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一種礦井外部漏風(fēng)率測(cè)定裝置制造方法

文檔序號(hào):5318125閱讀:325來(lái)源:國(guó)知局
一種礦井外部漏風(fēng)率測(cè)定裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種礦井外部漏風(fēng)率測(cè)定裝置,包括數(shù)據(jù)處理單元、多個(gè)溫濕度傳感器和多個(gè)大氣壓力傳感器,溫濕度傳感器分別安裝在回風(fēng)井、風(fēng)硐和風(fēng)機(jī)房,采集回風(fēng)井、風(fēng)硐和風(fēng)機(jī)房的溫度濕度信號(hào),大氣壓力傳感器分別安裝在回風(fēng)井、風(fēng)硐和風(fēng)機(jī)房,采集回風(fēng)井、風(fēng)硐和風(fēng)機(jī)房的壓力信號(hào),溫濕度傳感器和大氣壓力傳感器分別將采集到的溫度濕度信號(hào)和壓力信號(hào)送入數(shù)據(jù)處理單元,數(shù)據(jù)處理單元對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理后得出測(cè)量結(jié)果。本實(shí)用新型采用傳感器實(shí)時(shí)采集各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫濕度和壓力數(shù)據(jù),無(wú)需直接測(cè)量風(fēng)硐和總回巷道的風(fēng)量,提高整個(gè)測(cè)量過程的安全性,減少了產(chǎn)生誤差的測(cè)量環(huán)節(jié),提高了測(cè)量精度。
【專利說明】一種礦井外部漏風(fēng)率測(cè)定裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及礦井通風(fēng)領(lǐng)域,特別涉及一種礦井外部漏風(fēng)率測(cè)定裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]礦井外部漏風(fēng)率是指礦井外部漏風(fēng)量與主通風(fēng)機(jī)的工作風(fēng)量之比。礦井外部漏風(fēng)率是影響礦井通風(fēng)系統(tǒng)合理運(yùn)行的因素之一,同時(shí)也是衡量礦井主通風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀況和通風(fēng)管理水平的一個(gè)重要指標(biāo)。礦井安全管理部門經(jīng)常需要測(cè)定這一參數(shù),以便有效的控制礦井的外部漏風(fēng),改善礦井的通風(fēng)狀況。因此,準(zhǔn)確地測(cè)算礦井外部漏風(fēng)率,了解礦井的通風(fēng)狀況,對(duì)優(yōu)化通風(fēng)有重要意義。
[0003]目前,礦井外部漏風(fēng)率的測(cè)定方法主要有風(fēng)表直接測(cè)定法、瓦斯等值法及示蹤氣體法等。風(fēng)表直接測(cè)定法的原理為在風(fēng)硐內(nèi)選取適當(dāng)?shù)臄嗝鏈y(cè)得主通風(fēng)機(jī)工作風(fēng)量,同時(shí)在井下總回巷道內(nèi)選取合適的測(cè)點(diǎn)測(cè)得總回風(fēng)量,通過主通風(fēng)機(jī)工作風(fēng)量和總回風(fēng)量二者之差可計(jì)算出礦井外部漏風(fēng)量和漏風(fēng)率。風(fēng)表直接測(cè)定法操作方便,計(jì)算簡(jiǎn)單直觀,但由于風(fēng)硐風(fēng)速及斷面較大,測(cè)量時(shí)的誤差較大,而且測(cè)量過程不安全。瓦斯等值法根據(jù)同一時(shí)間礦井總回巷道與礦井主通風(fēng)機(jī)排出的絕對(duì)瓦斯涌出量相等的原理進(jìn)行測(cè)定,瓦斯等值法測(cè)定的優(yōu)點(diǎn)在于不需在風(fēng)硐測(cè)定風(fēng)量,比較安全,但該方法需要準(zhǔn)確采集有代表性的氣體樣本,而氣體濃度檢測(cè)需要采用氣相色譜儀分析,并且要求回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛认鄬?duì)較高。示蹤氣體法測(cè)定原理為在井下總回巷道中釋放示蹤氣體,當(dāng)風(fēng)流攜帶示蹤氣體流入回風(fēng)井和風(fēng)硐,若礦井存在外部漏風(fēng),則風(fēng)機(jī)入口風(fēng)量增加,示蹤氣體濃度降低,通過取樣并檢測(cè)示蹤氣體濃度的降低值即可計(jì)算出礦井的外部漏風(fēng)率,該種測(cè)定方法的精度主要取決于釋放裝置的釋放流量和取樣點(diǎn)的濃度分布是否均勻,采用該方法測(cè)定時(shí),需提前做多次試驗(yàn)來(lái)確定示蹤氣體釋放量、采樣時(shí)間、采樣位置等參數(shù),準(zhǔn)備工作較為繁瑣。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述技術(shù)問題,本實(shí)用新型提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量精度高的礦井外部漏風(fēng)率測(cè)定裝置。
[0005]本實(shí)用新型解決上述問題的技術(shù)方案是:一種礦井外部漏風(fēng)率測(cè)定裝置,包括數(shù)據(jù)處理單元,多個(gè)溫濕度傳感器和多個(gè)大氣壓力傳感器,溫濕度傳感器分別安裝在回風(fēng)井、風(fēng)硐和風(fēng)機(jī)房,采集回風(fēng)井、風(fēng)硐和風(fēng)機(jī)房的溫度濕度信號(hào),大氣壓力傳感器分別安裝在回風(fēng)井、風(fēng)硐和風(fēng)機(jī)房,采集回風(fēng)井、風(fēng)硐和風(fēng)機(jī)房的壓力信號(hào),溫濕度傳感器和大氣壓力傳感器分別將采集到的溫度濕度信號(hào)和壓力信號(hào)送入數(shù)據(jù)處理單元,數(shù)據(jù)處理單元對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理后得出測(cè)量結(jié)果并將結(jié)果顯示出來(lái)。
[0006]上述礦井外部漏風(fēng)率測(cè)定裝置中,所述溫濕度傳感器、大氣壓力傳感器的信號(hào)輸出端通過引線接至接線端子,接線端子用數(shù)據(jù)通訊線連接至數(shù)據(jù)處理單元。
[0007]上述礦井外部漏風(fēng)率測(cè)定裝置中,所述數(shù)據(jù)處理單元包括信號(hào)采集電路、信號(hào)放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、微處理器,所述信號(hào)采集電路、信號(hào)放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、微處理器依次串接,信號(hào)采集電路采集溫濕度傳感器和大氣壓力傳感器輸出的模擬信號(hào),并將模擬信號(hào)送入信號(hào)放大電路進(jìn)行放大,放大后的模擬信號(hào)由A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后送入微處理器,微處理器對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理后得出測(cè)量結(jié)果。
[0008]上述礦井外部漏風(fēng)率測(cè)定裝置中,所述數(shù)據(jù)處理單元還包括顯示屏,所述顯示屏與微處理器相連,將微處理器的測(cè)量結(jié)果顯示出來(lái)。
[0009]上述礦井外部漏風(fēng)率測(cè)定裝置中,所述數(shù)據(jù)處理單元還包括I/O電路,所述I/O電路與微處理器相連,并通過串行通訊端口與上位機(jī)相連,將微處理器的測(cè)量結(jié)果傳至上位機(jī)中。
[0010]本實(shí)用新型的有益效果在于:本實(shí)用新型采用傳感器實(shí)時(shí)采集各測(cè)點(diǎn)的干球溫度、大氣壓力和相對(duì)濕度,通過檢測(cè)到的各測(cè)點(diǎn)的干球溫度、大氣壓力和相對(duì)濕度就能實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井外部漏風(fēng)率的測(cè)定,無(wú)需直接測(cè)量風(fēng)硐和總回巷道的風(fēng)量,提高整個(gè)測(cè)量過程的安全性同時(shí)簡(jiǎn)化了測(cè)量過程,減少了產(chǎn)生誤差的測(cè)量環(huán)節(jié),提高了測(cè)量精度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖2為圖1中數(shù)據(jù)處理單元的結(jié)構(gòu)框圖。
[0013]圖3為本實(shí)用新型的安裝結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖中:1 一溫濕度傳感器I ;2—大氣壓力傳感器I ;3—溫濕度傳感器II ;4一大氣壓力傳感器II ;5—溫濕度傳感器III ;6—大氣壓力傳感器III ;7—接線端子;8—數(shù)據(jù)處理單兀;9—引線;10—數(shù)據(jù)通訊線;11—總回巷道;12—回風(fēng)井;13—風(fēng)硐;14一主通風(fēng)機(jī);15—擴(kuò)散塔;16—防爆門;17—安全出口 ;18—電源;19一信號(hào)采集電路;20—信號(hào)放大電路;21—A/D轉(zhuǎn)換電路;22—微處理器;23—顯不屏;24 —I/O電路;25 —電源線;26 —串行通訊端口。

【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。
[0016]如圖1所示,本實(shí)用新型包括溫濕度傳感器I 1、大氣壓力傳感器I 2、溫濕度傳感器II 3、大氣壓力傳感器II 4、溫濕度傳感器III 5、大氣壓力傳感器III 6、數(shù)據(jù)處理單元8,所述溫濕度傳感器I 1、溫濕度傳感器II 3、溫濕度傳感器III 5分別安裝在回風(fēng)井12、風(fēng)硐13和風(fēng)機(jī)房,所述大氣壓力傳感器I 2、大氣壓力傳感器II 4、大氣壓力傳感器III6分別安裝在回風(fēng)井12、風(fēng)硐13和風(fēng)機(jī)房,上述所有溫濕度傳感器、壓力傳感器的信號(hào)輸出端通過引線9接至接線端子7,接線端子7用數(shù)據(jù)通訊線10連接至數(shù)據(jù)處理單元8。
[0017]如圖2所示,數(shù)據(jù)處理單元8包括電源18、信號(hào)采集電路19、信號(hào)放大電路20、A/D轉(zhuǎn)換電路21、微處理器22、顯示屏23以及I/O電路24,所述電源18用于提供工作電源,所述信號(hào)采集電路19、信號(hào)放大電路20、A/D轉(zhuǎn)換電路21、微處理器22依次串接,信號(hào)采集電路19采集溫濕度傳感器和大氣壓力傳感器輸出的模擬信號(hào),并將模擬信號(hào)送入信號(hào)放大電路20進(jìn)行放大,放大后的模擬信號(hào)由A/D轉(zhuǎn)換電路21轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后送入微處理器22,微處理器22對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理后得出測(cè)量結(jié)果,所述微處理器與顯示屏23相連,微處理器22的測(cè)量結(jié)果在顯示屏23上顯示出來(lái),I/O電路24與微處理器22相連,并通過串行通訊端口 26與上位機(jī)相連,將微處理器22的測(cè)量結(jié)果傳至上位機(jī)中,可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與輸出打印功能。
[0018]本實(shí)用新型的工作原理如下:如圖3所示,在回風(fēng)井12的中上部選擇合適斷面布置溫濕度傳感器I I和大氣壓力傳感器I 2;在主通風(fēng)機(jī)14的入口風(fēng)硐13內(nèi)選擇合適斷面布置溫濕度傳感器II 3和大氣壓力傳感器II 4 ;在風(fēng)機(jī)房地面防爆門16和安全出口 17之間布置溫濕度傳感器III5和大氣壓力傳感器III6,通過弓I線9將各溫濕度傳感器和大氣壓力傳感器與接線端子7連接,并利用數(shù)據(jù)通訊線10將接線端子7與數(shù)據(jù)處理單元8相連,數(shù)據(jù)處理單元8內(nèi)的信號(hào)采集電路19采集各溫濕度傳感器和大氣壓力傳感器輸出的模擬信號(hào),并將模擬信號(hào)送入信號(hào)放大電路20進(jìn)行放大,放大后的模擬信號(hào)由A/D轉(zhuǎn)換電路21轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后送入微處理器22,形成一個(gè)完整的礦井外部漏風(fēng)率測(cè)定裝置,用上述傳感器實(shí)測(cè)某一時(shí)刻回風(fēng)井12的空氣狀態(tài)參數(shù)為:pbl = 98.38kPa,& = 19.3°C,(^,=96.1%;同一時(shí)刻風(fēng)機(jī)房地面防爆門16和安全出口 17之間位置的空氣狀態(tài)參數(shù)為:pb2 = 99.22kPa,t2 = 10.7°C,爐2=53.9%;入口風(fēng)硐 13 的空氣狀態(tài)參數(shù)為=Pb3 = 98.33kPa, t3 = 18.9°C,滬 3=93.7%。
[0019]根據(jù)濕空氣熱力性質(zhì)關(guān)系,空氣的飽和水蒸氣壓力為:
[0020]
_conn OO I
P = exp I—~:~ + 1.3915 - 0.0486 χ (? + 273_ 15) + 0.41765 χ 1 4 χ (? + 273_ 15)2
/ + 273.15
-0.1445x10 ' xit + 273.15)' + 6.546xln(/ + 273.15)!(I)
[0021]空氣含濕量d的計(jì)算公式為:
[0022]
d = 623—(2) Py-,-ψΙΚ
[0023]空氣比焓值h的計(jì)算公式為:
[0024]h = 1.005t+0.001d(2501.0+1.86t)(3)
[0025]其中:pb為對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)的大氣壓力,kPa ;t為對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)的干球溫度,V ; Ψ為對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)的相對(duì)濕度。
[0026]由式⑴?式⑶計(jì)算以上三處測(cè)點(diǎn)的含濕量和比焓值分別為:
[0027]Cl1 = 13.91g/kg, Ii1 = 54.67kJ/kg ;
[0028]d2 = 4.34g/kg, h2 = 21.69kJ/kg ;
[0029]d3 = 13.17g/kg, h3 = 52.33kJ/kg ;
[0030]其中噸為礦井總回風(fēng)含濕量,d2為風(fēng)機(jī)房附近地面空氣的含濕量,d3為通風(fēng)機(jī)工作風(fēng)流的含濕量,Ii1為礦井總回風(fēng)比焓值,h2為風(fēng)機(jī)房附近地面空氣的比焓值,h3為通風(fēng)機(jī)工作風(fēng)流的比焓值
[0031]根據(jù)熱力學(xué)的熱、濕平衡關(guān)系,建立礦井總回風(fēng)與外部漏風(fēng)混合過程中的熱量平衡與濕量平衡關(guān)系式:
[0032]ma;1+ma;2 = ma;3(4)
[0033]maj !^+Hiaj2Cl2 = maj3d3(5)
[0034]ma; ^!+Iiiaj 2h2 = ma;3h3(6)
[0035]由礦井外部漏風(fēng)率的定義可得其計(jì)算公式為:

mu ^
[0036]7I= Tr~(7)
[0037]由式⑷和式(5)可得:
m ? d.、一d
[0038]^— = --r' 8 )
m , cL - d
β,ΙZ j
[0039]由式(4)和式(6)可得:
/?,,, /?.-K
[0040]~-=--廠(9)
(H Il1 -/?;
[0041]由式(7)和式⑶可得出基于質(zhì)量守恒的礦井外部漏風(fēng)率為

(L.— (I,
[0042](10)

Ci2 —α{
[0043]同理,由式(7)和式(9)可得出基于能量守恒的礦井外部漏風(fēng)率為
[0044]/;: = T^-T( 1 1 )

/2, - h'
[0045]1和η2是分別基于濕空氣混合前、后質(zhì)量守恒和能量守恒推導(dǎo)出的外部漏風(fēng)率計(jì)算公式,二者在數(shù)值上應(yīng)該相等即
(1、— d' h、— h'…、
[0046]~- = T2~ΓU )
cL — d\ Λ, - η{
[0047]其中=Ii^1為礦井總回風(fēng)中干空氣的質(zhì)量,ma,2為礦井外部漏風(fēng)中干空氣的質(zhì)量,ma;3為通風(fēng)機(jī)工作風(fēng)流干空氣的質(zhì)量;
[0048]由式(10)計(jì)算礦井的外部漏風(fēng)率Jl1:
d, -d, 13.17-13.91,
[0049]tIi =-=-= 1,13%(16)
L 」A J1-Cli 4.34-13.91
[0050]由式(11)計(jì)算礦井的外部漏風(fēng)率η2:
h、~ H, 52.33— 54.6 / m
[0051]η,=~~L =-= 7.36%(17)
L 」L fu_hi 21.69-54.67
[0052]對(duì)比基于質(zhì)量守恒和能量守恒的礦井外部漏風(fēng)率計(jì)算結(jié)果Il1和η2,由于儀器儀表的測(cè)量誤差,導(dǎo)致二者計(jì)算值存在0.37%的絕對(duì)誤差,為提高測(cè)點(diǎn)精度可以取二者的平均值作為最終礦井外部漏風(fēng)率的測(cè)定值,即:
「 ?η, +η2 7.73%+ 7.36% _ ,cn/, 1
[0053]η = Λ~1I =-= 7.55%(18)
2 2
[0054]測(cè)量結(jié)果在顯示屏23上顯示出來(lái),并通過串行通訊端口 26將微處理器22與上位機(jī)相連,將測(cè)量結(jié)果傳至上位機(jī)中,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與輸出打印功能。
【權(quán)利要求】
1.一種礦井外部漏風(fēng)率測(cè)定裝置,其特征在于:包括數(shù)據(jù)處理單元、多個(gè)溫濕度傳感器和多個(gè)大氣壓力傳感器,溫濕度傳感器分別安裝在回風(fēng)井、風(fēng)硐和風(fēng)機(jī)房,采集回風(fēng)井、風(fēng)硐和風(fēng)機(jī)房的溫度濕度信號(hào),大氣壓力傳感器分別安裝在回風(fēng)井、風(fēng)硐和風(fēng)機(jī)房,采集回風(fēng)井、風(fēng)硐和風(fēng)機(jī)房的壓力信號(hào),溫濕度傳感器和大氣壓力傳感器分別將采集到的溫度濕度信號(hào)和壓力信號(hào)送入數(shù)據(jù)處理單元,數(shù)據(jù)處理單元對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理后得出測(cè)量結(jié)果。
2.如權(quán)利要求1所述的礦井外部漏風(fēng)率測(cè)定裝置,其特征在于:所述溫濕度傳感器、大氣壓力傳感器的信號(hào)輸出端通過引線接至接線端子,接線端子用數(shù)據(jù)通訊線連接至數(shù)據(jù)處理單元。
3.如權(quán)利要求2所述的礦井外部漏風(fēng)率測(cè)定裝置,其特征在于:所述數(shù)據(jù)處理單元包括信號(hào)采集電路、信號(hào)放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、微處理器,所述信號(hào)采集電路、信號(hào)放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、微處理器依次串接,信號(hào)采集電路采集溫濕度傳感器和大氣壓力傳感器輸出的模擬信號(hào),并將模擬信號(hào)送入信號(hào)放大電路進(jìn)行放大,放大后的模擬信號(hào)由A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后送入微處理器,微處理器對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理后得出測(cè)量結(jié)果。
4.如權(quán)利要求3所述的礦井外部漏風(fēng)率測(cè)定裝置,其特征在于:所述數(shù)據(jù)處理單元還包括顯示屏,所述顯示屏與微處理器相連,將微處理器的測(cè)量結(jié)果顯示出來(lái)。
5.如權(quán)利要求4所述的礦井外部漏風(fēng)率測(cè)定裝置,其特征在于:所述數(shù)據(jù)處理單元還包括I/o電路,所述I/O電路與微處理器相連,并通過串行通訊端口與上位機(jī)相連,將微處理器的測(cè)量結(jié)果傳至上位機(jī)中。
【文檔編號(hào)】E21F17/18GK203948129SQ201420387311
【公開日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年7月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月14日
【發(fā)明者】王鵬飛, 劉榮華, 趙伏軍, 唐輝雄, 湯夢(mèng) 申請(qǐng)人:湖南科技大學(xué)
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