一种受限空间多源粉尘及尾气运移物理模拟平台及方法技术

本发明专利技术公开一种受限空间多源粉尘及尾气运移物理模拟平台及方法，该平台的组成包括：工作面模型、工作面设备模型、通风装置、产尘装置、燃油车辆模型、监测系统、控制平台、粉尘和尾气后处理系统。模拟设置巷道、割煤机、液压支架、运输皮带、车辆等综采工作面架构，采用大功率风机及巷道端面风阀作为综采工作面风流调控系统，产尘装置作为不同粒径粉尘模拟调配器为该平台提供稳定的尘源，高精度粉尘传感器、尾气传感器、风速传感器等构建了本平台监测系统，液晶显示器、控制操作台、PLC控制柜等电气设备构建了本发明专利技术控制平台，高保真再现综采工作面生产实景，为多源粉尘及车辆尾气运移规律的科学研究提供详细可靠的实验数据。的科学研究提供详细可靠的实验数据。的科学研究提供详细可靠的实验数据。

【技术实现步骤摘要】
一种受限空间多源粉尘及尾气运移物理模拟平台及方法


[0001]本专利技术属于煤矿安全与职业健康
，更具体地，涉及一种受限空间多源粉尘及尾气运移物理模拟平台及方法。

技术介绍

[0002]在煤炭开采过程中，卷筒截割煤壁、移架错位、转载、运输等多种工艺流程处都会产生大量粉尘，这些粉尘随风流飘散至整个综采工作面，粒径较大的可见粉尘在重力作用下沉降距离短，粒径较小的微尘和超微尘沉降距离较大甚至可以较长时间漂浮于风流内，其中，粒径小于7.07微米的粉尘称为呼尘，这种粉尘是诱发煤工尘肺病、影响设备安全运行的主要源头之一；此外，巷道内车辆排放的尾气在风流作用下四处飘散，这种富含多种氮氧化物、具有强烈刺鼻气味的车辆尾气也是影响煤工身心健康的主要源头之一。因此，研究多源粉尘及车辆尾气运移规律可以为综采工作面多源粉尘的高效精准治理提供坚实的理论基础。
[0003]相似物理模拟是研究多源粉尘及尾气运移规律的最有效手段，建立高保真还原综采工作面实际工况的相似物理模拟平台是亟需解决的科学难点。现有技术中，如CN114778382A公开一种机械化采煤作业粉尘动态追踪模拟系统及方法，包括实验柜、监测仪器和通风除尘装置，工作台面上放置透明模拟巷道，透明模拟巷道外周围设移动支架组件，透明模拟巷道内部设置综采面割煤机，综采面割煤机前行推动若干活动拟煤块，实验柜内设置导向推移装置，导向推移装置包括由推移电机驱动丝杠机构连接导轨滑台，推移电机由电控箱电路连接，导轨滑台上滑动连接推移滑块，推移滑块通过连接件固连综采面割煤机，推移滑块上固连支架推动块，监测仪器包括高速摄像机、计算机、粉尘采样器和风速仪，通风除尘装置包括供风设备和除尘器，透明模拟巷道的进风口和综采面割煤机均连接供风设备，透明模拟巷道的出风口连接除尘器。其仅仅只是对割煤机处的模拟，真实场景并不仅仅只有割煤机一处尘源，因此该模拟系统并不能有效还原综采工作面粉尘运移的真实情况，同时也没有考虑巷道内车辆尾气的模拟。
[0004]基于上述科研需求及现有技术，本专利技术设计了一种受限空间多源粉尘及尾气运移物理模拟平台，通过合理的模块结构布局和电气控制系统设计，采用相似理论，按1:5相似比例将某矿井25211综采工作面缩放至实验室环境中，意在研究综采工作面多源粉尘运移规律及车辆尾气运移规律，为煤矿分源分区治理提供可靠的实验平台。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种受限空间多源粉尘及尾气运移物理模拟平台及方法，模拟设置巷道、割煤机、液压支架、运输皮带、车辆等综采工作面架构，采用大功率风机及巷道端面风阀作为综采工作面风流调控系统，产尘装置作为不同粒径粉尘模拟调配器为该平台提供稳定的尘源，高精度粉尘传感器、尾气传感器、风速传感器等构建了本平台监测系统，液晶显示器、控制操作台、PLC控制柜等电气设备构建了本专利技术控制平台，高保真再现综
采工作面生产实景，为多源粉尘及车辆尾气运移规律的科学研究提供详细可靠的实验数据。
[0006]根据本专利技术的第一方案，提供一种受限空间多源粉尘及尾气运移物理模拟平台，包括：
[0007]一工作面缩放模型，包括回风巷道、综采工作面、胶运巷道以及辅运巷道，所述回风巷道和所述胶运巷道分别设置于所述综采工作面的两端，所述辅运巷道与所述胶运巷道通过中间巷道连通；
[0008]一工作面设备模型，包括割煤机模型、液压支架模型、转载机模型、带式输送机模型，所述割煤机模型设置于所述综采工作面，所述转载机模型用于模拟装载产尘和风流场，所述带式输送机模型设置于胶运巷道；
[0009]一通风装置，设置于所述回风巷道的回风巷口，以实现工作面的风流场的模拟；
[0010]产尘装置，所述产尘装置设置于对应的产尘点位，所述产尘点位包括割煤机割煤产尘点位、液压支架移架产尘点位、转载产尘点位以及分散尘源产尘点位；
[0011]一燃油车辆尾气产生装置，设置于辅运巷道，用于根据燃油车辆尾气排放管的位置，在车辆模型对应位置设置尾气排放点，选取标志性气体作为尾气，结合车辆怠速、空载、满负荷负载、上坡、下坡工况下尾气排放量，设置不同的尾气排放速度，所述标志性气体包括CO2、CO、NO
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中的一种及其组合；
[0012]一监测系统，包括风速传感器、粉尘传感器以及尾气传感器，所述风速传感器用于监测巷道和采煤面风速，所述粉尘传感器用于监测车测点的粉尘浓度和粉尘粒径分布，所述尾气传感器用于监测测试车辆模型所排放的标志性气体；
[0013]一控制平台，包括显示器、控制操作台以及PLC控制柜，所述PLC控制柜PLC控制柜与所述工作面设备模型、通风装置、产尘装置、燃油车辆尾气产生装置以及监测系统均信号连接，所述显示器与所述PLC控制柜信号连接，用于显示设备运行状况，传感器参数；所述控制操作台与所述PLC控制柜信号连接，用于控制设备正常运转同时监控设备运行。
[0014]作为优选，还包括：
[0015]一粉尘和尾气后处理系统，设置于回风巷口，包括粉尘和尾气净化装置、清洗水槽以及水雾除尘系统，所述粉尘和尾气净化装置用于采用低温等离子体污染介质，所述污染介质包括净化油雾和废气，所述清洗水槽设置于所述回风巷道底部且与所述水雾除尘系统进行连接，所述清洗水槽的出水口设置有滤网。
[0016]作为优选，在辅运巷道、胶运巷道和回风巷道处各布置1个风速传感器；在液压支架模型行人区域和液压支架模型与煤壁之间各布置1个风速传感器；
[0017]在所述辅运巷道、胶运巷道、回风巷道各方布置1个粉尘传感器，综采工作面在液压支架行人区域和液压支架与煤壁之间各布置3个粉尘传感器，且综采工作面的所有粉尘传感器位置根据割煤机模型的位置变化进行调整；
[0018]所述尾气传感器以排气点为中心，沿着风流和逆风流方向的1～3m范围内各布设一个。
[0019]作为优选，所述燃油车辆尾气产生装置包括设置于辅运巷道中的车辆模型以及设置于所述车辆模型上的尾气储罐，所述尾气储罐预装混合尾气，尾气排放采用伺服控制截止阀，PID调节控制流量。
[0020]作为优选，所述割煤机割煤产尘点位包括在割煤截齿布置产尘点；
[0021]所述液压支架移架产尘点位包括设置在所述液压支架模型的产尘点；
[0022]所述转载产尘点位包括在转载机位置设置的线性源产尘区；
[0023]所述分散尘源产尘点位包括随机布设在带式输送机模型的至少一个产尘点。
[0024]根据本专利技术的第二技术方案，提供一种风流场作用下受限空间多源粉尘运移物理模拟实验方法，其特征在于，基于如上所述的受限空间多源粉尘及尾气运移物理模拟平台，所述方法包括：
[0025]取样粉尘，并处理成0～180μm粒径区间的粉尘后放入模拟工作面各个产尘点位的产尘装置中；
[0026]以产尘点位为原点，并以沿着风流方向为正向，在实验平台内的综采工作面和回风巷内分别布置多个粉尘采样点和多个测尘点；
[0027]在每个测尘点放置静置的粉尘盒，用于收集每个断面位置处本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种受限空间多源粉尘及尾气运移物理模拟平台，其特征在于，包括：一工作面缩放模型，包括回风巷道、综采工作面、胶运巷道以及辅运巷道，所述回风巷道和所述胶运巷道分别设置于所述综采工作面的两端，所述辅运巷道与所述胶运巷道通过中间巷道连通；一工作面设备模型，包括割煤机模型、液压支架模型、转载机模型、带式输送机模型，所述割煤机模型设置于所述综采工作面，所述转载机模型用于模拟装载产尘和风流场，所述带式输送机模型设置于胶运巷道；一通风装置，设置于所述回风巷道的回风巷口，以实现工作面的风流场的模拟；产尘装置，所述产尘装置设置于对应的产尘点位，所述产尘点位包括割煤机割煤产尘点位、液压支架移架产尘点位、转载产尘点位以及分散尘源产尘点位；一燃油车辆尾气产生装置，设置于辅运巷道，用于根据燃油车辆尾气排放管的位置，在车辆模型对应位置设置尾气排放点，选取标志性气体作为尾气，结合车辆怠速、空载、满负荷负载、上坡、下坡工况下尾气排放量，设置不同的尾气排放速度，所述标志性气体包括CO2、CO、NO
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中的一种及其组合；一监测系统，包括风速传感器、粉尘传感器以及尾气传感器，所述风速传感器用于监测巷道和采煤面风速，所述粉尘传感器用于监测车测点的粉尘浓度和粉尘粒径分布，所述尾气传感器用于监测测试车辆模型所排放的标志性气体；一控制平台，包括显示器、控制操作台以及PLC控制柜，所述PLC控制柜PLC控制柜与所述工作面设备模型、通风装置、产尘装置、燃油车辆尾气产生装置以及监测系统均信号连接，所述显示器与所述PLC控制柜信号连接，用于显示设备运行状况，传感器参数；所述控制操作台与所述PLC控制柜信号连接，用于控制设备正常运转同时监控设备运行。2.根据权利要求1所述的受限空间多源粉尘及尾气运移物理模拟平台，其特征在于，还包括：一粉尘和尾气后处理系统，设置于回风巷口，包括粉尘和尾气净化装置、清洗水槽以及水雾除尘系统，所述粉尘和尾气净化装置用于采用低温等离子体污染介质，所述污染介质包括净化油雾和废气，所述清洗水槽设置于所述回风巷道底部且与所述水雾除尘系统进行连接，所述清洗水槽的出水口设置有滤网。3.根据权利要求1所述的受限空间多源粉尘及尾气运移物理模拟平台，其特征在于，在辅运巷道、胶运巷道和回风巷道处各布置1个风速传感器；在液压支架模型行人区域和液压支架模型与煤壁之间各布置1个风速传感器；在所述辅运巷道、胶运巷道、回风巷道各方布置1个粉尘传感器，综采工作面在液压支架行人区域和液压支架与煤壁之间各布置3个粉尘传感器，且综采工作面的所有粉尘传感器位置根据割煤机模型的位置变化进行调整；所述尾...

【专利技术属性】
技术研发人员：涂庆毅，张贵生，薛生，倪廉钦，李斌，张伟，石高峰，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：