專利名稱：礦井巷道粉塵環(huán)境控制模擬試驗系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于礦井安全檢測技術領域，特別涉及一種礦井粉塵濃度環(huán)境控制模擬試驗系統(tǒng)。
背景技術：
礦井開采過程中各個工序都會產(chǎn)生大量的粉塵，粉塵濃度有時高100mg/m3，工人在此環(huán)境中作業(yè)，必將吸入大量粉塵而導致塵肺病，據(jù)煤礦統(tǒng)計資料表明平均每年死于塵肺病者井下工人比同期井上工人高一倍左右；另外粉塵具有爆炸性，嚴重威脅礦井安全生產(chǎn)。為此必須采取有效措施，控制粉塵的擴散和飛揚，使巷道風流中的粉塵濃度降至安全值以下，以保證井下作業(yè)環(huán)境的衛(wèi)生條件，保障工人的身體健康，促進礦井安全生產(chǎn)。在測塵方式方面，目前國內(nèi)普遍采用人工、間斷性、單地點檢測總礦塵濃度的方式。這種方式測得的礦井粉塵濃度數(shù)據(jù)僅反應了測塵時間段內(nèi)的粉塵塵狀況，并不能全面、準確的反映煤礦井下空間的總體粉塵情況；在除塵控制方面，礦塵的防治是一項綜合任務，需要從塵源點、懸浮空間以及降落點等諸多方面采取措施，目前國內(nèi)煤礦在采煤機等設備上均配有除塵設施，并有除塵風
機、除塵器、除塵水幕等除塵設備，但是井下空間仍然存在著相當大濃度的礦塵懸浮。究其原因，到井下現(xiàn)場做實驗存在一定難度，在地表礦井環(huán)境難以模擬，限制了對礦井粉塵檢測技術與防塵技術的深入研究，這就需要進一步采取措施，在地表最大程度的來仿真礦井粉塵產(chǎn)生環(huán)境，為研究礦井粉塵檢測與防治技術提供強有力的實踐平臺。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題就在于克服現(xiàn)有粉塵測量及除塵技術存在的現(xiàn)場環(huán)境難以模擬的缺陷，提供一種礦井巷道粉塵環(huán)境控制模擬試驗系統(tǒng)。其技術解決方案是
一種礦井巷道粉塵環(huán)境控制模擬試驗系統(tǒng)，包括模擬巷道、通風系統(tǒng)、粉塵發(fā)生系統(tǒng)、溫度與濕度控制系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、信號檢測系統(tǒng)及計算機控制與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng);上述模擬巷道通過與所述的通風系統(tǒng)、粉塵發(fā)生系統(tǒng)、溫度與濕度控制系統(tǒng)相連接在巷道中模擬礦井中的溫度、濕度、風速、風壓及粉塵濃度參數(shù)，通過與所述的給排水系統(tǒng)及除塵系統(tǒng)相連接構成對經(jīng)過巷道的粉塵進行噴霧除塵，所述的信號檢測系統(tǒng)為計算機控制與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)提供獲取的相關數(shù)據(jù)信息。
上述模擬巷道依次設置有進氣口、動力段、過渡段、穩(wěn)定段、收縮段、實驗段、擴展除塵段及收縮排氣段；上述動力段設置有通風系統(tǒng)，過渡段設置有溫度與濕度控制系統(tǒng)，穩(wěn)定段設置有鳥籠式進氣口、阻尼網(wǎng)及粉塵發(fā)生系統(tǒng)，實驗段設置有信號檢測系統(tǒng)及觀測視窗，擴展除塵段與收縮排氣段設置有除塵系統(tǒng)及給排水系統(tǒng)，在擴展除塵段與收縮排氣段兩者的結合部為擴張式結構，通過粉塵經(jīng)過噴霧除塵之后，下降到結合部的最低處，經(jīng)排水管道排出。
上述擴展除塵段與收縮排氣段兩者的結合部，采取兩喇叭口段對扣結合方式。
上述模擬巷道的體壁主體采取多層結構，其中內(nèi)、外層由金屬材質(zhì)制成，中間層為保溫層；在實驗段的上體壁上設置有上述觀測視窗，觀測視窗由透明雙層中空玻璃構成。
上述通風系統(tǒng)包括軸流風機和變頻器；粉塵發(fā)生系統(tǒng)包括氣溶膠粉塵發(fā)生器、空氣壓縮機及研磨機，粉塵制取方式是把煤塊放入研磨機，研制出符合氣溶膠粉塵發(fā)生器粉塵細度的粉塵，裝入氣溶膠粉塵發(fā)生器，把經(jīng)過空氣壓縮機壓縮的一定壓力的空氣接入氣溶膠粉塵發(fā)生器，調(diào)整好粉塵進給速度，靠空氣壓力把氣溶膠粉塵噴入模擬巷道；溫度與濕度控制系統(tǒng)包括冷暖空調(diào)和離子加濕器；給排水系統(tǒng)和除塵系統(tǒng)配合使用包括儲水箱、管道壓力泵、給排水管道及噴頭；信號檢測系統(tǒng)包括溫度檢測、濕度檢測、風速檢測、風壓檢測及粉塵濃度檢測，傳感器信號采用以標準4 20mA或頻率信號的方式輸出，并與PLC控制柜的PLC控制器相連；計算機控制與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)包括PLC控制柜、工業(yè)控制計算機及組態(tài)軟件，工業(yè)控制計算機通過裝載的組態(tài)軟件與PLC控制柜以RS232的方式進行數(shù)據(jù)交互，對信號檢測部分檢測到的數(shù)據(jù)分析，根據(jù)實驗要求對系統(tǒng)的設備進行控制。
本發(fā)明中，模擬巷道是用來產(chǎn)生人造氣流(人造風)的巷道，通過與所述的通風系統(tǒng)、粉塵發(fā)生系統(tǒng)、溫度與濕度控制系統(tǒng)相連接在巷道中模擬礦井中的溫度、濕度、風速、風壓、粉塵濃度等參數(shù)，即礦井環(huán)境風洞，通過與所述的給排水系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)相連接構成對經(jīng)過巷道的粉塵進行噴霧除塵。本發(fā)明類似于一座直流吹入式小型礦井環(huán)境風洞，在該模擬巷道中造成一段氣流均勻流動的區(qū)，利用這一經(jīng)過標定的流場，可以進行各種有關礦井粉塵檢測與防塵等的科研活動。


圖1為本發(fā)明一種實施方式的原理示意框圖。
圖2為本發(fā)明一種實施方式的構造原理示意圖，主要示出了模擬巷道部分。下面結合附圖對本發(fā)明進行說明
具體實施例方式
結合圖1及圖2， 一種礦井巷道粉塵環(huán)境控制模擬試驗系統(tǒng)，包括模擬巷道23、通風系統(tǒng)21、粉塵發(fā)生系統(tǒng)26、溫度與濕度控制系統(tǒng)25、給排水系統(tǒng)與除塵系統(tǒng)24、 29、信號檢測系統(tǒng)22和計算機控制與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)27、 28。模擬巷道23的體壁主體采取多層結構，其中內(nèi)、外層由金屬材質(zhì)如不銹鋼等制成，中間層為保溫層，保溫層采取高鋁針刺毯，在實驗段6的上體壁上設置有觀測視窗9，觀測視窗9由透明雙層中空玻璃構成，為了便于操作采用支撐架16支起模擬巷道主體，使整個模擬巷道高于地面lm。通風系統(tǒng)21包括軸流風機和變頻器，通過調(diào)頻方式來改變軸流風機速度，使粉塵發(fā)生系統(tǒng)產(chǎn)生的粉塵在軸流風機的吹動下達到一定速度。所述的粉塵發(fā)生系統(tǒng)26包括氣溶膠粉塵發(fā)生器14、空氣壓縮機15、研磨機；氣溶膠粉塵的制取方式是把煤塊放入研磨機，研制出符合氣溶膠粉塵發(fā)生器粉塵細度的粉塵，裝入氣溶膠粉塵發(fā)生器14，把經(jīng)過壓縮機15壓縮的一定壓力的空氣接入氣溶膠粉塵發(fā)生器14，調(diào)整好粉塵進給速度，靠空氣壓力把氣溶膠粉塵從擴散口 13處噴入模擬巷道。溫度與濕度控制系統(tǒng)25包括空調(diào)10和加濕器12，空調(diào)10等設置在儀器支架11上。所述的給排水系統(tǒng)與除塵系統(tǒng)24、 29配合使用包括儲水箱17、管道壓力泵18、給排水管道20及噴頭19。信號檢測系統(tǒng)22包括溫度檢測、濕度檢測、風速檢測、風壓檢測、液位檢測及粉塵濃度檢測等，傳感器信號采用標準4 20mA或頻率信號的方式輸出，并與PLC控制柜27的PLC控制器相連。計算機控制與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)27、 28包括PLC控制柜27、工業(yè)控制計算機及組態(tài)軟件28，工業(yè)控制計算機通過裝入的組態(tài)軟件與PLC控制柜以RS232的方式進行數(shù)據(jù)交互，對信號檢測系統(tǒng)檢測到的數(shù)據(jù)進行分析，根據(jù)實驗要求對系統(tǒng)的設備進行控制。
上述模擬巷道23依次設置有進氣口 1、動力段2、過渡段3、穩(wěn)定段4、收縮段5、實驗段6、擴展除塵段7及收縮排氣段8。動力段2設置有通風系統(tǒng)；過渡段3設置有溫度與濕度控制系統(tǒng)；穩(wěn)定段4設置有鳥籠式進氣口、阻尼網(wǎng)及粉塵發(fā)生系統(tǒng)；實驗段6設置有信號檢測系統(tǒng)及觀測視窗；擴展除塵段7與收縮排氣段8設置有除塵系統(tǒng)及給排水系統(tǒng)，在擴展除塵段與收縮排氣段兩者的結合部為擴張式結構，通過粉塵經(jīng)過噴霧除塵之后，得以下降到結合部的最低處，經(jīng)排水管道排出，諸如擴展除塵段與收縮排氣段兩者的結合部，可采取兩喇叭口段對扣結合方式形成擴張式結構，通過粉塵經(jīng)過噴霧除塵之后，下降到喇叭口結合部位的最低處，經(jīng)排水管道排出。再進一步說明如下
上述動力段的主要作用是為模擬巷道提供氣源，由變頻三相異步電機帶動的一臺軸流式風機組成，電機通過變頻調(diào)速可以得到所需的不同風速的氣流。
上述過渡段是為了保證實驗段穩(wěn)定的氣動性能及工作環(huán)境所設計的輔助結構，溫度與濕度控制系統(tǒng)安裝在此段。
上述穩(wěn)定段由鳥籠式進氣口、阻尼網(wǎng)等組成穩(wěn)定段，通過穩(wěn)定段及收縮段氣流被整理成理想的流場，為了得到均勻穩(wěn)定的粉塵濃度，氣溶膠粉塵發(fā)生器安裝在該段。
就上述實驗段來說，可將各種傳感器或需校驗的工件放入實驗段的中心位置，根據(jù)需要設定不同的溫度、濕度、風量等來研究不同環(huán)境下的粉塵發(fā)生規(guī)律與防治。實驗段采用透明雙層中空玻璃作為觀測視窗，既方便觀測又能起到較好的保溫效果。
權利要求
1、一種礦井巷道粉塵環(huán)境控制模擬試驗系統(tǒng)，其特征是包括模擬巷道、通風系統(tǒng)、粉塵發(fā)生系統(tǒng)、溫度與濕度控制系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、信號檢測系統(tǒng)及計算機控制與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)；所述模擬巷道通過與所述的通風系統(tǒng)、粉塵發(fā)生系統(tǒng)、溫度與濕度控制系統(tǒng)相連接在巷道中模擬礦井中的溫度、濕度、風速、風壓及粉塵濃度參數(shù)，通過與所述的給排水系統(tǒng)及除塵系統(tǒng)相連接構成對經(jīng)過巷道的粉塵進行噴霧除塵，所述的信號檢測系統(tǒng)為計算機控制與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)提供獲取的相關數(shù)據(jù)信息。
2、 根據(jù)權利要求1所述的礦井巷道粉塵環(huán)境控制模擬試驗系統(tǒng)，其特征在于所述模擬巷道 依次設置有進氣口、動力段、過渡段、穩(wěn)定段、收縮段、實驗段、擴展除塵段及收縮排 氣段；所述動力段設置有通風系統(tǒng)，過渡段設置有溫度與濕度控制系統(tǒng)，穩(wěn)定段設置有鳥籠 式進氣口、阻尼網(wǎng)及粉塵發(fā)生系統(tǒng)，實驗段設置有信號檢測系統(tǒng)及觀測視窗，擴展除塵段與 收縮排氣段設置有除塵系統(tǒng)及給排水系統(tǒng)，在擴展除塵段與收縮排氣段兩者的結合部為擴張 式結構，通過粉塵經(jīng)過噴霧除塵之后，下降到結合部的最低處，經(jīng)排水管道排出。
3、 根據(jù)權利要求2所述的礦井巷道粉塵環(huán)境控制模擬試驗系統(tǒng)，其特征在于所述擴展除塵 段與收縮排氣段兩者的結合部，采取兩喇叭口段對扣結合方式。
4、 根據(jù)權利要求1至3任一要求所述的礦井巷道粉塵環(huán)境控制模擬試驗系統(tǒng)，其特征在于 所述模擬巷道的體壁主體采取多層結構，其中內(nèi)、外層由金屬材質(zhì)制成，中間層為保溫層； 在實驗段的上體壁上設置有所述觀測視窗，觀測視窗由透明雙層中空玻璃構成。
5、 根據(jù)權利要求1至3任一要求所述的礦井巷道粉塵環(huán)境控制模擬試驗系統(tǒng)，其特征在于 所述通風系統(tǒng)包括軸流風機和變頻器；粉塵發(fā)生系統(tǒng)包括氣溶膠粉塵發(fā)生器、空氣壓縮機及研磨機，粉塵制取方式是把煤塊放入研磨機，研制出符合氣溶膠粉塵發(fā)生器粉塵細度的粉塵， 裝入氣溶膠粉塵發(fā)生器，把經(jīng)過空氣壓縮機壓縮的一定壓力的空氣接入氣溶膠粉塵發(fā)生器，調(diào)整好粉塵進給速度，靠空氣壓力把氣溶膠粉塵噴入模擬巷道；溫度與濕度控制系統(tǒng)包括冷 暖空調(diào)和離子加濕器；給排水系統(tǒng)和除塵系統(tǒng)配合使用包括儲水箱、管道壓力泵、給排水管 道及噴頭；信號檢測系統(tǒng)包括溫度檢測、濕度檢測、風速檢測、風壓檢測及粉塵濃度檢測， 傳感器信號采用以標準4~20mA或頻率信號的方式輸出，并與PLC控制柜的PLC控制器相 連；計算機控制與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)包括PLC控制柜、工業(yè)控制計算機及組態(tài)軟件，工業(yè)控制計 算機通過裝載的組態(tài)軟件與PLC控制柜以RS232的方式進行數(shù)據(jù)交互，對信號檢測部分檢測 到的數(shù)據(jù)分析，根據(jù)實驗要求對系統(tǒng)的設備進行控制。
全文摘要
本發(fā)明公開一種礦井巷道粉塵環(huán)境控制模擬試驗系統(tǒng)，包括模擬巷道、通風系統(tǒng)、粉塵發(fā)生系統(tǒng)、溫度與濕度控制系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、信號檢測系統(tǒng)及計算機控制與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)；所述模擬巷道通過與所述的通風系統(tǒng)、粉塵發(fā)生系統(tǒng)、溫度與濕度控制系統(tǒng)相連接在巷道中模擬礦井中的溫度、濕度、風速、風壓及粉塵濃度參數(shù)，通過與所述的給排水系統(tǒng)及除塵系統(tǒng)相連接構成對經(jīng)過巷道的粉塵進行噴霧除塵，所述的信號檢測系統(tǒng)為計算機控制與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)提供獲取的相關數(shù)據(jù)信息。本發(fā)明類似于一座直流吹入式小型礦井環(huán)境風洞，在巷道中造成一段氣流均勻流動的區(qū)，利用這一經(jīng)過標定的流場，可以進行各種有關礦井粉塵檢測與防塵等的科研活動。
文檔編號G01M9/02GK101520365SQ20091001965
公開日2009年9月2日 申請日期2009年3月6日 優(yōu)先權日2009年3月6日
發(fā)明者亮 張, 張存磊, 曹茂永, 芬 楊, 程學珍, 胡安瑞, 逄明祥, 郝海濤 申請人:山東科技大學