調控器的壓抽混合式通風綜掘工作面進行研究，明確不同瓦斯釋放量時不同通風方式的最佳通風標準，解決工作面粉塵污染治理工作中瓦斯積聚的問題，為制定瓦斯賦存綜掘工作面最佳通風標準提供理論依據，指導實際的礦井通風，需要提供一種綜掘工作面仿真模擬裝置。

發明內容

為了研究綜掘工作面的風流-瓦斯-粉塵多相耦合時空演化規律，確定瓦斯賦存礦井掘進工作面通風通風方式，本發明提供了一種綜掘工作面風流-瓦斯-粉塵多相耦合時空演化仿真實驗裝置，具體技術方案如下。

綜掘工作面風流-瓦斯-粉塵多相耦合時空演化仿真實驗裝置，包括仿真掘進主巷道、仿真掘進輔助巷道、掘進機、風機和數據分析監測站；所述仿真掘進主巷道和仿真掘進輔助巷道的夾角為20-45°，掘進機設置在仿真掘進主巷道內，風機包括抽風設備和壓風設備，風機用于巷道通風，數據分析監測站對巷道內的監測數據進行處理分析；所述仿真掘進主巷道內掘進機的位置還設置有多源瓦斯定量釋放裝置和多源粉塵定量產生裝置，所述壓風設備的壓風筒還設置有風幕調控器；新鮮風流經過所述壓風設備的壓風筒和風幕調控器調整后，在仿真掘進主巷道內形成徑向風流，徑向風流與粉塵、瓦斯在巷道內進行多向耦合，抽風設備通過抽風筒將風抽出；所述仿真掘進主巷道內均勻設置多個測點斷面，每個測點斷面設置有多個數據測量端口，數據測量端口實時采集風速-方向、粉塵粒度-濃度-距離、瓦斯濃度-距離數據，數據信息傳輸至數據分析監測站；數據分析監測站根據數據分析結果調整風機和自動風幕調控器的工況，模擬巷道掘進頭的通風效果。

優選的是，多源粉塵定量產生裝置布置在掘進機的截割頭處，產塵量為0.1g/s～1000g/s；所述多源瓦斯定量釋放裝置布置在掘進迎頭處，瓦斯產生量為0.1m³/min～1000m³/min。

優選的是，壓風設備包括壓風機、風幕調控器和壓風筒，壓風機布置在仿真掘進輔助巷道內，所述壓風機和壓風筒相連，風幕調控器設置在仿真掘進主巷道內的壓風筒。，

進一步優選的是，抽風設備包括抽風筒、濕式除塵風機、液體自動添加器和儲水器，所述濕式除塵風機布置在仿真掘進主巷道內，抽風筒與濕式除塵風機相連，液體自動添加器與儲水器相連，所述液體自動添加器為濕式除塵風機供水。

進一步優選的是，壓風機和濕式除塵風機均設置有無極變頻器，數據分析監測站控制無極變頻器和風幕調控器工作。