礦井干噴作業(yè)區(qū)粉塵運(yùn)移及防治的仿真實(shí)驗(yàn)裝置與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及礦井干噴的仿真實(shí)驗(yàn)裝置及方法，尤其涉及一種礦井干噴作業(yè)區(qū)粉塵運(yùn)移及防治的仿真實(shí)驗(yàn)裝置與方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，錨噴混凝土技術(shù)是巷道支護(hù)的主要方式之一，然而，錨噴混凝土技術(shù)尤其是干噴作業(yè)在實(shí)施過程中當(dāng)混合料從噴槍噴射出時(shí)，在高壓風(fēng)的作用下混凝土?xí)a(chǎn)生離析現(xiàn)象，同時(shí)再加上受噴面反彈作用的影響，致使粉塵微粒分離擴(kuò)散，在噴嘴與受噴面之間急劇產(chǎn)生大量的粉塵，導(dǎo)致工作面現(xiàn)場(chǎng)粉塵濃度仍然較高，而此過程是在整個(gè)噴射混凝土作業(yè)過程中的主要產(chǎn)塵源之一。加之干噴混凝土作業(yè)上料、攪拌等工序產(chǎn)生大量的高濃度粉塵，在不采用任何防塵措施的情況下，礦井巷道干噴作業(yè)區(qū)粉塵濃度可達(dá)1000mg/m3以上，而且呼吸性粉塵所占比例接近40%，給工人的身體健康造成了極大的威脅和危害。即使采取除塵措施，絕大多數(shù)工作面的情況依然相當(dāng)惡劣，粉塵濃度已嚴(yán)重超過國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。
[0003]為了降低巷道干噴作業(yè)區(qū)的現(xiàn)場(chǎng)粉塵濃度，目前國內(nèi)外已有多種降塵控塵措施和高效的除塵設(shè)備，但對(duì)于巷道干噴作業(yè)區(qū)的粉塵的防治技術(shù)還不夠完善，并沒有有效的粉塵防治措施，這很大一部分原因是對(duì)巷道干噴作業(yè)區(qū)現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)-塵運(yùn)移規(guī)律的研究不夠深入。長期以來，不同情況下的風(fēng)-塵-霧運(yùn)移、耦合、沉降規(guī)律有所不同，有的甚至極為復(fù)雜，針對(duì)某一礦井巷道干噴作業(yè)區(qū)內(nèi)風(fēng)流狀態(tài)下的氣載粉塵運(yùn)移情況則主要根據(jù)人們的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)憑主觀選擇。
[0004]對(duì)礦井巷道干噴作業(yè)區(qū)氣載粉塵運(yùn)移規(guī)律及粉塵防治技術(shù)進(jìn)行研究，不僅能大幅度降低礦井巷道干噴作業(yè)區(qū)空氣中的粉塵濃度，而且對(duì)井下其它產(chǎn)塵作業(yè)點(diǎn)的抑塵工作具有積極的借鑒作用。要研究不同風(fēng)流狀態(tài)下和噴霧場(chǎng)下的氣載粉塵運(yùn)移規(guī)律及粉塵防治技術(shù)，以此確定巷道內(nèi)通風(fēng)除塵、噴霧降塵系統(tǒng)的最佳參數(shù)，必須有一種能真實(shí)模擬巷道干噴作業(yè)區(qū)風(fēng)流狀態(tài)、粉塵狀態(tài)、氣載粉塵運(yùn)移狀態(tài)以及噴霧狀態(tài)的仿真模擬裝置來揭示不同情況下風(fēng)-塵-霧的運(yùn)移、耦合、降塵規(guī)律。通過研究，可以明確干噴作業(yè)區(qū)風(fēng)-塵運(yùn)移規(guī)律以及負(fù)壓二次降塵裝置和自動(dòng)化附壁風(fēng)筒在干噴作業(yè)區(qū)的控除塵效果，為優(yōu)化布置負(fù)壓二次降塵裝置和自動(dòng)化附壁風(fēng)筒提供科學(xué)依據(jù)。最終實(shí)現(xiàn)降低巷道干噴作業(yè)區(qū)粉塵濃度，改善作業(yè)環(huán)境，從而降低作業(yè)人員塵肺病的發(fā)病率，促進(jìn)煤炭生產(chǎn)職業(yè)健康水平提高。因此，研究巷道干噴作業(yè)區(qū)粉塵運(yùn)移規(guī)律及其防治方法具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種礦井干噴作業(yè)區(qū)粉塵運(yùn)移及防治的仿真實(shí)驗(yàn)裝置與方法。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明方案包括:
[0007]—種用于礦井巷道干噴作業(yè)區(qū)粉塵運(yùn)移及防治的仿真實(shí)驗(yàn)裝置，其包括由鋼化玻璃制成的仿真模擬干噴巷道，其中，仿真模擬干噴巷道內(nèi)布置有用于導(dǎo)入風(fēng)的壓入式風(fēng)筒以及用于抽出風(fēng)的抽出式風(fēng)筒，仿真模擬干噴巷道內(nèi)設(shè)置有模擬礦用軌道，模擬礦用軌道上設(shè)置有仿真上料機(jī)器、仿真攪拌機(jī)與仿真噴射機(jī)，仿真上料機(jī)上設(shè)置有上料產(chǎn)塵機(jī)構(gòu)，仿真攪拌機(jī)上設(shè)置有攪拌產(chǎn)塵機(jī)構(gòu)，仿真噴射機(jī)上設(shè)置有噴射口，噴射口上設(shè)置有噴射口產(chǎn)塵機(jī)構(gòu)，噴射口面向布置在仿真模擬干噴巷道內(nèi)的噴射反彈產(chǎn)塵機(jī)構(gòu)，仿真噴射機(jī)上設(shè)置有噴霧負(fù)壓二次降塵裝置。
[0008]所述的仿真實(shí)驗(yàn)裝置，其中，上述仿真模擬干噴巷道內(nèi)均勻布置有多根用于模擬巷道內(nèi)上山、下山的金屬摩擦柱，金屬摩擦柱上端與仿真模擬干噴巷道內(nèi)壁的夾角為90°至 135° 。
[0009]所述的仿真實(shí)驗(yàn)裝置，其中，上述金屬摩擦柱包括第一豎直部，第一豎直部上設(shè)置有橫向延伸的延伸部，延伸部的上端設(shè)置有第一橢圓部，第一橢圓部上設(shè)置有第二豎直部，第二豎直部上設(shè)置有第二橢圓部，第二橢圓部上設(shè)置有支撐端。
[0010]所述的仿真實(shí)驗(yàn)裝置，其中，上述仿真模擬干噴巷道在與壓入式風(fēng)筒、抽出式風(fēng)筒對(duì)應(yīng)處均設(shè)置有單軌吊，仿真模擬干噴巷道上均勻布置有多個(gè)單軌吊橫向移動(dòng)機(jī)構(gòu)，使壓入式風(fēng)筒、抽出式風(fēng)筒能沿對(duì)應(yīng)單軌吊移動(dòng)。
[0011]所述的仿真實(shí)驗(yàn)裝置，其中，上述壓入式風(fēng)筒通過第一柔性風(fēng)筒轉(zhuǎn)換器與一壓入式風(fēng)機(jī)相連通，壓入式風(fēng)機(jī)配置有第一無極變頻器；壓入式風(fēng)筒上設(shè)置有自動(dòng)化附壁風(fēng)筒。
[0012]所述的仿真實(shí)驗(yàn)裝置，其中，上述自動(dòng)化附壁風(fēng)筒與壓入式風(fēng)筒相連通，自動(dòng)化附壁風(fēng)筒內(nèi)均勻布置有多個(gè)阻隔板，阻隔板之間形成多個(gè)出風(fēng)條隙，自動(dòng)化附壁風(fēng)筒的一端設(shè)置有通風(fēng)蝶閥；自動(dòng)化附壁風(fēng)筒的兩端均設(shè)置有風(fēng)筒內(nèi)部風(fēng)速傳感器、風(fēng)筒內(nèi)部風(fēng)流壓力傳感器。
[0013]所述的仿真實(shí)驗(yàn)裝置，其中，上述抽出式風(fēng)筒通過第二柔性風(fēng)筒轉(zhuǎn)換器與一抽出式濕式除塵風(fēng)機(jī)相連通，抽出式濕式除塵風(fēng)機(jī)配置有第二無極變頻器。
[0014]所述的仿真實(shí)驗(yàn)裝置，其中，上述仿真噴射機(jī)通過噴霧管道與一高壓栗相連通，高壓栗與儲(chǔ)水箱相連通。
[0015]所述的仿真實(shí)驗(yàn)裝置，其中，上述仿真模擬干噴巷道內(nèi)均勻布置有多個(gè)巷道內(nèi)風(fēng)速傳感器、巷道內(nèi)粉塵濃度傳感器。
[0016]—種使用所述仿真實(shí)驗(yàn)裝置的方法，其包括以下步驟:
[0017]A、調(diào)節(jié)第一無極變頻器和/或第二無極變頻器實(shí)現(xiàn)不同風(fēng)速大小，產(chǎn)生穩(wěn)定風(fēng)流，同時(shí)調(diào)節(jié)自動(dòng)化附壁風(fēng)筒形成一定程度的多徑向旋流風(fēng)，從壓入式風(fēng)筒壓出的風(fēng)流進(jìn)入仿真模擬干噴巷道，風(fēng)流碰到仿真模擬干噴巷道前端的迎頭后，風(fēng)向向下風(fēng)側(cè)運(yùn)移，若只測(cè)量風(fēng)流分布規(guī)律，則不開啟噴霧負(fù)壓二次降塵裝置、上料產(chǎn)塵機(jī)構(gòu)、攪拌產(chǎn)塵機(jī)構(gòu)、噴射口產(chǎn)塵機(jī)構(gòu)與噴射反彈產(chǎn)塵機(jī)構(gòu)，通過巷道內(nèi)風(fēng)速傳感器收集風(fēng)流數(shù)據(jù)，得到仿真模擬干噴巷道內(nèi)干噴作業(yè)區(qū)風(fēng)流分布規(guī)律；
[0018]B、若要研究風(fēng)-塵運(yùn)移規(guī)律，則緊接上述步驟A，開啟上料產(chǎn)塵機(jī)構(gòu)、攪拌產(chǎn)塵機(jī)構(gòu)、噴射口產(chǎn)塵機(jī)構(gòu)與噴射反彈產(chǎn)塵機(jī)構(gòu)中的一個(gè)或幾個(gè)，模擬產(chǎn)生一定濃度的粉塵，通過巷道內(nèi)風(fēng)速傳感器和巷道內(nèi)粉塵濃度傳感器收集相關(guān)數(shù)據(jù)，得到仿真模擬干噴巷道內(nèi)干噴作業(yè)區(qū)單一塵源或者多塵源的風(fēng)-塵運(yùn)移規(guī)律；
[0019]C、若要研究風(fēng)-塵-霧三相介質(zhì)運(yùn)移、耦合、沉降規(guī)律，則緊接著上述步驟B，開啟上料產(chǎn)塵機(jī)構(gòu)、攪拌產(chǎn)塵機(jī)構(gòu)、噴射口產(chǎn)塵機(jī)構(gòu)與噴射反彈產(chǎn)塵機(jī)構(gòu)中的某一個(gè)或某幾個(gè)，待采集完相關(guān)風(fēng)速大小、粉塵濃度數(shù)據(jù)后，開啟噴霧負(fù)壓二次降塵裝置，噴霧負(fù)壓二次降塵裝置中產(chǎn)生負(fù)壓場(chǎng)和噴霧場(chǎng)，對(duì)氣載粉塵進(jìn)行捕捉，風(fēng)流、粉塵與霧滴在模擬巷道內(nèi)發(fā)生三相介質(zhì)運(yùn)移、耦合、沉降，通過巷道內(nèi)風(fēng)速傳感器、巷道內(nèi)粉塵濃度傳感器收集相關(guān)數(shù)據(jù)，得到單一塵源或者多塵源的風(fēng)-塵-霧運(yùn)移、耦合、沉降規(guī)律，得出不同粒徑范圍粉塵的沉降所需的最佳噴霧參數(shù)；
[0020]D、若要研究自動(dòng)化附壁風(fēng)筒不同出風(fēng)量下的控除塵效果，則緊接著上述步驟C，定量改變通風(fēng)蝶閥的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)化附壁風(fēng)筒出風(fēng)量的控制，實(shí)現(xiàn)不同效果的封閉風(fēng)幕，通過巷道內(nèi)風(fēng)速傳感器、巷道內(nèi)粉塵濃度傳感器收集相關(guān)數(shù)據(jù)，得到單一塵源或者多塵源的風(fēng)-塵-霧在風(fēng)壁風(fēng)筒封閉風(fēng)幕效應(yīng)下的控除塵效果和運(yùn)移、耦合、沉降規(guī)律。
[0021]本發(fā)明提供的一種礦井干噴作業(yè)區(qū)粉塵運(yùn)移及防治的仿真實(shí)驗(yàn)裝置與方法，能夠模擬礦井巷道干噴作業(yè)區(qū)不同通風(fēng)方式、各風(fēng)筒不同位置、不通風(fēng)流狀態(tài)下的風(fēng)流分布，能夠模擬不同通風(fēng)條件下、不同塵源位置下的單一塵源和多塵源氣載粉塵運(yùn)移分布規(guī)律，能夠模擬不同條件下自動(dòng)化附壁風(fēng)筒所成封閉氣幕的控塵效果，能夠模擬不同通風(fēng)條件下的風(fēng)-塵-霧耦合、運(yùn)移、沉降規(guī)律，能夠測(cè)試不同類型噴嘴的降塵效果，為研發(fā)高效噴嘴提供技術(shù)支持；也可測(cè)試噴霧水壓對(duì)噴霧降塵效果的影響，為不同噴嘴選擇合適噴水壓力提供技術(shù)支持；通過控制噴霧場(chǎng)下的風(fēng)流狀態(tài)和風(fēng)速大小，研究風(fēng)流對(duì)噴霧效果的影響。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明中仿真實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2為本發(fā)明中金屬摩擦柱與仿真模擬干噴巷道的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖3為本發(fā)明中金屬摩擦柱的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖4為本發(fā)明中自動(dòng)化附壁風(fēng)筒的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]本發(fā)明提供了一種礦井干噴作業(yè)區(qū)粉塵運(yùn)移及防治的仿真實(shí)驗(yàn)裝置與方法，為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及效果更加清楚、明確，以下對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0027]本發(fā)明提供了一