[发明专利]综掘工作面风流-瓦斯-粉尘多相耦合时空演化仿真实验装置

说明书

本发明提供了一种综掘工作面风流‑瓦斯‑粉尘多相耦合时空演化仿真实验装置，涉及矿井通风模拟技术领域，设置有仿真掘进主巷道和仿真掘进辅助巷道，巷道之间呈一定的夹角布置，仿真掘进主巷道内设置有掘进机、瓦斯定量释放装置和粉尘定量产生装置，以及抽风设备，仿真掘进辅助巷道内设置有压风设备和数据分析监测站；沿仿真掘进主巷道设置多个测点断面。压风设备和抽风设备工作形成风流，掘进机位置释放定量的瓦斯和粉尘，风流‑粉尘‑瓦斯在巷道内进行多相耦合，测点断面上的数据测量端口采集风速‑风向、粉尘粒度‑浓度‑距离、瓦斯浓度‑距离等数据，测量数据传输至数据分析监测站，从而模拟掘进工作面通风，为改善工作面通风标准提供依据。

技术领域

本发明涉及矿井通风模拟技术领域，尤其是一种综掘工作面风流-瓦斯-粉尘多相耦合时空演化仿真实验装置。

背景技术

综掘工作面是煤矿进行的主要产尘区域之一，随着综掘技术的发展，掘进机的掘进能力增强，掘进的月进尺可以达到1000m，掘进机的截割过程中将产生大量的粉尘，粉尘随掘进通风向巷道内扩散，从而影响施工人员的健康。根据研究显示，尘肺病的发病逐年升高，而煤矿工作面人员的尘肺病发病占较大的比例。通风除尘是目前最清洁、有效、经济的除尘方式，其中赋存瓦斯的综掘工作面一般采用压入式通风，其目的主要是放置瓦斯积聚；另外有的国家在存在瓦斯积聚的巷道采用单一抽出式和带风幕自动调控器的压抽混合式通风。由于存在安全隐患所以不便在实际的掘进工作面试验单一抽出式和带风幕自动调控器的压抽混合式通风。

为了研究掘进工作面风流-瓦斯-粉尘多相耦合时空演化规律，并对不同瓦斯释放量的单一抽出式和带风幕自动调控器的压抽混合式通风综掘工作面进行研究，明确不同瓦斯释放量时不同通风方式的最佳通风标准，解决工作面粉尘污染治理工作中瓦斯积聚的问题，为制定瓦斯赋存综掘工作面最佳通风标准提供理论依据，指导实际的矿井通风，需要提供一种综掘工作面仿真模拟装置。

发明内容

为了研究综掘工作面的风流-瓦斯-粉尘多相耦合时空演化规律，确定瓦斯赋存矿井掘进工作面通风通风方式，本发明提供了一种综掘工作面风流-瓦斯-粉尘多相耦合时空演化仿真实验装置，具体技术方案如下。

综掘工作面风流-瓦斯-粉尘多相耦合时空演化仿真实验装置，包括仿真掘进主巷道、仿真掘进辅助巷道、掘进机、风机和数据分析监测站；所述仿真掘进主巷道和仿真掘进辅助巷道的夹角为20-45°，掘进机设置在仿真掘进主巷道内，风机包括抽风设备和压风设备，风机用于巷道通风，数据分析监测站对巷道内的监测数据进行处理分析；所述仿真掘进主巷道内掘进机的位置还设置有多源瓦斯定量释放装置和多源粉尘定量产生装置，所述压风设备的压风筒还设置有风幕调控器；新鲜风流经过所述压风设备的压风筒和风幕调控器调整后，在仿真掘进主巷道内形成径向风流，径向风流与粉尘、瓦斯在巷道内进行多向耦合，抽风设备通过抽风筒将风抽出；所述仿真掘进主巷道内均匀设置多个测点断面，每个测点断面设置有多个数据测量端口，数据测量端口实时采集风速-方向、粉尘粒度-浓度-距离、瓦斯浓度-距离数据，数据信息传输至数据分析监测站；数据分析监测站根据数据分析结果调整风机和自动风幕调控器的工况，模拟巷道掘进头的通风效果。

优选的是，多源粉尘定量产生装置布置在掘进机的截割头处，产尘量为0.1g/s～1000g/s；所述多源瓦斯定量释放装置布置在掘进迎头处，瓦斯产生量为0.1m³/min～1000m³/min。

优选的是，压风设备包括压风机、风幕调控器和压风筒，压风机布置在仿真掘进辅助巷道内，所述压风机和压风筒相连，风幕调控器设置在仿真掘进主巷道内的压风筒。，

进一步优选的是，抽风设备包括抽风筒、湿式除尘风机、液体自动添加器和储水器，所述湿式除尘风机布置在仿真掘进主巷道内，抽风筒与湿式除尘风机相连，液体自动添加器与储水器相连，所述液体自动添加器为湿式除尘风机供水。

进一步优选的是，压风机和湿式除尘风机均设置有无极变频器，数据分析监测站控制无极变频器和风幕调控器工作。