礦井掘進工作面風流環境模擬實驗裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種實驗裝置，具體涉及一種礦井掘進工作面相似實驗裝置。
【背景技術】
[0002]隨著淺部煤炭資源的逐漸減少甚至枯竭，地下開采的深度越來越大，礦井進入深部開采后，普遍面臨著高溫熱害的問題。熱害礦井中熱害較為嚴重的作業點是采煤工作面和掘進工作面，掘進工作面通風特點是獨頭式通風，有關礦井掘進面的降溫研究主要集中在特定條件下掘進工作面傳熱進行定性研究、流場和溫度場的預測和模擬研究，目前很少對掘進面傳熱特性進行量化的實驗研究，因此，開展對礦井掘進工作面風流環境模擬實驗裝置的研究很有必要。
【實用新型內容】
[0003]針對現有技術中存在的上述技術問題，本實用新型的目的是提供了一種礦井掘進工作面風流環境模擬實驗裝置，能夠模擬完成在不同通風及降溫方式下，掘進工作面內風流速度、溫度及壓力的分布規律以及獲取風流對流傳熱的準則關聯式，為科學合理地布置通風及降溫系統提供可靠的技術支持。
[0004]為了實現上述目的，本實用新型采用如下技術方案:一種礦井掘進工作面風流模擬實驗裝置，其特征在于:該實驗裝置包括模型主體、模擬熱源裝置、進風流參數控制系統及數據采集系統;所述的模型主體由相似材料組成的模擬圍巖、貫通模擬圍巖中部的模擬掘進工作面及模擬掘進工作面外的外保溫材料組成;所述的數據采集系統由風速傳感器、溫度傳感器、數據線和數據采集器組成;所述的模擬熱源裝置設置在模型主體內部;模擬主體入口設有風筒，風筒的入口采用軟接頭連接進風流參數控制系統，風筒上設置風閥，并通過風閥調節進入風筒的風量;進風流參數控制系統由組合式空調機組提供，能制備各種不同的溫濕度空氣；模型主體的進出口以及模型主體內等間隔的設有環境采樣點，由數據采集器通過風速傳感器和溫度傳感器采集各環境采樣點的風速和溫度。
[0005]所述的組合式空調機組是恒溫恒濕空調機組，且恒溫恒濕空調機組上裝有變頻風機。
[0006]其中風筒出口以及模擬掘進工作面的內部均布有采集數據的風速傳感器和溫度傳感器。
[0007]其中環境采樣點沿模擬掘進工作面上下及水平方向均勻布置。
[0008]本實用新型是按照相似理論構建的，可根據相似理論推測出現場的實際參數，指導掘進工作面礦井通風及降溫系統，在本技術領域內具有廣泛的實用性。
【附圖說明】
[0009]圖1是本實用新型的結構示意圖。
[0010]附圖標記說明:I一模擬圍巖;2—外保溫材料;3—模擬掘進工作面;4一風筒;5—模擬熱源裝置;6一進風流參數控制系統;7一軟接頭;8一風閥;9一風速傳感器;10一溫度傳感器;11 -數據線；12—數據采集器。
【具體實施方式】
[0011]如圖1所示，一種礦井掘進工作面風流模擬實驗裝置，包括由相似材料構成的模擬圍巖I，模擬圍巖中部設有貫通的模擬掘進工作面3，模擬圍巖的外部設有外保溫材料2，由模擬圍巖1、模擬掘進工作面3和外保溫材料2構成了模型主體。外保溫用于模擬圍巖無限大的邊界條件。模擬主體入口設有風筒4，風筒4的入口采用軟接頭7連接進風流參數控制系統6，風筒4上設置風閥8，用于調節進入模擬掘進工作面3的風量。
[0012]用恒溫恒濕空調機組做為進風流參數控制系統6，產生實驗所需要進風風流，且恒溫恒濕空調機組上裝有變頻風機，可實現多種風流參數模擬，恒溫恒濕空調機組通過連接風筒4將處理后的進風風流送入模擬掘進工作面3。
[0013]模型主體的進出口以及模型主體內等間隔的設有環境采樣點，風筒4出口以及模擬掘進工作面3的內部均布有采集數據的風速傳感器9和溫度傳感器10，通過風速傳感器9和溫度傳感器10采集進風及內部各環境采樣點的風速和溫度參數數據，通過數據線11將采集到的信號傳輸到數據采集器12處理。環境采樣點沿模擬掘進工作面上下及水平方向均勻布置。
[0014]模擬熱源裝置5設置在模型主體內部，用電加熱器模擬掘進工作面的各種熱源，且熱源位置可移動，以便模擬不同位置的機械設備熱源。
[0015]該實驗裝置模型與原型幾何相似、運動相似、動力相似、傳熱相似，保證了原型與模型對流換熱過程近似相似，模擬實驗裝置還保證了邊界條件和初始條件與原型相同。
[0016]該實驗裝置模型的幾何縮比比例由實際模型確定，模型中定性尺度取掘進工作面斷面積的當量直徑;進風流風速由雷諾數確定;進風流溫度按照阿基米德數進行選取;流體采用空氣;熱源散熱量根據相似條件進行換算。
[0017]本實用新型中礦井掘進工作面熱濕環境模擬實驗裝置，具體實施過程如下:
[0018]1.根據實際要模擬礦井，計算相似模擬掘進工作面和實際掘進工作面的幾何比例、速度比例、風流比例、溫度比例和熱量比例，確定模擬實驗所需的送風參數及模擬熱源散熱量。
[0019]2.調節模擬掘進工作面內的模擬熱源的加熱量。
[0020]3.開啟恒溫恒濕空調機組，測定并調節恒溫恒濕空調機組的出口風流參數達到所需通風或降溫的掘進工作面風流入口溫度及濕度。
[0021]4.將模擬主體連接到恒溫恒濕空調機組，調節風閥，達到要求風量。
[0022]5.使用安裝在模擬掘進工作面不同位置的傳感器采集風流信息，確定不同通風及降溫條件下掘進工作面的速度、壓力及溫度，確定不同通風及降溫條件下掘進工作面的風流參數分布規律。
[0023]6.通過統計方法將實驗得到的不同通風及降溫條件下掘進工作面的速度、溫度及濕度進行回歸計算，獲取風流對流傳熱的準則關聯式。
[0024]整個實驗過程為不同通風及降溫方式下，掘進工作面科學合理地選擇通風和降溫系統提供可靠的技術支持。
[0025]以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例，并非對本實用新型作任何限制，凡是根據本實用新型技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變換，均仍屬于本實用新型技術方案的保護范圍內。
【主權項】
1.一種礦井掘進工作面風流環境模擬實驗裝置，其特征在于:該實驗裝置包括模型主體、模擬熱源裝置(5)、進風流參數控制系統(6)及數據采集系統;所述的模型主體由模擬圍巖(I)、貫通模擬圍巖中部的模擬掘進工作面(3)及模擬掘進工作面外的外保溫材料(2)組成；所述的數據采集系統由風速傳感器(9)、溫度傳感器(10)、數據線(11)和數據采集器(12)組成;所述的模擬熱源裝置(5)設置在模型主體內部;模擬主體入口設有風筒(4)，風筒(4)的入口采用軟接頭(7)連接進風流參數控制系統(6)，風筒(4)上設置風閥(8)，并通過風閥(8)調節進入風筒的風量;進風流參數控制系統(6)由組合式空調機組提供，能制備各種不同的溫濕度空氣；模型主體的進出口以及模型主體內等間隔的設有環境采樣點，由數據采集器(12)通過風速傳感器(9)和溫度傳感器(10)采集各環境采樣點的風速和溫度。2.按照權利要求1所述的礦井掘進工作面風流環境模擬實驗裝置，其特征在于:所述的組合式空調機組是恒溫恒濕空調機組，且恒溫恒濕空調機組上裝有變頻風機。3.按照權利要求1所述的礦井掘進工作面風流環境模擬實驗裝置，其特征在于:風筒(4)出口以及模擬掘進工作面(3)的內部均布有采集數據的風速傳感器(9)和溫度傳感器(1)04.按照權利要求1所述的礦井掘進工作面風流環境模擬實驗裝置，其特征在于:環境采樣點沿模擬掘進工作面(3)上下及水平方向均勻布置。
【專利摘要】本實用新型公開了一種礦井掘進工作面風流環境模擬實驗裝置，以相似理論為指導，按照相似準則和幾何縮比要求，設計制作了礦井掘進工作面的風流環境模擬實驗裝置，該實驗裝置包括模型主體、模擬熱源裝置、進風流參數控制系統及數據采集系統。模擬熱源裝置設置在模型主體內部，模擬主體入口設有風筒，風筒的入口連接進風流參數控制系統，模型主體的進出口以及模型主體內等間隔的設有環境采樣點，由數據采集系統采集各環境采樣點的風速、溫度、濕度及壓力。礦井掘進工作面風流環境模擬實驗裝置可完成在不同通風及降溫條件下，掘進工作面內風流環境參數的模擬實驗研究，此外，該實驗裝置還可獲取風流對流傳熱的準則關聯式。
【IPC分類】E21F1/02
【公開號】CN205330708
【申請號】CN201521104609
【發明人】陳柳, 薛韓玲, 紀海維, 楊嵐
【申請人】西安科技大學
【公開日】2016年6月22日
【申請日】2015年12月28日