本發(fā)明涉及一種礦用沖擊氣浪緩沖裝置及方法。

背景技術(shù)：

隨著礦井深度不斷增加，越來(lái)越多的礦井受到?jīng)_擊地壓事故威脅。沖擊地壓指的是聚積在采煤工作面及巷道周圍煤巖體中的彈性應(yīng)變量瞬間釋放，巨大的能量使得工作面及巷道的煤巖體瞬間崩落拋射。有記錄的沖擊地壓事故所引起的震動(dòng)強(qiáng)度可達(dá)到里氏4.6級(jí)地震級(jí)別，沖擊地壓一旦發(fā)生，將會(huì)對(duì)井下的人員、設(shè)備造成災(zāi)難性破壞。沖擊地壓的影響范圍不僅局限于發(fā)生沖擊地壓的區(qū)域，由于大面積頂板瞬時(shí)跨落，壓縮礦井內(nèi)空氣形成的高壓高速?zèng)_擊氣浪可對(duì)整個(gè)礦井造成破壞，不同位置巷道內(nèi)瞬間最大風(fēng)速可達(dá)到每秒幾百米，甚至井底車場(chǎng)也會(huì)因此遭到破壞。

當(dāng)前針對(duì)礦井沖擊氣流采取的措施主要是密閉墻，即通過(guò)將巷道封閉阻止氣流傳播，由于密閉墻阻斷了巷道，因此該方法僅對(duì)于廢棄工作面適用。正常生產(chǎn)的工作面及配套巷道由于還需正常使用，因此無(wú)法采用密閉墻防沖擊措施。目前還沒(méi)有相應(yīng)的設(shè)備、方法解決使用中巷道高速?zèng)_擊氣浪破壞問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種礦用沖擊氣浪緩沖裝置及方法。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的礦用沖擊氣浪緩沖裝置，包括安裝在巷道內(nèi)的風(fēng)速傳感器、信號(hào)處理控制裝置和緩沖導(dǎo)流裝置，所述風(fēng)速傳感器監(jiān)測(cè)并發(fā)送巷道風(fēng)速數(shù)據(jù)，所述風(fēng)速傳感器通過(guò)傳輸線纜連接信號(hào)處理控制裝置，所述信號(hào)處理控制裝置包括信號(hào)處理單元和電源控制輸出單元，所述緩沖導(dǎo)流裝置安裝在巷道刷幫空間，所述緩沖導(dǎo)流裝置包括緩沖繞流轉(zhuǎn)柱單元和防爆電機(jī)單元，所述緩沖繞流轉(zhuǎn)柱單元可以在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生定向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

作為進(jìn)一步限定，所述緩沖導(dǎo)流裝置設(shè)置8個(gè)，每?jī)蓚€(gè)一組，4組緩沖導(dǎo)流裝置對(duì)稱設(shè)置在巷道兩側(cè)的刷幫空間內(nèi)。

作為進(jìn)一步限定，所述4組緩沖導(dǎo)流裝置中前排兩組包括第一列轉(zhuǎn)柱和第二列轉(zhuǎn)柱，所述第一列柱順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，第二列柱逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，所述4組緩沖導(dǎo)流裝置中后排兩組包括第三列轉(zhuǎn)柱和第四列轉(zhuǎn)柱，所述第三列柱順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，第四列柱逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。

作為進(jìn)一步限定，所述巷道寬度w與柱體直徑d之比為8-10；每側(cè)刷幫深度為0.3w；所述第一列轉(zhuǎn)柱和第二列轉(zhuǎn)柱雙柱間距L₁₁與柱體直徑d之比為5-6；所述第一三列轉(zhuǎn)柱和第二四列轉(zhuǎn)柱雙柱間距L₂₂與柱體直徑d之比為4-5；第一列轉(zhuǎn)柱距左側(cè)刷幫端頭距離L_z1≥5w；兩列轉(zhuǎn)柱的距離L_z2≥5w；第四列轉(zhuǎn)柱距右側(cè)刷幫端頭距離L_z3≥5w。

本發(fā)明還涉及一種礦用沖擊氣浪緩沖方法，在巷道內(nèi)設(shè)置風(fēng)速傳感器，巷道內(nèi)出現(xiàn)高壓高速?zèng)_擊氣浪時(shí)，風(fēng)速傳感器將信號(hào)傳送給信號(hào)處理控制裝置，信號(hào)處理控制裝置連接設(shè)置在巷道兩側(cè)的刷幫空間內(nèi)的緩沖導(dǎo)流裝置，信號(hào)處理控制裝置控制防爆電機(jī)驅(qū)動(dòng)緩沖導(dǎo)流裝置的柱體定向旋轉(zhuǎn)，定向旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)柱可調(diào)節(jié)風(fēng)流的流向，通過(guò)轉(zhuǎn)柱的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)可影響氣流的流場(chǎng)分布特性，從而耗散部分沖擊氣浪動(dòng)能，起到緩沖作用。

作為進(jìn)一步限定，所述緩沖導(dǎo)流裝置中前排兩組包括第一列轉(zhuǎn)柱和第二列轉(zhuǎn)柱，所述第一列柱順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，第二列柱逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，所述4組緩沖導(dǎo)流裝置中后排兩組包括第三列轉(zhuǎn)柱和第四列轉(zhuǎn)柱，所述第三列柱順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，第四列柱逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。

作為進(jìn)一步限定，所述防爆電機(jī)轉(zhuǎn)速與風(fēng)速數(shù)據(jù)的函數(shù)關(guān)系為，；其中

α：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系數(shù)，，

d_s：風(fēng)速傳感器與轉(zhuǎn)柱的距離，

n_c：風(fēng)速傳感器與轉(zhuǎn)柱間經(jīng)歷的直角轉(zhuǎn)彎個(gè)數(shù)，

v：傳感器所監(jiān)測(cè)到的來(lái)風(fēng)速度。

本發(fā)明的礦用沖擊氣浪緩沖裝置及方法中的緩沖繞流轉(zhuǎn)柱單元可以在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生定向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，定向旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)柱可調(diào)節(jié)風(fēng)流的流向，轉(zhuǎn)柱的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)可耗散部分沖擊氣浪動(dòng)能，起到緩沖作用，減輕高壓高速?zèng)_擊氣浪可對(duì)整個(gè)礦井造成的破壞。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

圖1是本發(fā)明的礦用沖擊氣浪緩沖裝置的巷道俯視圖。

圖2是本發(fā)明的礦用沖擊氣浪緩沖裝置的巷道橫切圖。

圖3是圖2中A部分的局部放大圖。

圖4是本發(fā)明的礦用沖擊氣浪緩沖裝置各部分的尺寸關(guān)系圖。

具體實(shí)施方式

如圖1至圖3所示，本發(fā)明的礦用沖擊氣浪緩沖裝置安裝在煤體1的巷道2內(nèi)，巷道2內(nèi)設(shè)置楔形巷道刷幫3和矩形巷道刷幫，礦用沖擊氣浪緩沖裝置包括安裝在靠近來(lái)風(fēng)方向巷道內(nèi)的風(fēng)速傳感器5、信號(hào)處理控制裝置7和緩沖導(dǎo)流裝置，風(fēng)速傳感器5監(jiān)測(cè)并發(fā)送巷道2內(nèi)的風(fēng)速數(shù)據(jù)，風(fēng)速傳感器5通過(guò)傳輸線纜6連接信號(hào)處理控制裝置7，信號(hào)處理控制裝置7通過(guò)控制線纜8連接緩沖導(dǎo)流裝置，信號(hào)處理控制裝置7包括信號(hào)處理單元和電源控制輸出單元，緩沖導(dǎo)流裝置安裝在矩形巷道刷幫4內(nèi)，緩沖導(dǎo)流裝置包括緩沖繞流轉(zhuǎn)柱單元10和防爆電機(jī)單元9，緩沖繞流轉(zhuǎn)柱單元10可以在防爆電機(jī)單元9的驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生定向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。巷道刷幫4下方設(shè)置混凝土基座11，混凝土基座11內(nèi)設(shè)置凹槽，凹槽上設(shè)置混凝土蓋板111，凹槽內(nèi)設(shè)置防爆電機(jī)9，防爆電機(jī)9通過(guò)傳動(dòng)軸91連接變速箱92，繞流轉(zhuǎn)柱單元10包括轉(zhuǎn)柱中軸101，變速箱92連接轉(zhuǎn)柱中軸101的下端。轉(zhuǎn)柱中軸101的上端連接轉(zhuǎn)柱軸承102，轉(zhuǎn)柱軸承102安裝在頂板固定基座12上，頂板固定基座12通過(guò)錨桿121安裝在煤體1上。

緩沖導(dǎo)流裝置設(shè)置8個(gè)，每?jī)蓚€(gè)一組，4組緩沖導(dǎo)流裝置對(duì)稱設(shè)置在巷道2兩側(cè)的刷幫4空間內(nèi)。4組緩沖導(dǎo)流裝置中前排兩組包括第一列轉(zhuǎn)柱10a和第二列轉(zhuǎn)柱10b，第一列柱10a順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，第二列柱10b逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，4組緩沖導(dǎo)流裝置中后排兩組包括第三列轉(zhuǎn)柱10c和第四列轉(zhuǎn)柱10d，所述第三列柱10c順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，第四列柱10d逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。

如圖4所示，巷道寬度w與柱體直徑d之比為8-10；每側(cè)刷幫深度為0.3w；所述第一列轉(zhuǎn)柱和第二列轉(zhuǎn)柱雙柱間距L₁₁與柱體直徑d之比為5-6；所述第一三列轉(zhuǎn)柱和第二四列轉(zhuǎn)柱雙柱間距L₂₂與柱體直徑d之比為4-5；第一列轉(zhuǎn)柱距左側(cè)刷幫端頭距離L_z1≥5w；兩列轉(zhuǎn)柱的距離L_z2≥5w；第四列轉(zhuǎn)柱距右側(cè)刷幫端頭距離L_z3≥5w。

在巷道2內(nèi)設(shè)置風(fēng)速傳感器，巷道2內(nèi)出現(xiàn)高壓高速?zèng)_擊氣浪時(shí)，風(fēng)速傳感器5將信號(hào)傳送給信號(hào)處理控制裝置7，信號(hào)處理控制裝置7連接設(shè)置在巷道兩側(cè)的刷幫4空間的緩沖導(dǎo)流裝置，信號(hào)處理控制裝置7控制防爆電機(jī)9驅(qū)動(dòng)緩沖導(dǎo)流裝置的柱體定向旋轉(zhuǎn)，向旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)柱可調(diào)節(jié)風(fēng)流的流向，通過(guò)轉(zhuǎn)柱的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)可影響氣流的流場(chǎng)分布特性，從而耗散部分沖擊氣浪動(dòng)能，起到緩沖作用。緩沖導(dǎo)流裝置中前排兩組包括第一列轉(zhuǎn)柱和第二列轉(zhuǎn)柱，所述第一列柱順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，第二列柱逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，所述4組緩沖導(dǎo)流裝置中后排兩組包括第三列轉(zhuǎn)柱和第四列轉(zhuǎn)柱，所述第三列柱順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，第四列柱逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。

防爆電機(jī)轉(zhuǎn)速與風(fēng)速數(shù)據(jù)的函數(shù)關(guān)系為，；其中

α：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系數(shù)，，

d_s：風(fēng)速傳感器與轉(zhuǎn)柱的距離，

n_c：風(fēng)速傳感器與轉(zhuǎn)柱間經(jīng)歷的直角轉(zhuǎn)彎個(gè)數(shù)，

v：傳感器所監(jiān)測(cè)到的來(lái)風(fēng)速度。