本技術(shù)涉及煤礦安全與環(huán)境保護的，尤其是涉及一種硫化氫與粉塵耦合污染的實驗裝置及實驗方法。

背景技術(shù)：

1、隨著煤炭開采機械化程度的提高，在井下采煤、掘進、運輸、提升等生產(chǎn)環(huán)節(jié)的產(chǎn)塵量也將明顯增多。井下工人長期吸入會導(dǎo)致患塵肺病等職業(yè)疾病的幾率大幅增加。更為嚴重的是，煤礦井下粉塵具有爆炸性，當井下空氣中煤塵達到一定濃度且存在點火源時，就有可能會發(fā)生煤塵爆炸事故。根據(jù)國家衛(wèi)生健康委報道，2022年新增職業(yè)病15407例，其中塵肺病11809例，占比76.6%。塵肺病是不可逆疾病，無法完全治愈，患者肺部纖維化，導(dǎo)致肺部局部抵抗力下降，并且引發(fā)并發(fā)癥。

2、同時隨著低硫煤炭資源的日漸枯竭及脫硫技術(shù)的不斷進步，高硫煤的開采成為必然，而高硫煤中往往含有大量硫化氫氣體。硫化氫是煤礦井下有毒有害氣體之一，不僅具有爆炸性，腐蝕煤礦井下機械設(shè)備，還會危害人員的身體健康，嚴重時可使接觸者失去知覺或死亡，時刻威脅著煤礦的正常生產(chǎn)。隨著開采深度的不斷增加，煤礦硫化氫災(zāi)害事故還在不斷的發(fā)生，硫化氫中毒死亡人數(shù)居于我國中毒死亡人數(shù)的第二位。我國明確規(guī)定井下硫化氫容許濃度不得超過6.6ppm。

3、當井下煤塵與硫化氫氣體共同存在時，二者會相互作用，對工作面粉塵的運移及分布產(chǎn)生影響，從而造成更為嚴重的污染效應(yīng)。現(xiàn)有的降塵噴霧措施大多僅僅針對礦井粉塵，而硫化氫的存在會導(dǎo)致降塵效果大打折扣。關(guān)于硫化氫與煤塵共存條件下，兩者的分布規(guī)律及相互影響鮮見報道，總體缺乏理論和實驗依據(jù)。因此，有必要開發(fā)一種能可視化揭示硫化氫與粉塵耦合沉降機制的實驗裝置及方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種硫化氫與粉塵耦合污染實驗裝置及實驗方法，可視化揭示硫化氫與粉塵耦合沉降機制，可有效分析硫化氫與粉塵耦合污染規(guī)律，并為現(xiàn)場除硫化氫降塵技術(shù)提供理論依據(jù)。

2、第一方面，本技術(shù)提供的一種硫化氫與粉塵耦合污染的實驗裝置，采用如下的技術(shù)方案：

3、一種硫化氫與粉塵耦合污染的實驗裝置及實驗方法，包括粉塵沉降室、粉塵釋放裝置、供氣裝置、piv裝置和廢氣洗氣收集裝置，所述粉塵沉降室設(shè)計為可視化封閉長方體結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部設(shè)置有便攜式氣體檢測儀，能夠?qū)崟r檢測并顯示硫化氫與粉塵的濃度，且其結(jié)構(gòu)設(shè)計和材料選擇能夠確保實驗過程中的安全性和可視化效果。

4、通過采用上述技術(shù)方案，通過設(shè)計可視化封閉長方體結(jié)構(gòu)的粉塵沉降室，能夠直觀展現(xiàn)硫化氫與粉塵的沉降過程，提高了實驗的直觀性和可操作性；通過在粉塵沉降室內(nèi)配備便攜式氣體檢測儀，實現(xiàn)了對硫化氫與粉塵濃度的實時監(jiān)測，為科研人員提供了準確的數(shù)據(jù)支持。

5、可選的，所述粉塵釋放裝置通過特定接口與所述粉塵沉降室的一個側(cè)壁穩(wěn)固連接，該裝置能夠精確控制粉塵顆粒的釋放量，并且確保粉塵顆粒能夠均勻分布到粉塵沉降室內(nèi)的試驗區(qū)。

6、通過采用上述技術(shù)方案，通過設(shè)置粉塵釋放裝置，能夠精確控制粉塵顆粒的釋放量，并且確保粉塵顆粒能夠均勻分布到粉塵沉降室內(nèi)的試驗區(qū)，確保了實驗的精確性和可重復(fù)性。

7、可選的，所述粉塵釋放裝置包括粉塵氣溶膠發(fā)生器、空氣增壓泵和氣體調(diào)壓分流閥，所述空氣增壓泵與電源和所述氣體調(diào)壓分流閥相連接，所述氣體調(diào)壓分流閥與所述粉塵氣溶膠發(fā)生器相連接，所述粉塵氣溶膠發(fā)生器、所述空氣增壓泵和所述氣體調(diào)壓分流閥三者協(xié)同工作，以實現(xiàn)粉塵顆粒的高效、穩(wěn)定釋放。

8、通過采用上述技術(shù)方案，通過粉塵氣溶膠發(fā)生器的設(shè)置，能夠?qū)⑹孪妊心ズ玫拇龑嶒灥姆蹓m顆粒灌裝并儲存到粉塵氣溶膠發(fā)生器內(nèi)；通過空氣增壓泵和氣體調(diào)壓分流閥的設(shè)置，能夠提前通過樣品設(shè)置進給速度、噴射壓力、流量，從而在實驗時，使實驗的粉塵顆粒能夠達到要求的固定大小的質(zhì)量流量進行粉塵噴射，進一步提高了實驗的精確性和可重復(fù)性。

9、可選的，所述供氣裝置通過專用接口與所述粉塵沉降室的一個側(cè)壁相連接，所述供氣裝置包括高壓氣體鋼瓶和活塞抽氣接頭，能夠穩(wěn)定、連續(xù)地向所述粉塵沉降室內(nèi)的試驗區(qū)釋放硫化氫氣體，并且供氣量可調(diào)。

10、通過采用上述技術(shù)方案，通過高壓氣體鋼瓶的設(shè)置，能夠在高壓氣體鋼瓶內(nèi)儲存待實驗的硫化氫氣體；通過活塞抽氣接頭的設(shè)置，能夠通過活塞抽氣接頭控制氣體的流量；從而能夠穩(wěn)定、連續(xù)地向所述粉塵沉降室內(nèi)的試驗區(qū)釋放硫化氫氣體，并且供氣量可調(diào)，為模擬不同污染條件下的沉降過程提供了可能。

11、可選的，所述piv裝置精準安裝在所述粉塵沉降室的上方，其具備高分辨率的圖像捕捉能力，能夠?qū)崟r觀察并記錄氣體與粉塵顆粒的相互作用及沉降的全過程。

12、通過采用上述技術(shù)方案，能夠通過piv裝置實時觀察并記錄氣體與粉塵顆粒的相互作用及沉降的全過程。

13、可選的，所述piv裝置包括高功率激光源、高精度同步控制器、高速攝像機和專用計算機，其中，所述高速攝像機的鏡頭精確對準氣體與粉塵顆粒相互作用并沉降的關(guān)鍵區(qū)域，以確保實驗數(shù)據(jù)的準確性和完整性；所述專用計算機能夠按照設(shè)定的程序和算法，對所述高速攝像機拍攝的圖像數(shù)據(jù)進行處理，得到所述粉塵沉降室內(nèi)粉塵沉降瞬態(tài)速度矢量圖和粉塵濃度。

14、通過采用上述技術(shù)方案，能夠通過高功率激光源發(fā)出片狀激光束照亮粉塵沉降室內(nèi)流場的一個切面；流場中加入的示蹤粒子對激光產(chǎn)生散射作用，使得激光可以散射到流場的側(cè)面；通過在被照亮的切面垂直的方向上設(shè)置高速攝像機，使得高速攝像機能夠按照設(shè)定的時間間隔連續(xù)拍下被照亮流場的行為，再將數(shù)據(jù)輸送至專用計算機；通過專用計算機的設(shè)置，能夠按照設(shè)定的程序和算法，對高速攝像機拍攝傳輸?shù)膱D像數(shù)據(jù)進行處理，得到所述粉塵沉降室內(nèi)粉塵沉降瞬態(tài)速度矢量圖和粉塵濃度；通過piv裝置的高分辨率圖像捕捉能力，使得科研人員能夠?qū)崟r觀察并記錄氣體與粉塵的相互作用及沉降過程，有助于揭示沉降機制的細節(jié)。

15、可選的，所述廢氣洗氣收集裝置通過專用管道與所述粉塵沉降室的另一個側(cè)壁相連接，所述廢氣洗氣收集裝置包括多級高精度洗氣瓶、高精度氣體檢測儀和尾氣收集瓶，能夠確保廢氣中的有害成分被徹底去除，同時準確檢測并記錄廢氣的成分和濃度。

16、通過采用上述技術(shù)方案，廢氣洗氣收集裝置的設(shè)計不僅確保了有害氣體的妥善處理，還能準確檢測并記錄廢氣成分和濃度，體現(xiàn)了本發(fā)明的環(huán)保理念。

17、可選的，所述粉塵沉降室由特定厚度的有機玻璃制成，其厚度精確控制在0.05-0.08m之間，以確保實驗過程中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和光學(xué)透明度。

18、通過采用上述技術(shù)方案，既保證了足夠的結(jié)構(gòu)強度，又提供了良好的可視化效果，使得實驗人員能夠直觀地觀察粉塵顆粒在硫化氫氣體中的沉降過程。

19、第二方面，本技術(shù)提供一種硫化氫與粉塵耦合污染的實驗方法，采用如下的技術(shù)方案：

20、一種硫化氫與粉塵耦合污染的實驗方法，包括以下精確步驟：首先向所述粉塵沉降室內(nèi)通入精確濃度的硫化氫氣體，并通過所述便攜式氣體檢測儀實時監(jiān)測其濃度變化；然后在特定設(shè)置下通過所述粉塵氣溶膠發(fā)生器精確進給粉塵，并同步利用所述piv裝置高精度測量粉塵沉降的瞬態(tài)速度矢量圖和粉塵濃度；靜置后，再次利用所述piv裝置進行測量，并將所有數(shù)據(jù)實時傳輸至專用計算機進行高精度處理和分析；最后，廢氣經(jīng)過所述廢氣洗氣收集裝置處理后進行排放。

21、通過采用上述技術(shù)方案，可實現(xiàn)粉塵顆粒在硫化氫氣體作用下沉降實驗過程中的可視化，可進行不同煤種的粉塵在硫化氫氣體影響下的沉降實驗，進行硫化氫與粉塵耦合污染機制研究工作，為硫化氫粉塵耦合沉降提供試驗數(shù)據(jù)，為硫化氫與粉塵耦合污染協(xié)同控制提供了理論依據(jù)。

22、可選的，在廢氣處理步驟中，廢氣依次通過所述多級高效洗氣瓶和所述高精度氣體檢測儀，確保廢氣中的硫化氫和其他有害成分被徹底去除，并且濃度精確控制在安全范圍內(nèi)后，再進行排放，以充分保障實驗過程的安全性和環(huán)保性。

23、通過采用上述技術(shù)方案，不僅確保了有害氣體的妥善處理，還能準確檢測并記錄廢氣成分和濃度，體現(xiàn)了本發(fā)明的環(huán)保理念。

24、綜上所述，本技術(shù)包括以下至少一種有益技術(shù)效果：

25、1.通過設(shè)計可視化封閉長方體結(jié)構(gòu)的粉塵沉降室，能夠直觀展現(xiàn)硫化氫與粉塵的沉降過程，提高了實驗的直觀性和可操作性；通過在粉塵沉降室內(nèi)配備便攜式氣體檢測儀，實現(xiàn)了對硫化氫與粉塵濃度的實時監(jiān)測，為科研人員提供了準確的數(shù)據(jù)支持；

26、2.通過粉塵氣溶膠發(fā)生器的設(shè)置，能夠?qū)⑹孪妊心ズ玫拇龑嶒灥姆蹓m顆粒灌裝并儲存到粉塵氣溶膠發(fā)生器內(nèi)；通過空氣增壓泵和氣體調(diào)壓分流閥的設(shè)置，能夠提前通過樣品設(shè)置進給速度、噴射壓力、流量，從而在實驗時，使實驗的粉塵顆粒能夠達到要求的固定大小的質(zhì)量流量進行粉塵噴射，進一步提高了實驗的精確性和可重復(fù)性；

27、3.通過高壓氣體鋼瓶的設(shè)置，能夠在高壓氣體鋼瓶內(nèi)儲存待實驗的硫化氫氣體；通過活塞抽氣接頭的設(shè)置，能夠通過活塞抽氣接頭控制氣體的流量；從而能夠穩(wěn)定、連續(xù)地向所述粉塵沉降室內(nèi)的試驗區(qū)釋放硫化氫氣體，并且供氣量可調(diào)，為模擬不同污染條件下的沉降過程提供了可能。