一种煤岩截割产尘实验系统与方法技术方案

本发明专利技术公开了一种煤岩截割产尘实验系统，包括截割部分、实验条件调控部分、粉尘收集部分、破碎形态记录部分和控制与信号处理部分；所述截割部分包括竖直向下运动的加载装置、截齿和固定架，所述实验条件调控部分包括围压加载装置和正压变频风机，所述粉尘收集部分包括负压变频风机和粉尘收集滤膜，所述破碎形态记录部分包括高速动态分析仪和红外热成像仪，所述控制与信号处理部分包括信号收集装置、PLC模块和上位机；本发明专利技术可以开展不同煤岩样品、不同截齿类型、不同截割参数(侵入角、截深、截割速度)和不同风速等条件下的煤岩截割破碎产尘模拟实验，为物理模拟截齿破碎煤岩过程、进而研究煤岩截割产尘机理提供了创新手段。

An experimental system and method of coal and rock cutting dust production

【技术实现步骤摘要】
一种煤岩截割产尘实验系统与方法
本专利技术涉及粉尘产生
，特别是涉及一种煤岩截割产尘实验系统与方法。
技术介绍
粉尘是矿山企业生产中面临的第一大职业危害，广泛导致尘肺等职业病。采掘机械截割煤岩是矿山作业场所粉尘产生的最大来源。掌握煤岩受载破碎形成粉尘的过程及其特性是实现科学防尘、高效除尘的前提和基础，但现有研究囿于矿尘防治技术层面，对工矿生产过程煤岩产尘机理的基础研究还很缺乏，导致在粉尘防控技术的研发和应用中缺少针对性，事倍功半。开展煤岩截割产尘的物理模拟实验，是研究和揭示产尘机理必不可少的重要途径。然而，过去的产尘实验装置局限于采用重锤冲击法或对辊式破碎机破碎煤样，这与掘进机、采煤机截齿截割破煤/岩的过程大相径庭。因此，研制模拟截齿破碎煤岩产尘过程的实验装置是研究煤岩截割产尘机理的迫切需求。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种煤岩截割产尘模拟实验系统。本专利技术所采用的技术方案是：一种煤岩截割产尘实验系统，包括截割部分、实验条件调控部分、粉尘收集部分、破碎形态记录部分和控制与信号处理部分；所述截割部分包括竖直向下运动的加载装置、截齿和固定架，所述加载装置施加的压力以压力信号传输到信号收集装置，实时记录于上位机中，所述固定架固定在加载装置下方，所述截齿利用限位环固定在固定架上并通过位移信号将位移传输到信号收集装置中，实时记录在上位机中；所述实验条件调控部分包括围压加载装置和正压变频风机，所述围压加载装置对煤/岩试块四周施加压力，压力信号通过信号收集装置实时记录在上位机中，所述正压变频风机入口处还固定有空气过滤膜，所述正压变频风机风速可调，风速信号通过信号收集装置实时记录在上位机中；所述粉尘收集部分包括负压变频风机、粉尘收集滤膜和透明防静电板，所述负压变频风机风速可控，风速信号通过信号收集装置实时记录在上位机中，所述粉尘收集滤膜设置在负压变频风机进风口处用于拦截、收集粉尘，所述透明防静电板围成一个封闭实验空间；所述破碎形态记录部分包括高速动态分析仪和红外热成像仪，所述红外热成像仪拍摄的红外图像信号和高速动态分析仪拍摄的形态图像信号传送至上位机；所述控制与信号处理部分包括信号收集装置、PLC模块和上位机，所述PLC模块用于控制加载装置的启动、变速与停止，通过上位机，可以调节加载装置移动速度和正压变频风机与负压变频风机的风速。进一步地，所述截齿的形状包括但不限于镐型截齿、刀型截齿和PDC截齿。进一步地，所述固定架包括通过定位销相连的固定架水平段和固定架竖直段二，固定架水平段能够以定位梢为圆心转动。进一步地，所述固定架还包括轴向设置有若干长方形开孔的固定架竖直段一。进一步地，所述固定架水平段能够穿插进固定架竖直段一的长方形开孔内，固定架水平段与不同高度的长方形开孔相连接，实现固定架水平段与水平夹角在0-45°范围内的调整。进一步地，所述固定架水平段上还设有若干限位孔用于固定固定架竖直段一和固定架水平段的连接。进一步地，煤岩截割产尘模拟实验方法，包括以下步骤：a、将截齿通过限位环固定在固定架上，清理立方体煤/岩试块表面后测定质量记为M并将其放在围压加载装置中间，保证立方体顶面中心位于截齿齿尖正下方，调整高速动态分析仪和红外热成像仪镜头角度，保证其分别从试块左前和右前方拍摄，清理实验操作台内部及各部件表面，避免原有沉积粉尘影响测试结果；b、更换粉尘收集滤膜并测定滤膜质量记为m1，打开红外热成像仪和高速动态分析仪，利用上位机查看显示是否正常，围压加载装置恢复至初始无压力状态，关闭透明密闭罩开口，打开变频风机；c、在上位机上打开加载装置压力实时监控窗口，设定加载装置下降速度，点击启动按钮截齿开始下降；d、同时观察煤/岩试块破碎情况和加载装置压力实时监控窗口，当试块出现大块破碎或加载装置压力达到峰值后迅速降低时，停止加载；e、将加载装置恢复至初始状态，保持负压变频风机打开状态，系统静置t小时后取出粉尘收集滤膜再次测定质量记为m2，静置时间t满足公式(a)：式中：L为操作台高度，μ0为空气黏度系数，dmin为粉尘可测量最小粒径，ρ为粉尘真密度，ρ0为空气密度，G为重力加速度；f、通过更换截齿、固定架，改变加载速度、正压变频风机风速、负压变频风机风速、围压加载装置压力，可模拟实验不同截齿类型、截割参数、通风条件下的采掘机械截割破碎煤/岩产尘过程及特性。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、可以开展不同煤岩样品、不同截齿类型、不同截割参数(侵入角、截深、截割速度)和不同风速等条件下的煤岩截割破碎产尘模拟实验，为物理模拟截齿破碎煤岩过程、进而研究煤岩截割产尘机理提供了创新手段。2、采用现代测控技术和信息采集、传输与处理技术，实现了多参数、多物理量的自动控制、自动采集、自动传输与自动储存，实现了实验系统的智能化和实验方法的便捷化，提高了实验效率，使较短时间内进行批量实验成为可能。附图说明图1为本专利技术煤岩截割产尘实验系统的结构示意图；图2为本专利技术中截割部分固定架的剖面图；图3为本专利技术中图2的侧视图；图4是本专利技术中图2的俯视图；图5是本专利技术中实验条件调控部分围压加载装置示意图。其中：1-截割部分，2-实验条件调控部分，3-粉尘收集部分，4-破碎形态记录部分，5-控制与信号处理部分，6-加载装置，7-截齿，8-固定架，9-围压加载装置，10-正压变频风机，11-负压变频风机，12-粉尘收集滤膜，13-高速动态分析仪，14-红外热成像仪，15-信号收集装置，16-PLC模块，17-上位机，18-限位环，19-透明防静电板，20-煤/岩试块，21-空气过滤膜，81-固定架竖直段一，82-固定架水平段，83-固定架竖直段二，811-长方形开孔，821-限位孔，822-定位梢。具体实施方式为了加深对本专利技术的理解，下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明，该实施例仅用于解释本专利技术，并不对本专利技术的保护范围构成限定。如图1所示，一种煤岩截割产尘实验系统，包括截割部分1、实验条件调控部分2、粉尘收集部分3、破碎形态记录部分4和控制与信号处理部分5。如图2、图3和图4所示，所述截割部分1包括竖直向下运动的加载装置6、截齿7和固定架8，所述加载装置6施加的压力以压力信号传输到信号收集装置15，实时记录于上位机17中，所述固定架8安装于加载装置6下方，所述截齿7通过限位环18固定在固定架8上并通过位移信号将位移传输到信号收集装置15中，实时记录在上位机17中。如图4所示，所述实验条件调控部分2包括围压加载装置9和正压变频风机10，所述围压加载装置9对煤/岩试块20四周施加压力，压力信号通过信号收集装置15实时记录在上位机17中，所述正压变频风机10入口处还固定有空气过滤膜21，所述正压变频风机10风速可调，风速信号通过信号收集装置15实时记录在上位机17中。在上述实施例中，所述粉尘收集部分3包括负压变频风机11和粉尘收集滤膜12，所述负压变频风机11风速可控，风速信号通过信号收集装置15实时记录在上位机17中，所述粉尘收集滤膜12设置在负压变频风机11进风口处用于拦截、收集粉尘。在上述实施例中，所述破碎形态记录部分4包括高速动态分析仪13和红外热成像仪14，所述红外热成像仪14拍摄的红外图像信号和高速动态分析仪13拍摄的形态本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种煤岩截割产尘实验系统，其特征在于：包括截割部分(1)、实验条件调控部分(2)、粉尘收集部分(3)、破碎形态记录部分(4)和控制与信号处理部分(5)；所述截割部分(1)包括竖直向下运动的加载装置(6)、截齿(7)和固定架(8)，所述加载装置(6)施加的压力以压力信号传输到信号收集装置(15)，实时记录于上位机(17)中，所述固定架(8)安装在加载装置(6)下方，所述截齿(7)利用限位环(18)固定在固定架(8)上并通过位移信号将位移传输到信号收集装置(15)中，实时记录在上位机(17)中；所述实验条件调控部分(2)包括围压加载装置(9)和正压变频风机(10)，所述围压加载装置(9)对煤/岩试块(20)四周施加压力，压力信号通过信号收集装置(15)实时记录在上位机(17)中，所述正压变频风机(10)入口处还固定有空气过滤膜(21)，所述正压变频风机(10)风速可调，风速信号通过信号收集装置(15)实时记录在上位机(17)中；所述粉尘收集部分(3)包括负压变频风机(11)、粉尘收集滤膜(12)和透明防静电板(19)，所述负压变频风机(11)风速可控，风速信号通过信号收集装置(15)实时记录在上位机(17)中，所述粉尘收集滤膜(12)设置在负压变频风机(11)进风口处用于拦截、收集粉尘，所述透明防静电板(19)围成一个封闭实验空间；所述破碎形态记录部分(4)包括高速动态分析仪(13)和红外热成像仪(14)，所述红外热成像仪(14)拍摄的红外图像信号和高速动态分析仪(13)拍摄的形态图像信号传送至上位机(17)；所述控制与信号处理部分(5)包括信号收集装置(15)、PLC模块(16)和上位机(17)，所述PLC模块(16)用于控制加载装置(6)的启动、变速与停止，通过上位机(17)，可以调节加载装置(6)移动速度和正压变频风机(10)与负压变频风机(11)的风速。...

【技术特征摘要】
1.一种煤岩截割产尘实验系统，其特征在于：包括截割部分(1)、实验条件调控部分(2)、粉尘收集部分(3)、破碎形态记录部分(4)和控制与信号处理部分(5)；所述截割部分(1)包括竖直向下运动的加载装置(6)、截齿(7)和固定架(8)，所述加载装置(6)施加的压力以压力信号传输到信号收集装置(15)，实时记录于上位机(17)中，所述固定架(8)安装在加载装置(6)下方，所述截齿(7)利用限位环(18)固定在固定架(8)上并通过位移信号将位移传输到信号收集装置(15)中，实时记录在上位机(17)中；所述实验条件调控部分(2)包括围压加载装置(9)和正压变频风机(10)，所述围压加载装置(9)对煤/岩试块(20)四周施加压力，压力信号通过信号收集装置(15)实时记录在上位机(17)中，所述正压变频风机(10)入口处还固定有空气过滤膜(21)，所述正压变频风机(10)风速可调，风速信号通过信号收集装置(15)实时记录在上位机(17)中；所述粉尘收集部分(3)包括负压变频风机(11)、粉尘收集滤膜(12)和透明防静电板(19)，所述负压变频风机(11)风速可控，风速信号通过信号收集装置(15)实时记录在上位机(17)中，所述粉尘收集滤膜(12)设置在负压变频风机(11)进风口处用于拦截、收集粉尘，所述透明防静电板(19)围成一个封闭实验空间；所述破碎形态记录部分(4)包括高速动态分析仪(13)和红外热成像仪(14)，所述红外热成像仪(14)拍摄的红外图像信号和高速动态分析仪(13)拍摄的形态图像信号传送至上位机(17)；所述控制与信号处理部分(5)包括信号收集装置(15)、PLC模块(16)和上位机(17)，所述PLC模块(16)用于控制加载装置(6)的启动、变速与停止，通过上位机(17)，可以调节加载装置(6)移动速度和正压变频风机(10)与负压变频风机(11)的风速。2.根据权利要求1所述的煤岩截割产尘实验系统，其特征在于：所述截齿(7)的形状包括但不限于镐型截齿、刀型截齿和PDC截齿。3.根据权利要求1所述的煤岩截割产尘实验系统，其特征在于：所述固定架(8)包括通过定位销(822)相连的固定架水平段(82)和...

【专利技术属性】
技术研发人员：王和堂，周文东，杜云贺，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32