瓦斯風(fēng)壓誘導(dǎo)井巷分支風(fēng)流紊亂的定量實(shí)驗(yàn)裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了瓦斯風(fēng)壓誘導(dǎo)井巷分支風(fēng)流紊亂的定量實(shí)驗(yàn)裝置，包括底座，卡環(huán)，進(jìn)風(fēng)口，并聯(lián)管道，注氣口，監(jiān)測(cè)孔，出風(fēng)口，可調(diào)節(jié)閥門，高壓混合氣體，風(fēng)速傳感器，氣體濃度傳感器，數(shù)據(jù)采集器，海綿雙面膠薄片，減壓閥，風(fēng)機(jī)。本發(fā)明通過改變并聯(lián)巷道分支傾角和充入氣體的濃度，實(shí)現(xiàn)了瓦斯風(fēng)壓的改變，且通過改變并聯(lián)巷道的風(fēng)阻和風(fēng)速實(shí)現(xiàn)了井巷分支風(fēng)流紊亂內(nèi)在條件的改變，并通過氣體濃度傳感器和風(fēng)速傳感器的監(jiān)測(cè)判斷了井巷分支風(fēng)流在瓦斯風(fēng)壓作用下發(fā)生紊亂的情況。本發(fā)明涉及的實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)新穎，實(shí)現(xiàn)了定量分析瓦斯風(fēng)壓對(duì)井巷分支風(fēng)流紊亂的影響程度。
【專利說明】
瓦斯風(fēng)壓誘導(dǎo)井巷分支風(fēng)流紊亂的定量實(shí)驗(yàn)裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于礦井通風(fēng)與瓦斯防治等技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及瓦斯風(fēng)壓誘導(dǎo)井巷分支風(fēng)流紊亂的定量實(shí)驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在煤礦開采過程中，由于煤與瓦斯突出、瓦斯的異常涌出或礦井局部通風(fēng)不良，很容易造成高濃度瓦斯積聚。高濃度瓦斯積聚除了會(huì)對(duì)積聚區(qū)域人員造成窒息、形成瓦斯爆炸隱患外，還有可能影響風(fēng)流的正常流動(dòng)，甚至導(dǎo)致風(fēng)流的停滯或逆轉(zhuǎn)，形成更大的安全隱患。高濃度瓦斯在巷道空間積聚后，瓦斯的密度比空氣小，由于浮力作用，有可能形成額外的瓦斯風(fēng)壓，產(chǎn)生與風(fēng)機(jī)作用力方向相同或相反的力，造成井下分支風(fēng)流增大、減小或停滯，擾亂通風(fēng)系統(tǒng)。瓦斯積聚影響風(fēng)流正常流動(dòng)的方式往往是通過瓦斯風(fēng)壓擾亂風(fēng)流。研究瓦斯風(fēng)壓誘導(dǎo)井巷分支風(fēng)流紊亂對(duì)合理設(shè)計(jì)礦井抗災(zāi)系統(tǒng)、減小災(zāi)害波及范圍、以及災(zāi)后救護(hù)和災(zāi)變時(shí)期通風(fēng)等方面都有重要的理論和實(shí)踐意義。張仁松根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)首次提出瓦斯風(fēng)壓的概念，并結(jié)合實(shí)際進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析。在他設(shè)定的條件下，下行風(fēng)工作面平均瓦斯積聚濃度達(dá)到5.8%就能導(dǎo)致風(fēng)流停滯或逆轉(zhuǎn)。周愛桃運(yùn)用數(shù)學(xué)方法，在非穩(wěn)態(tài)條件下推導(dǎo)了瓦斯風(fēng)壓引起并聯(lián)上行通風(fēng)巷道旁側(cè)支路風(fēng)流逆轉(zhuǎn)的判別式，與穩(wěn)態(tài)條件下推導(dǎo)的結(jié)果相比，得出旁側(cè)支路長度和風(fēng)速的增大也有可能防止逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象發(fā)生的結(jié)論，該結(jié)論從風(fēng)流慣性方面彌補(bǔ)了穩(wěn)態(tài)法的不足。通過對(duì)目前研究現(xiàn)狀的分析，國內(nèi)外學(xué)者定性分析了瓦斯風(fēng)壓誘導(dǎo)井巷分支風(fēng)流紊亂，但是沒有建立起瓦斯風(fēng)壓誘導(dǎo)井巷分支風(fēng)流紊亂的實(shí)驗(yàn)裝置，定量分析瓦斯風(fēng)壓對(duì)井巷分支風(fēng)流紊亂的影響。因此，為更好的認(rèn)識(shí)瓦斯風(fēng)壓對(duì)井巷分支風(fēng)流紊亂的影響，應(yīng)基于瓦斯風(fēng)壓誘導(dǎo)井巷分支風(fēng)流紊亂的機(jī)理，設(shè)計(jì)出一套瓦斯風(fēng)壓誘導(dǎo)井巷分支風(fēng)流紊亂的定量分析實(shí)驗(yàn)裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明為定量分析瓦斯風(fēng)壓對(duì)井巷分支風(fēng)流紊亂的影響，設(shè)計(jì)了一套瓦斯風(fēng)壓誘導(dǎo)井巷分支風(fēng)流紊亂的定量分析實(shí)驗(yàn)裝置。該定量實(shí)驗(yàn)裝置通過改變并聯(lián)巷道分支傾角和充入氣體的濃度，實(shí)現(xiàn)了瓦斯風(fēng)壓的改變。且通過改變并聯(lián)巷道的風(fēng)阻和風(fēng)速實(shí)現(xiàn)了井巷分支風(fēng)流紊亂內(nèi)在條件的改變。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:瓦斯風(fēng)壓誘導(dǎo)井巷分支風(fēng)流紊亂的定量實(shí)驗(yàn)裝置，包括底座，卡環(huán)，進(jìn)風(fēng)口，并聯(lián)管道，注氣口，監(jiān)測(cè)孔，出風(fēng)口，可調(diào)節(jié)閥門，高壓混合氣體，風(fēng)速傳感器，氣體濃度傳感器，數(shù)據(jù)采集器，海綿雙面膠薄片，減壓閥，風(fēng)機(jī)，其特征在于底座和并聯(lián)管道通過卡環(huán)連接，進(jìn)風(fēng)口設(shè)計(jì)在進(jìn)風(fēng)橫管道下部，出風(fēng)口設(shè)計(jì)在出風(fēng)橫管道上部并與風(fēng)機(jī)相連。
[0005]所述的并聯(lián)管道，設(shè)計(jì)為用鐵皮卷成的螺旋風(fēng)管，并聯(lián)管道由左側(cè)長管道，中間長管道，右側(cè)長管道，進(jìn)風(fēng)橫管道，中間連通管道，出風(fēng)橫管道組成，所有管道無縫連接，其中左側(cè)長管道，中間長管道，進(jìn)風(fēng)橫管道，中間連通管道，出風(fēng)橫管道的直徑均設(shè)計(jì)為10cm，右側(cè)長管道的直徑設(shè)計(jì)為15cm，且各管道內(nèi)壁每隔2.5cm貼一條厚3.3mm，寬5mm的海綿雙面膠薄片，以增加管壁的粗糙程度。
[0006]所述的底座和并聯(lián)管道通過卡環(huán)連接，其中底座的傾角設(shè)計(jì)為可調(diào)節(jié)傾角，調(diào)節(jié)范圍在0°?90°，通過卡環(huán)與底座連接的并聯(lián)管道即可在0°?90°的傾角范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。
[0007]所述的注氣口設(shè)計(jì)在中間長管道下部，高壓混合氣體通過注氣口進(jìn)入管道，其中高壓混合氣體進(jìn)入注氣孔通過減壓閥控制。
[0008]所述的監(jiān)測(cè)孔設(shè)計(jì)在各管道壁上，其中在距離左側(cè)長管道中部往下47cm處安裝一個(gè)監(jiān)測(cè)孔，在接近左側(cè)長管道中部處安裝一個(gè)監(jiān)測(cè)孔，在距離左側(cè)長管道上端1cm處安裝一個(gè)監(jiān)測(cè)孔，在中間連通管道405右側(cè)接近中間長管道處安裝一個(gè)監(jiān)測(cè)孔，在距離中間長管道上部45cm處安裝一個(gè)監(jiān)測(cè)孔，在右側(cè)長管道上與左側(cè)長管道平行位置分別安裝三個(gè)監(jiān)測(cè)孔，在接近出風(fēng)橫管道和中間長管道的連通口處安裝一個(gè)監(jiān)測(cè)孔，在出風(fēng)橫管道上部距離出風(fēng)口左側(cè)1cm處安裝一個(gè)監(jiān)測(cè)孔，共安裝監(jiān)測(cè)孔十個(gè)；
[0009]所述的可調(diào)節(jié)閥門設(shè)計(jì)為6個(gè)檔位的蝶閥，其中I檔相當(dāng)于完全封閉該閥門所在分支，6檔相當(dāng)于完全打開該分支，其中左側(cè)長管道上部接近出風(fēng)橫管道處，中間長管道上部接近出風(fēng)橫管道處，右側(cè)長管道上部接近出風(fēng)橫管道處，中間連通管道中部處，出風(fēng)口處分別安裝一個(gè)可調(diào)節(jié)閥門，可調(diào)節(jié)閥門均安裝在各管道內(nèi)部，與管壁無縫連接。
[0010]所述的風(fēng)速傳感器安裝在每一個(gè)監(jiān)測(cè)孔處并與數(shù)據(jù)采集器連接，其中風(fēng)速傳感器選用探頭較小，適合測(cè)量管道低風(fēng)速風(fēng)流的美國歐米伽公司的FMA900A型風(fēng)速儀，響應(yīng)時(shí)間為250ms，精確度約為0.04m/s，一共安裝十個(gè)風(fēng)速傳感器。
[0011]所述的氣體濃度傳感器安裝在每一個(gè)監(jiān)測(cè)孔處并與數(shù)據(jù)采集器連接，其中氣體濃度傳感器均選氧氣傳感器，其響應(yīng)時(shí)間小于800ms，量程1%-100%，并在進(jìn)風(fēng)口處安裝一個(gè)氧氣傳感器，檢測(cè)室內(nèi)空氣中氧含量的變化，一共安裝十個(gè)氣體濃度傳感器。
[0012]所述的高壓混合氣體為體積比為1:1的NdPHe，混合氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的密度為
0.7143g/L，與甲烷密度非常接近。
[0013]所述的風(fēng)機(jī)安裝在出風(fēng)口處，本實(shí)驗(yàn)裝置模擬抽出式通風(fēng)，風(fēng)機(jī)排風(fēng)量的大小通過出風(fēng)口處的可調(diào)節(jié)閥門控制。
【附圖說明】
圖1是本發(fā)明整體示意圖圖2是底座和卡環(huán)不意圖圖3是為并聯(lián)管道構(gòu)件示意圖圖4是部分管道剖面示意圖圖5是尚壓混合氣體和減壓閥不意圖圖6是風(fēng)速傳感器示意圖圖7是氣體濃度傳感器示意圖圖8是數(shù)據(jù)采集器示意圖
【具體實(shí)施方式】
[0015]如圖1-圖8所示，本發(fā)明的瓦斯風(fēng)壓誘導(dǎo)井巷分支風(fēng)流紊亂的定量實(shí)驗(yàn)裝置，包括底座I，卡環(huán)2，進(jìn)風(fēng)口 3，并聯(lián)管道4，注氣口 5，監(jiān)測(cè)孔601-610，出風(fēng)口 7，可調(diào)節(jié)閥門801-805，高壓混合氣體9，風(fēng)速傳感器10，氣體濃度傳感器11，數(shù)據(jù)采集器12，海綿薄片13，風(fēng)機(jī)14，減壓閥15。底座I的傾角設(shè)計(jì)為可調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍在0°?90°;卡環(huán)2用來連接底座I和并聯(lián)管道3 ;并聯(lián)管道4設(shè)計(jì)成螺旋風(fēng)管，包含左側(cè)長管道401，中間長管道402，右側(cè)長管道403，進(jìn)風(fēng)橫管道404，中間連通管道405，出風(fēng)橫管道406，其中左側(cè)長管道401，中間長管道402，右側(cè)長管道403，進(jìn)風(fēng)橫管道404，中間連通管道405和出風(fēng)橫管道406無縫連接，且左側(cè)長管道401，中間長管道402，進(jìn)風(fēng)橫管道404，中間連通管道405，出風(fēng)橫管道406的直徑均設(shè)計(jì)為10cm，右側(cè)長管道403的直徑設(shè)計(jì)為15cm;進(jìn)風(fēng)口 3設(shè)計(jì)在進(jìn)風(fēng)橫管道404下部，并在進(jìn)風(fēng)口處安裝氣體濃度傳感器1106;注氣口 5的孔直徑設(shè)計(jì)為lcm，安裝在中間長管道402下部;監(jiān)測(cè)孔601設(shè)計(jì)在距離左側(cè)長管道401中部往下47cm處，監(jiān)測(cè)孔602設(shè)計(jì)在接近左側(cè)長管道401中部處，監(jiān)測(cè)孔603設(shè)計(jì)距離左側(cè)長管道401上端1cm處，監(jiān)測(cè)孔604設(shè)計(jì)在中間連通管道405右側(cè)接近中間長管道402處，監(jiān)測(cè)孔605設(shè)計(jì)在距離中間長管道402上部45cm處，監(jiān)測(cè)孔606設(shè)計(jì)在右側(cè)長管道403下部與監(jiān)測(cè)孔601平行的位置，監(jiān)測(cè)孔607設(shè)計(jì)在右側(cè)長管道403中部與監(jiān)測(cè)孔602平行的位置，監(jiān)測(cè)孔608設(shè)計(jì)在右側(cè)長管道403上部與監(jiān)測(cè)孔603平行的位置，監(jiān)測(cè)孔609設(shè)計(jì)在接近出風(fēng)橫管道406和中間長管道402的連通口處，監(jiān)測(cè)孔610設(shè)計(jì)在出風(fēng)橫管道406上部距離出風(fēng)口 7左側(cè)1cm處；出風(fēng)口 7設(shè)計(jì)在出風(fēng)橫管道406上部；可調(diào)節(jié)閥門801設(shè)計(jì)在左側(cè)長管道401上部并處于監(jiān)測(cè)孔603下部，可調(diào)節(jié)閥門802設(shè)計(jì)在中間連通管道405中部，可調(diào)節(jié)閥門803設(shè)計(jì)在中間連通管道405上部并處于監(jiān)測(cè)孔605上部，可調(diào)節(jié)閥門804設(shè)計(jì)在右側(cè)長管道403上部并處于監(jiān)測(cè)孔608下部，可調(diào)節(jié)閥門805設(shè)計(jì)在出風(fēng)口 7處;高壓混合氣體9為體積比1:1的N2和He，通過減壓閥15與注氣口 5連接將混合氣體注入中間長管道402中；風(fēng)速傳感器10和氣體濃度傳感器11通過螺紋擰在每個(gè)監(jiān)測(cè)孔處并與數(shù)據(jù)采集器12相連，共需十個(gè)風(fēng)速傳感器10，十個(gè)氣體濃度傳感器11，二十個(gè)數(shù)據(jù)采集器12;海綿薄片13設(shè)計(jì)成厚3.3mm，寬5mm的海綿雙面膠，沿管道內(nèi)壁螺旋走向每隔2.5cm貼一個(gè);風(fēng)機(jī)14與出風(fēng)口 7相連。
[0016]本發(fā)明一種瓦斯風(fēng)壓誘導(dǎo)井巷分支風(fēng)流紊亂的技術(shù)裝置的原理:
一種瓦斯風(fēng)壓誘導(dǎo)井巷分支風(fēng)流紊亂的技術(shù)裝置核心在于底座的傾角可以調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)不同井巷高差的模擬;通過充入氣體的量實(shí)現(xiàn)井巷不同甲烷氣體濃度的模擬;并聯(lián)巷道內(nèi)部貼海綿薄片，模擬不同井巷分支風(fēng)阻，右側(cè)分支直徑為15cm，用于模擬不同斷面積的分支逆轉(zhuǎn)情況，通過調(diào)節(jié)出風(fēng)口閥門，控制巷道風(fēng)速大小。井巷分支風(fēng)流紊亂情況通過監(jiān)測(cè)氧氣濃度、風(fēng)速來實(shí)現(xiàn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種瓦斯風(fēng)壓誘導(dǎo)井巷分支風(fēng)流紊亂的定量實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述的瓦斯風(fēng)壓誘導(dǎo)井巷分支風(fēng)流紊亂的定量實(shí)驗(yàn)裝置包括底座，卡環(huán)，進(jìn)風(fēng)口，并聯(lián)管道，注氣口，監(jiān)測(cè)孔，出風(fēng)口，可調(diào)節(jié)閥門，高壓混合氣體，風(fēng)速傳感器，氣體濃度傳感器，數(shù)據(jù)采集器，海綿雙面膠薄片，減壓閥，風(fēng)機(jī)，其特征在于底座和并聯(lián)管道通過卡環(huán)連接，進(jìn)風(fēng)口設(shè)計(jì)在進(jìn)風(fēng)橫管道下部，出風(fēng)口設(shè)計(jì)在出風(fēng)橫管道上部并與風(fēng)機(jī)相連，風(fēng)速傳感器與氧氣濃度傳感器與監(jiān)測(cè)孔相連，高壓混合氣體通過減壓閥與注氣口相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的瓦斯風(fēng)壓誘導(dǎo)井巷分支風(fēng)流紊亂的定量實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述的并聯(lián)管道，設(shè)計(jì)為用鐵皮卷成的螺旋風(fēng)管，并聯(lián)管道由左側(cè)長管道，中間長管道，右側(cè)長管道，進(jìn)風(fēng)橫管道，中間連通管道，出風(fēng)橫管道組成，所有管道無縫連接，其中左側(cè)長管道，中間長管道，進(jìn)風(fēng)橫管道，中間連通管道，出風(fēng)橫管道的直徑均設(shè)計(jì)為10cm，右側(cè)長管道的直徑設(shè)計(jì)為15cm，且各管道內(nèi)壁每隔2.5cm貼一條厚3.3_，寬5_的海綿雙面膠薄片，以增加管壁的粗糙程度。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的瓦斯風(fēng)壓誘導(dǎo)井巷分支風(fēng)流紊亂的定量實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述的底座和并聯(lián)管道通過卡環(huán)連接，其中底座的傾角設(shè)計(jì)為可調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍在0°?90°，則并聯(lián)管道的傾角范圍在0°?90°。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的瓦斯風(fēng)壓誘導(dǎo)井巷分支風(fēng)流紊亂的定量實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述的注氣口設(shè)計(jì)在中間長管道下部，高壓混合氣體通過注氣口進(jìn)入管道，其中高壓混合氣體進(jìn)入注氣孔通過減壓閥控制。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的瓦斯風(fēng)壓誘導(dǎo)井巷分支風(fēng)流紊亂的定量實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述的監(jiān)測(cè)孔設(shè)計(jì)在各管道壁上，其中在距離左側(cè)長管道中部往下47cm處安裝一個(gè)監(jiān)測(cè)孔，在接近左側(cè)長管道中部處安裝一個(gè)監(jiān)測(cè)孔，在距離左側(cè)長管道上端1cm處安裝一個(gè)監(jiān)測(cè)孔，在中間連通管道右側(cè)接近中間長管道處安裝一個(gè)監(jiān)測(cè)孔，在距離中間長管道上部45cm處安裝一個(gè)監(jiān)測(cè)孔，在右側(cè)長管道上與左側(cè)長管道平行位置分別安裝三個(gè)監(jiān)測(cè)孔，在接近出風(fēng)橫管道和中間長管道的連通口處安裝一個(gè)監(jiān)測(cè)孔，在出風(fēng)橫管道上部距離出風(fēng)口左側(cè)1cm處安裝一個(gè)監(jiān)測(cè)孔，共安裝監(jiān)測(cè)孔十個(gè)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的瓦斯風(fēng)壓誘導(dǎo)井巷分支風(fēng)流紊亂的定量實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述的可調(diào)節(jié)閥門設(shè)計(jì)為6個(gè)檔位的蝶閥，其中I檔相當(dāng)于完全封閉該閥門所在分支，6檔相當(dāng)于完全打開該分支，其中左側(cè)長管道上部接近出風(fēng)橫管道處，中間長管道上部接近出風(fēng)橫管道處，右側(cè)長管道上部接近出風(fēng)橫管道處，中間連通管道中部處，出風(fēng)口處分別安裝一個(gè)可調(diào)節(jié)閥門，可調(diào)節(jié)閥門均安裝在各管道內(nèi)部，與管壁無縫連接。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的瓦斯風(fēng)壓誘導(dǎo)井巷分支風(fēng)流紊亂的定量實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述的風(fēng)速傳感器安裝在每一個(gè)監(jiān)測(cè)孔處并與數(shù)據(jù)采集器連接，其中風(fēng)速傳感器選用探頭較小，適合測(cè)量管道低風(fēng)速風(fēng)流的美國歐米伽公司的FMA900A型風(fēng)速儀，響應(yīng)時(shí)間為250ms，精確度約為0.04m/s，一共安裝十個(gè)風(fēng)速傳感器。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的瓦斯風(fēng)壓誘導(dǎo)井巷分支風(fēng)流紊亂的定量實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述的氣體濃度傳感器安裝在每一個(gè)監(jiān)測(cè)孔處并與數(shù)據(jù)采集器連接，其中氣體濃度傳感器均選氧氣傳感器，其響應(yīng)時(shí)間小于800ms，量程I % -100 %，并在進(jìn)風(fēng)口處安裝一個(gè)氧氣傳感器，檢測(cè)室內(nèi)空氣中氧含量的變化，一共安裝十個(gè)氣體濃度傳感器。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的瓦斯風(fēng)壓誘導(dǎo)井巷分支風(fēng)流紊亂的定量實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述的高壓混合氣體為體積比為1:1的NdPHe，混合氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的密度為0.7143g/L，與甲烷密度非常接近。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的瓦斯風(fēng)壓誘導(dǎo)井巷分支風(fēng)流紊亂的定量實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述的風(fēng)機(jī)安裝在出風(fēng)口處，本實(shí)驗(yàn)裝置模擬抽出式通風(fēng)，風(fēng)機(jī)排風(fēng)量的大小通過出風(fēng)口處的可調(diào)節(jié)閥門控制。
【文檔編號(hào)】E21F1/02GK105971656SQ201610584202
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年7月22日
【發(fā)明人】周愛桃, 王凱, 吳則琪, 劉昂, 蔣峰, 蔣一峰
【申請(qǐng)人】中國礦業(yè)大學(xué)(北京)