一種非煤固體礦山深部開采掘進(jìn)巷道熱濕交換模擬測(cè)試系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種非煤固體礦山深部開采掘進(jìn)巷道熱濕交換模擬測(cè)試系統(tǒng)。模擬巷道為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際獨(dú)頭掘進(jìn)巷道進(jìn)行等比例縮小的上、下、左、右和一端封閉的長(zhǎng)方形洞室，巷道熱源模擬裝置由電加熱膜（5）、加熱控制裝置（10）構(gòu)成；巷道內(nèi)濕度環(huán)境模擬裝置由加濕器管（6）、加濕器（11）連接構(gòu)成；巷道內(nèi)新風(fēng)風(fēng)質(zhì)模擬裝置由風(fēng)機(jī)（12）、加濕器（11′）、電加熱器（14）、新風(fēng)風(fēng)管（16）順序連接構(gòu)成；巷道降溫制冷模擬裝置由制冷機(jī)組（1）、空冷器（4）、冷風(fēng)風(fēng)管（15）構(gòu)成。本發(fā)明為研究獨(dú)頭巷道內(nèi)空氣的熱-濕交換提供現(xiàn)場(chǎng)真實(shí)熱濕交換環(huán)境，對(duì)理論計(jì)算的結(jié)果實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)場(chǎng)模擬驗(yàn)證，對(duì)于解決目前深井開采面臨的熱害問題具有很好的現(xiàn)實(shí)意義推廣應(yīng)用價(jià)值。
【專利說明】一種非煤固體礦山深部開采掘進(jìn)巷道熱濕交換模擬測(cè)試系
統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種非煤固體礦山深部開采熱、濕交換模擬測(cè)試系統(tǒng)，特別適用于金屬礦山深部開采所面臨的熱害治理技術(shù)研究，為研究獨(dú)頭巷道內(nèi)空氣的熱-濕交換提供現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境模擬，同時(shí)可對(duì)理論計(jì)算值進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室模擬驗(yàn)證。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著淺部資源的減少，開采能力不斷提高，開采深度也不斷增加，開采深部資源成為采礦的主要方式，而深部開采必然要面臨深井高溫?zé)岷Φ膯栴}，地?zé)嵩黾?，熱害問題已經(jīng)成為制約礦山安全生產(chǎn)、高產(chǎn)高效、和諧發(fā)展的瓶頸之一。高溫高濕等熱害問題越來越突出，嚴(yán)重影響井下作業(yè)人員的健康、安全和工作效率，必須采取相應(yīng)措施進(jìn)行。
[0003]研究表明，獨(dú)頭巷道掘進(jìn)由于其特殊的作業(yè)環(huán)境，無法在工作面形成貫穿風(fēng)流，高溫問題最為突出。因此，分析研究獨(dú)頭掘進(jìn)巷道熱害成因、建立深井熱害預(yù)測(cè)方法，研究深部開采降溫技術(shù)與裝備，以便采取有效的降溫措施，從而緩解井下高溫?zé)岷顩r，改善工人作業(yè)環(huán)境就顯得極為重要，對(duì)金屬礦山的安全生產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展具有及其重要的意義。
[0004]由于礦井采掘工作面通風(fēng)的特殊性，工作面降溫主要采用送入冷風(fēng)的方法實(shí)現(xiàn)，冷風(fēng)參數(shù)直接關(guān)系到工作面降溫效果。但目前沒有針對(duì)工作面熱負(fù)荷大小確定所需送風(fēng)參數(shù)和空冷器出風(fēng)參數(shù)的方法，而是完全取決于所安裝空冷器的處理能力。因此，有必要研究采掘工作面風(fēng)流參數(shù)及空冷器出風(fēng)參數(shù)的一種非煤固體礦山深部開采掘進(jìn)巷道熱濕交換模擬測(cè)試系統(tǒng)，對(duì)理論推導(dǎo)的結(jié)果在應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)之前進(jìn)行模擬驗(yàn)證，通過實(shí)驗(yàn)室研究，保證工作面降溫效果、實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求的溫濕度參數(shù)。
[0005]而要實(shí)施以上的研究工作，之前的單純依靠理論計(jì)算所確定的參數(shù)很難滿足現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際應(yīng)用，理論推導(dǎo)的結(jié)論可能在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中存在較大差異，因此必須對(duì)理論推導(dǎo)的結(jié)果在應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)之前進(jìn)行模擬驗(yàn)證。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題而提供一種非煤固體礦山深部開采掘進(jìn)巷道熱濕交換模擬測(cè)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以針對(duì)理論計(jì)算的結(jié)果實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)場(chǎng)模擬驗(yàn)證，在實(shí)驗(yàn)室提供一個(gè)礦山現(xiàn)場(chǎng)的獨(dú)頭掘進(jìn)巷道的真實(shí)熱濕交換環(huán)境。
[0007]為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明一種非煤固體礦山深部開采掘進(jìn)巷道熱濕交換模擬測(cè)試系統(tǒng)通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
本發(fā)明一種非煤固體礦山深部開采掘進(jìn)巷道熱濕交換模擬測(cè)試系統(tǒng)，它是由模擬巷道、巷道熱源模擬裝置、巷道內(nèi)濕度環(huán)境模擬裝置、巷道內(nèi)新風(fēng)風(fēng)質(zhì)模擬裝置、巷道降溫制冷模擬裝置及
風(fēng)流參數(shù)測(cè)控元器件組合構(gòu)成:
所述的模擬巷道為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際獨(dú)頭掘進(jìn)巷道進(jìn)行等比例縮小的上、下、左、右和一端封閉的長(zhǎng)方形洞室，自外向內(nèi)分別為保溫層、加熱層、巖石層；其尺寸大小是在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)依據(jù)試驗(yàn)相似理論，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際獨(dú)頭掘進(jìn)巷道進(jìn)行等比例縮小。
[0008]所述的巷道熱源模擬裝置由設(shè)置在加熱層上的電加熱膜、與電加熱膜相連的加熱控制裝置構(gòu)成；設(shè)計(jì)巷道熱源模擬裝置是為了模擬井下實(shí)際熱源。
[0009]所述的巷道內(nèi)濕度環(huán)境模擬裝置由安裝在模擬巷道內(nèi)的加濕器管、與加濕器管相連接的加濕器共同構(gòu)成，加濕器管上設(shè)有多個(gè)噴頭；濕空氣從加濕器管上的噴頭中噴向模擬巷道內(nèi)，對(duì)模擬巷道內(nèi)空氣進(jìn)行濕度調(diào)節(jié)和控制。
[0010]考慮到井下送入掘進(jìn)巷道內(nèi)的新鮮風(fēng)流的風(fēng)質(zhì)與實(shí)驗(yàn)室內(nèi)空氣的風(fēng)質(zhì)存在較大差異，設(shè)計(jì)了巷道內(nèi)新風(fēng)風(fēng)質(zhì)模擬裝置，所述的巷道內(nèi)新風(fēng)風(fēng)質(zhì)模擬裝置由風(fēng)機(jī)、加濕器、電加熱器、新風(fēng)風(fēng)管順序連接構(gòu)成，新風(fēng)風(fēng)管的出氣端插入到模擬巷道內(nèi)。
[0011]為了實(shí)現(xiàn)工作面熱環(huán)境控制的目的，需同時(shí)向巷道內(nèi)輸入冷風(fēng)，對(duì)空氣進(jìn)行制冷降溫，最后送入掘進(jìn)巷道內(nèi)，因此設(shè)計(jì)了巷道降溫制冷模擬裝置，所述的巷道降溫制冷模擬裝置由制冷機(jī)組、空冷器、循環(huán)管路、冷風(fēng)風(fēng)管構(gòu)成，冷風(fēng)風(fēng)管的進(jìn)氣端與空冷器相通，冷風(fēng)風(fēng)管的出氣端插入到模擬巷道內(nèi)，在制冷機(jī)組與空冷器之間的循環(huán)管路上分別設(shè)有閥門、冷凍水泵。
[0012]所述的風(fēng)流參數(shù)測(cè)控元器件為冷風(fēng)風(fēng)管上安裝的壓力傳感器、在新風(fēng)風(fēng)管內(nèi)安裝的風(fēng)流溫濕度傳感器、風(fēng)流速度傳感器，以及在模擬巷道內(nèi)部每隔一段距離設(shè)置的風(fēng)流溫濕度傳感器和風(fēng)流速度傳感器組合構(gòu)成，將采集出的數(shù)據(jù)傳送至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行分析；在巷道降溫制冷模擬裝置的循環(huán)管路上還分別安裝空冷器進(jìn)口側(cè)溫度傳感器、流量計(jì)，在冷風(fēng)風(fēng)管上安裝空冷器出口測(cè)溫度傳感器。
[0013]為更好地調(diào)控新鮮風(fēng)流，在風(fēng)機(jī)與電加熱器之間的管路上還設(shè)有風(fēng)機(jī)擋板。
[0014]此外，它還設(shè)有對(duì)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量、制冷機(jī)組的制冷量進(jìn)行遠(yuǎn)程集中控制的計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制裝置、變頻調(diào)控裝置。利用計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制裝置和變頻調(diào)控技術(shù)，對(duì)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量、制冷機(jī)組的制冷量進(jìn)行遠(yuǎn)程集中控制，通過調(diào)節(jié)冷風(fēng)參數(shù)和巷道熱源放熱量，擬合制冷量與熱源之間的匹配關(guān)系，尋找系統(tǒng)運(yùn)行工況。
[0015]本發(fā)明一種非煤固體礦山深部開采掘進(jìn)巷道熱濕交換模擬測(cè)試系統(tǒng)采用以上技術(shù)方案后具有以下積極的效果:
⑴與理論計(jì)算形成相互補(bǔ)充的體系，能夠較好的驗(yàn)證理論計(jì)算出的各項(xiàng)參數(shù)是否可靠，提高了理論計(jì)算的可靠度；
(2)相對(duì)于計(jì)算機(jī)模擬參數(shù)更為準(zhǔn)確，提高的模擬模型的準(zhǔn)確性和精確性；
(3)為制冷裝備的研制在實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)提供了平臺(tái)，使設(shè)備的各項(xiàng)參數(shù)能夠更好的滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需要，保證了設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的可靠性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明一種非煤固體礦山深部開采掘進(jìn)巷道熱濕交換模擬測(cè)試系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室組裝簡(jiǎn)圖。
[0017]圖2為本發(fā)明采用的模擬巷道斷面圖。
[0018]附圖標(biāo)記為:A—壓力傳感器；B—風(fēng)流溫濕度傳感器；C一風(fēng)流速度傳感器；D—空冷器進(jìn)口側(cè)溫度傳感器；E—空冷器出口測(cè)溫度傳感器；G—流量計(jì)。[0019]I一制冷機(jī)組；2—閥門；3—冷凍水泵；4一空冷器；5—電加熱膜；6—加濕器管；7—巖石層；8—加熱層；9—保溫層；10—加熱控制裝置；11—加濕器；11'—加濕器；12—風(fēng)機(jī)；13—風(fēng)機(jī)擋板；14一電加熱器；15—冷風(fēng)風(fēng)管；16—新風(fēng)風(fēng)管。
【具體實(shí)施方式】
[0020]為描述本發(fā)明，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明一種非煤固體礦山深部開采掘進(jìn)巷道熱濕交換模擬測(cè)試系統(tǒng)做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0021]由圖1所示的本發(fā)明一種非煤固體礦山深部開采掘進(jìn)巷道熱濕交換模擬測(cè)試系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室組裝簡(jiǎn)圖并結(jié)合圖2看出，本發(fā)明一種非煤固體礦山深部開采掘進(jìn)巷道熱濕交換模擬測(cè)試系統(tǒng)是由模擬巷道、巷道熱源模擬裝置、巷道內(nèi)濕度環(huán)境模擬裝置、巷道內(nèi)新風(fēng)風(fēng)質(zhì)模擬裝置、巷道降溫制冷模擬裝置及風(fēng)流參數(shù)測(cè)控元器件組合構(gòu)成。
[0022]模擬巷道的結(jié)構(gòu):實(shí)驗(yàn)室內(nèi)依據(jù)試驗(yàn)相似理論，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際獨(dú)頭掘進(jìn)巷道進(jìn)行等比例縮小，利用角鋼搭建巷道骨架，在角鋼內(nèi)鑲嵌一定厚度的大理石板材，建立起獨(dú)頭掘進(jìn)巷道的實(shí)驗(yàn)室基本模型；建立的模擬巷道為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際獨(dú)頭掘進(jìn)巷道進(jìn)行等比例縮小的上、下、左、右和一端封閉的長(zhǎng)方形洞室，自外向內(nèi)分別為保溫層9、加熱層8、巖石層7。
[0023]巷道熱源模擬裝置結(jié)構(gòu):在模擬巷道的上、下、左、右和端部等五個(gè)面覆蓋溫度和功率可調(diào)節(jié)的電加熱裝置，對(duì)大理石進(jìn)行加熱，模擬井下實(shí)際熱源；所述的巷道熱源模擬裝置由設(shè)置在加熱層8上的電加熱膜5、與電加熱膜5相連的加熱控制裝置10構(gòu)成。
[0024]巷道內(nèi)濕度環(huán)境模擬裝置結(jié)構(gòu):在巷道尾部設(shè)置兩個(gè)超聲波加濕器11，通過PVC加濕器管6導(dǎo)入模擬巷道內(nèi)部，對(duì)模擬巷道內(nèi)空氣進(jìn)行濕度調(diào)節(jié)和控制；所述的加濕器管6上設(shè)有多個(gè)噴頭，加濕器管6與加濕器11連接構(gòu)成巷道內(nèi)濕度環(huán)境模擬裝置。
[0025]巷道內(nèi)新風(fēng)風(fēng)質(zhì)模擬裝置結(jié)構(gòu):考慮到井下送入掘進(jìn)巷道內(nèi)的新鮮風(fēng)流的風(fēng)質(zhì)與實(shí)驗(yàn)室內(nèi)空氣的風(fēng)質(zhì)存在較大差異，因此在風(fēng)機(jī)12將新風(fēng)送入模擬巷道前在風(fēng)筒內(nèi)安裝智能型的電加熱器14和超聲波類加濕器11'對(duì)進(jìn)入模擬巷道內(nèi)的空氣進(jìn)行調(diào)溫調(diào)濕，保證實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)不受實(shí)驗(yàn)室內(nèi)環(huán)境溫度和濕度的影響。所述的巷道內(nèi)新風(fēng)風(fēng)質(zhì)模擬裝置由風(fēng)機(jī)
12、超聲波類加濕器11'、智能型的電加熱器14、新風(fēng)風(fēng)管16順序連接構(gòu)成，新風(fēng)風(fēng)管16的出氣端插入到模擬巷道內(nèi)；在風(fēng)機(jī)12與電加熱器14之間的管路上還設(shè)有風(fēng)機(jī)擋板13。
[0026]巷道降溫制冷模擬裝置結(jié)構(gòu):向巷道內(nèi)送入工作所需風(fēng)量的同時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)工作面熱環(huán)境控制的目的，需同時(shí)向巷道內(nèi)輸入冷風(fēng)，在實(shí)驗(yàn)室設(shè)置制冷機(jī)組I和空冷器4對(duì)空氣進(jìn)行制冷降溫，最后送入模擬巷道內(nèi)。所述的巷道降溫制冷模擬裝置由制冷機(jī)組1、空冷器4、循環(huán)管路、冷風(fēng)風(fēng)管15構(gòu)成，冷風(fēng)風(fēng)管15的進(jìn)氣端與空冷器4相通，冷風(fēng)風(fēng)管16的出氣端插入到模擬巷道內(nèi)，在制冷機(jī)組I與空冷器4之間的循環(huán)管路上分別設(shè)有閥門2、冷凍水泵3。
[0027]所述的風(fēng)流參數(shù)測(cè)控元器件為為冷風(fēng)風(fēng)管15上安裝的壓力傳感器A、在新風(fēng)風(fēng)管16內(nèi)安裝的風(fēng)流溫濕度傳感器B、風(fēng)流速度傳感器C，以及在模擬巷道內(nèi)部每隔一段距離設(shè)置的風(fēng)流溫濕度傳感器B和風(fēng)流速度傳感器C組合構(gòu)成，將采集出的數(shù)據(jù)傳送至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行分析；在巷道降溫制冷模擬裝置的循環(huán)管路上還分別安裝空冷器進(jìn)口側(cè)溫度傳感器D、流量計(jì)G，在冷風(fēng)風(fēng)管15上安裝空冷器出口測(cè)溫度傳感器E。利用計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制裝置和變頻調(diào)控技術(shù)，對(duì)兩臺(tái)風(fēng)機(jī)12的風(fēng)量、制冷機(jī)組I的制冷量進(jìn)行遠(yuǎn)程集中控制，通過調(diào)節(jié) 冷風(fēng)參數(shù)和巷道熱源放熱量，擬合制冷量與熱源之間的匹配關(guān)系，尋找系統(tǒng)運(yùn)行工況。
【權(quán)利要求】
1.一種非煤固體礦山深部開采掘進(jìn)巷道熱濕交換模擬測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于它是由模擬巷道、巷道熱源模擬裝置、巷道內(nèi)濕度環(huán)境模擬裝置、巷道內(nèi)新風(fēng)風(fēng)質(zhì)模擬裝置、巷道降溫制冷模擬裝置及 風(fēng)流參數(shù)測(cè)控元器件組合構(gòu)成: 所述的模擬巷道為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際獨(dú)頭掘進(jìn)巷道進(jìn)行等比例縮小的上、下、左、右和一端封閉的長(zhǎng)方形洞室，自外向內(nèi)分別為保溫層(9)、加熱層(8)、巖石層(7)； 所述的巷道熱源模擬裝置由設(shè)置在加熱層(8 )上的電加熱膜(5 )、與電加熱膜(5 )相連的加熱控制裝置(10)構(gòu)成； 所述的巷道內(nèi)濕度環(huán)境模擬裝置由安裝在模擬巷道內(nèi)的加濕器管(6)、與加濕器管(6 )相連接的加濕器(11)共同構(gòu)成，加濕器管(6 )上設(shè)有多個(gè)噴頭； 所述的巷道內(nèi)新風(fēng)風(fēng)質(zhì)模擬裝置由風(fēng)機(jī)(12)、加濕器(11`)、電加熱器(14)、新風(fēng)風(fēng)管(16)順序連接構(gòu)成，新風(fēng)風(fēng)管(16)的出氣端插入到模擬巷道內(nèi)； 所述的巷道降溫制冷模擬裝置由制冷機(jī)組(I)、空冷器(4)、循環(huán)管路、冷風(fēng)風(fēng)管(15)構(gòu)成，冷風(fēng)風(fēng)管(15)的進(jìn)氣端與空冷器(4)相通，冷風(fēng)風(fēng)管(15)的出氣端插入到模擬巷道內(nèi)，在制冷機(jī)組(I)與空冷器(4)之間的循環(huán)管路上分別設(shè)有閥門(2)、冷凍水泵(3); 所述的風(fēng)流參數(shù)測(cè)控元器件為冷風(fēng)風(fēng)管(15)上安裝的壓力傳感器(A)、在新風(fēng)風(fēng)管(16)內(nèi)安裝的風(fēng)流溫濕度傳感器(B)、風(fēng)流速度傳感器(C)，以及在模擬巷道內(nèi)部每隔一段距離設(shè)置的風(fēng)流溫濕度傳感器(B)和風(fēng)流速度傳感器(C)組合構(gòu)成。
2.如權(quán)利要求1所述的一種非煤固體礦山深部開采掘進(jìn)巷道熱濕交換模擬測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于:在巷道降溫制冷模擬裝置的循環(huán)管路上還分別安裝空冷器進(jìn)口側(cè)溫度傳感器(D)、流量計(jì)(G)，在冷風(fēng)風(fēng)管(15)上安裝空冷器出口測(cè)溫度傳感器(E)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種非煤固體礦山深部開采掘進(jìn)巷道熱濕交換模擬測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于:在風(fēng)機(jī)(12)與電加熱器(14)之間的管路上還設(shè)有風(fēng)機(jī)擋板(13)。
4.如權(quán)利要求3所述的一種非煤固體礦山深部開采掘進(jìn)巷道熱濕交換模擬測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于:它還設(shè)有對(duì)風(fēng)機(jī)(12)的風(fēng)量、制冷機(jī)組(I)的制冷量進(jìn)行遠(yuǎn)程集中控制的計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制裝置、變頻調(diào)控裝置。
【文檔編號(hào)】G01M99/00GK103528839SQ201310464151
【公開日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年10月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月8日
【發(fā)明者】賈敏濤, 賈安民, 居偉偉, 周偉, 黃壽元, 吳冷峻, 王爽 申請(qǐng)人:中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司