本發(fā)明屬于礦井井巷風(fēng)流災(zāi)變等技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種研究多類(lèi)致災(zāi)因素下風(fēng)流運(yùn)動(dòng)狀態(tài)實(shí)驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)：

礦井內(nèi)發(fā)生的煤與瓦斯突出以及礦井火災(zāi)均會(huì)造成重大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，兩種災(zāi)害所引發(fā)的次生災(zāi)害也尤為常見(jiàn)，其中由于煤與瓦斯突出和礦井火災(zāi)造成的礦井井巷風(fēng)流災(zāi)變也是高發(fā)二次事故。但由于災(zāi)害發(fā)生的偶然性以及災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)的復(fù)雜性，導(dǎo)致很多災(zāi)害發(fā)生后并不能及時(shí)的采取應(yīng)對(duì)措施以及防止二次災(zāi)害發(fā)生的預(yù)防措施。因此，為了防范于未然，也為了使理論研究和工程實(shí)踐有效的銜接，實(shí)驗(yàn)室模擬裝置是一種非常有效的，可以在一定程度上充分認(rèn)知事故原理及采取應(yīng)對(duì)措施的有效手段。目前，已有相關(guān)的實(shí)驗(yàn)室模擬裝置以災(zāi)變后礦井井巷風(fēng)流的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)作為研究對(duì)象，開(kāi)展相關(guān)研究，但大部分實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)單一，僅能對(duì)單一災(zāi)變條件下的風(fēng)流運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行模擬，比如單一考慮煤與瓦斯突出后瓦斯風(fēng)壓作用下的風(fēng)流運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或者礦井火災(zāi)發(fā)生后火風(fēng)壓作用下的風(fēng)流運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，更是缺乏煤與瓦斯突出后沖擊動(dòng)力作用下風(fēng)流運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的研究。礦井二次災(zāi)害的發(fā)生可能是多因素共致，因此有必要改變以往單一致災(zāi)因素。通過(guò)一體化的技術(shù)裝置，可以監(jiān)測(cè)多種致災(zāi)因素下的風(fēng)流運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，研究不同類(lèi)型巷道風(fēng)流的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

本發(fā)明為了解決以往只對(duì)單一致災(zāi)因素作用下風(fēng)流運(yùn)動(dòng)狀態(tài)研究的問(wèn)題，設(shè)計(jì)一種研究多類(lèi)致災(zāi)因素下風(fēng)流運(yùn)動(dòng)狀態(tài)實(shí)驗(yàn)裝置，通過(guò)實(shí)驗(yàn)裝置調(diào)節(jié)以及監(jiān)測(cè)傳感器，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)風(fēng)流災(zāi)變過(guò)程監(jiān)測(cè)，能夠分析災(zāi)變風(fēng)流的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，對(duì)不同類(lèi)型的災(zāi)變風(fēng)流運(yùn)移規(guī)律進(jìn)行研究，整個(gè)操作過(guò)程在同一實(shí)驗(yàn)裝置中完成，實(shí)現(xiàn)了多種致災(zāi)因素下風(fēng)流運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種研究多類(lèi)致災(zāi)因素下風(fēng)流運(yùn)動(dòng)狀態(tài)實(shí)驗(yàn)裝置，包括沖擊動(dòng)力系統(tǒng)，氣流沖擊巷系統(tǒng)，并聯(lián)巷道系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)組成，其中沖擊動(dòng)力系統(tǒng)的右端與沖擊巷系統(tǒng)內(nèi)的三通管的左端口通過(guò)法蘭連接，沖擊巷系統(tǒng)的右端與并聯(lián)巷道系統(tǒng)內(nèi)的三通管的左端口通過(guò)法蘭連接。

所述的沖擊動(dòng)力系統(tǒng)包含高壓瓦斯氣瓶，總壓表，減壓閥，分壓表，耐壓軟管，真空表，沖擊動(dòng)力腔體，薄膜，充氣口，抽氣口，真空泵組成，其中高壓瓦斯氣瓶與充氣口通過(guò)耐壓軟管相連，且減壓閥和分壓表安裝在耐壓軟管上，真空泵與抽氣口通過(guò)耐壓軟管相連，同時(shí)分壓表，真空表，充氣口和抽氣口安裝在沖擊動(dòng)力腔體上。

所述的所述的沖擊動(dòng)力腔體由直徑200mm，長(zhǎng)度300mm和直徑120mm，長(zhǎng)度100mm，耐壓強(qiáng)度均為10MPa的兩節(jié)鋼質(zhì)圓形管道組成，沖擊動(dòng)力腔體的左側(cè)封閉，沖擊動(dòng)力腔體的右側(cè)設(shè)計(jì)為開(kāi)口狀并放置有薄膜封住腔口，其中薄膜選帆布作為材料，帆布可折疊使用，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求完成折疊使用，測(cè)試極限壓力范圍為0-1.5MPa。

所述的氣流沖擊巷系統(tǒng)包含三通管，直巷，法蘭，閥門(mén)，進(jìn)風(fēng)巷，監(jiān)測(cè)點(diǎn)，小型通風(fēng)機(jī)，其中三通管的左側(cè)端口與沖擊動(dòng)力腔體通過(guò)法蘭連接，三通管的右側(cè)端口與直巷通過(guò)法蘭連接，三通管的下側(cè)端口與進(jìn)風(fēng)巷通過(guò)法蘭連接，直巷選用直徑120mm，長(zhǎng)度4500mm，耐壓強(qiáng)度3MPa的鋼質(zhì)圓形管道，進(jìn)風(fēng)巷為直徑120mm，長(zhǎng)度100mm，耐壓強(qiáng)度3MPa的鋼質(zhì)圓形管道，且進(jìn)風(fēng)巷上裝有閥門(mén)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)均勻布置在直巷上，小型通風(fēng)機(jī)與進(jìn)風(fēng)巷連接。

所述的并聯(lián)巷道系統(tǒng)包含三通管，左側(cè)分支，中間分支，右側(cè)分支，上部聯(lián)通巷，角聯(lián)分支，下部聯(lián)通巷，進(jìn)風(fēng)巷，回風(fēng)巷，上部四通管，下部四通管，法蘭，閥門(mén)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)，小型通風(fēng)機(jī)，可調(diào)節(jié)支架，加熱器，熱電偶，其中三通管的左側(cè)端口與直巷通過(guò)法蘭連接，三通管的上下側(cè)端口與左側(cè)分支通過(guò)法蘭連接，左側(cè)分支為直徑120mm，長(zhǎng)度5000mm，耐壓強(qiáng)度1MPa，耐溫性500℃的鋼質(zhì)圓形管道，中間分支為直徑120mm，長(zhǎng)度5000mm，耐壓強(qiáng)度1MPa，耐溫性300℃的鋼質(zhì)圓形管道，右側(cè)分支為直徑150mm，長(zhǎng)度5000mm，耐壓強(qiáng)度1MPa，耐溫性300℃的鋼質(zhì)圓形管道，角聯(lián)分支為直徑120mm，長(zhǎng)度500mm，耐壓強(qiáng)度1MPa，耐溫性500℃的鋼質(zhì)圓形管道，上部聯(lián)通巷和下部聯(lián)通巷均為直徑150mm，長(zhǎng)度1390mm，耐壓強(qiáng)度1MPa，耐溫性300℃的鋼質(zhì)圓形管道，進(jìn)風(fēng)巷和回風(fēng)巷均為直徑120mm，長(zhǎng)度300mm，耐壓強(qiáng)度1MPa，耐溫性300℃的鋼質(zhì)圓形管道，上部四通管的上側(cè)端口與進(jìn)風(fēng)巷通過(guò)法蘭連接，上部四通管的左側(cè)端口和右側(cè)端口與上部聯(lián)通巷分別通過(guò)法蘭連接，上部四通管的下側(cè)端口與中間分支通過(guò)法蘭連接，下部四通管的左側(cè)端口和右側(cè)端口與下部聯(lián)通巷分別通過(guò)法蘭連接，下部四通管的上側(cè)端口與中間分支通過(guò)法蘭連接，下部四通管的下側(cè)端口與回風(fēng)巷通過(guò)法蘭連接，且左側(cè)分支，中間分支和右側(cè)分支的上側(cè)均連接在上部聯(lián)通巷上，同時(shí)左側(cè)分支，中間分支和右側(cè)分支的下側(cè)均連接在下部連通巷上，角聯(lián)分支的兩側(cè)分別連通左側(cè)分支和中間分支，另外將加熱器安裝在左側(cè)分支的左下角對(duì)左側(cè)分支風(fēng)流加熱，熱電偶安裝在加熱器上測(cè)量溫度。

所述的小型通風(fēng)機(jī)的電壓220V，頻率50HZ，風(fēng)量為0-0.6m³/min，其中小型通風(fēng)機(jī)放置在氣流沖擊巷系統(tǒng)和并聯(lián)巷道系統(tǒng)內(nèi)的進(jìn)風(fēng)巷處。

所述的左側(cè)分支，中間分支，右側(cè)分支與角聯(lián)分支，其中左側(cè)分支的下側(cè)和上側(cè)安裝有閥門(mén)，左側(cè)分支共布置有五個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，中間分支的上側(cè)的裝有閥門(mén)，中間分支共布置有兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，右側(cè)分支的上側(cè)安裝有閥門(mén)，右側(cè)分支共布置有兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，角聯(lián)分支的中部安裝有閥門(mén)。

所述的可調(diào)節(jié)支架共四個(gè)，其中兩個(gè)的一端固定在地面，另一端連接下部聯(lián)通巷，另外兩個(gè)的一端也固定在地面，另一端連接上部聯(lián)通巷上。

所述的數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)包含監(jiān)測(cè)傳感器，數(shù)據(jù)采集器，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，采集線(xiàn)，其中監(jiān)測(cè)傳感器與數(shù)據(jù)采集器通過(guò)采集線(xiàn)連接，數(shù)據(jù)采集器與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過(guò)采集線(xiàn)連接，且數(shù)據(jù)采集器設(shè)有16個(gè)采集通道，采樣率為10B～500M/s，采樣長(zhǎng)度40G。

所述的監(jiān)測(cè)傳感器包含壓力傳感器，風(fēng)速傳感器，濃度傳感器，且壓力傳感器的測(cè)壓范圍為0～1MPa，準(zhǔn)確度等級(jí)為0.5級(jí)，頻響為1000KHz，風(fēng)速傳感器的測(cè)量范圍為0～20m/s，傳感器精度為0.2％FS，響應(yīng)時(shí)間為250ms，濃度傳感器的量程為0～50000ppm，響應(yīng)時(shí)間為800ms，分辨率為0.1％，三種傳感器的測(cè)試端均通過(guò)螺栓固定在氣流沖擊巷系統(tǒng)和并聯(lián)巷道系統(tǒng)內(nèi)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)處，三種傳感器的尾端均連接在數(shù)據(jù)采集器上。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)驗(yàn)裝置整體示意圖

圖2是本發(fā)明沖擊動(dòng)力系統(tǒng)示意圖

圖3是本發(fā)明氣流沖擊巷系統(tǒng)示意圖

圖4是本發(fā)明并聯(lián)巷道系統(tǒng)示意圖

圖5是數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)示意圖

具體實(shí)施方式

如圖1-圖5所示，本發(fā)明為一種研究多類(lèi)致災(zāi)因素下風(fēng)流運(yùn)動(dòng)狀態(tài)實(shí)驗(yàn)裝置，由沖擊動(dòng)力系統(tǒng)1，氣流沖擊巷系統(tǒng)2，并聯(lián)巷道系統(tǒng)3，數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)4組成，其中沖擊動(dòng)力系統(tǒng)1的右端與沖擊巷系統(tǒng)2內(nèi)的三通管201的左端口通過(guò)法蘭203連接，沖擊巷系統(tǒng)2的右端與并聯(lián)巷道系統(tǒng)3內(nèi)的三通管301的左端口通過(guò)法蘭312連接。沖擊動(dòng)力系統(tǒng)1包含高壓瓦斯氣瓶101，總壓表102，減壓閥103，分壓表104，106，耐壓軟管105，111，真空表107，沖擊動(dòng)力腔體108，薄膜109，充氣口110，抽氣口112，真空泵114，其中沖擊動(dòng)力腔體108由直徑200mm，長(zhǎng)度300mm和直徑120mm，長(zhǎng)度100mm，耐壓強(qiáng)度均為10MPa的兩節(jié)鋼質(zhì)圓形管道組成，沖擊動(dòng)力腔體108的左側(cè)封閉，沖擊動(dòng)力腔體108上裝有分壓表106，真空表107，充氣口110和抽氣口112，且沖擊動(dòng)力腔體108的左側(cè)封閉，沖擊動(dòng)力腔體108的右側(cè)設(shè)計(jì)為開(kāi)口狀并放置有薄膜109封住腔口，其中薄膜109選帆布作為材料，帆布可折疊使用，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求完成折疊使用，測(cè)試極限壓力范圍為0-1.5MPa；沖，高壓瓦斯氣瓶101與充氣口110通過(guò)耐壓軟管105相連，且減壓閥103和分壓表104安裝在耐壓軟管105上，真空泵114與抽氣口112通過(guò)耐壓軟管111相連；氣流沖擊巷系統(tǒng)2包含三通管201，直巷202，法蘭203，204，205，閥門(mén)206，207，進(jìn)風(fēng)巷208，監(jiān)測(cè)點(diǎn)209，210，211，212，213，小型通風(fēng)機(jī)214，其中三通管201的左側(cè)端口與沖擊動(dòng)力腔體108通過(guò)法蘭203連接，三通管201的右側(cè)端口與直巷202通過(guò)法蘭205連接，三通管201的下側(cè)端口與進(jìn)風(fēng)巷208通過(guò)法蘭204連接，直巷202選用直徑120mm，長(zhǎng)度4500mm，耐壓強(qiáng)度3MPa的鋼質(zhì)圓形管道，進(jìn)風(fēng)巷208為直徑120mm，長(zhǎng)度100mm，耐壓強(qiáng)度3MPa的鋼質(zhì)圓形管道，且進(jìn)風(fēng)巷208上裝有閥門(mén)206，監(jiān)測(cè)點(diǎn)209，210，211，212，213均勻布置在直巷202上，小型通風(fēng)機(jī)214與進(jìn)風(fēng)巷208連接；并聯(lián)巷道系統(tǒng)3包含三通管301，左側(cè)分支302，中間分支303，右側(cè)分支304，上部聯(lián)通巷305，角聯(lián)分支306，下部聯(lián)通巷307，進(jìn)風(fēng)巷308，回風(fēng)巷309，上部四通管310，下部四通管311，法蘭312，313，314，315，316，317，318，319，320，321，322，閥門(mén)323，324，325，326，327，監(jiān)測(cè)點(diǎn)328，329，330，331，332，333，334，335，336，小型通風(fēng)機(jī)337，可調(diào)節(jié)支架338，339，340，341，加熱器342，熱電偶343，其中三通管301的左側(cè)端口與直巷202通過(guò)法蘭312連接，三通管301的上下側(cè)端口與左側(cè)分支302通過(guò)法蘭313和法蘭324連接，左側(cè)分支302為直徑120mm，長(zhǎng)度5000mm，耐壓強(qiáng)度1MPa，耐溫性500℃的鋼質(zhì)圓形管道，中間分支303為直徑120mm，長(zhǎng)度5000mm，耐壓強(qiáng)度1MPa，耐溫性300℃的鋼質(zhì)圓形管道，右側(cè)分支304為直徑150mm，長(zhǎng)度5000mm，耐壓強(qiáng)度1MPa，耐溫性300℃的鋼質(zhì)圓形管道，角聯(lián)分支306為直徑120mm，長(zhǎng)度500mm，耐壓強(qiáng)度1MPa，耐溫性500℃的鋼質(zhì)圓形管道，上部聯(lián)通巷305和下部聯(lián)通巷307均為直徑150mm，長(zhǎng)度1390mm，耐壓強(qiáng)度1MPa，耐溫性300℃的鋼質(zhì)圓形管道，進(jìn)風(fēng)巷308和回風(fēng)巷309均為直徑120mm，長(zhǎng)度300mm，耐壓強(qiáng)度1MPa，耐溫性300℃的鋼質(zhì)圓形管道，上部四通管310的上側(cè)端口與進(jìn)風(fēng)巷308通過(guò)法蘭316連接，上部四通管310的左側(cè)端口和右側(cè)端口與上部聯(lián)通巷305分別通過(guò)法蘭315，317連接，上部四通管310的下側(cè)端口與中間分支303通過(guò)法蘭318連接，下部四通管311的左側(cè)端口和右側(cè)端口與下部聯(lián)通巷307分別通過(guò)法蘭319，321連接，下部四通管311的上側(cè)端口與中間分支303通過(guò)法蘭320連接，下部四通管311的下側(cè)端口與回風(fēng)巷309通過(guò)法蘭322連接，左側(cè)分支302，中間分支303和右側(cè)分支304的上側(cè)均連接在上部聯(lián)通巷305上，左側(cè)分支302，中間分支303和右側(cè)分支304的下側(cè)均連接在下部連通巷307上，角聯(lián)分支306的兩側(cè)分別連通左側(cè)分支302和中間分支303，閥門(mén)323和閥門(mén)325分別安裝在左側(cè)分支302的下側(cè)和上側(cè)，閥門(mén)326安裝在中間分支405的上側(cè)，閥門(mén)327安裝在右側(cè)分支304的上側(cè)，閥門(mén)324安裝在角聯(lián)分支306的中部，監(jiān)測(cè)點(diǎn)328，331，332，335，336布置在左側(cè)分支202上，監(jiān)測(cè)點(diǎn)329，333布置在中間分支203上，監(jiān)測(cè)點(diǎn)330，334布置在右側(cè)分支304上；進(jìn)風(fēng)巷308與風(fēng)機(jī)337連接；可調(diào)節(jié)支架338，339一端固定在地面，另一端連接下部聯(lián)通巷307，可調(diào)節(jié)支架340，341一端固定在地面，另一端連接上部聯(lián)通巷308上，加熱器342安裝在左側(cè)分支的左下角對(duì)左側(cè)分支風(fēng)流加熱，熱電偶343安裝在加熱器342上測(cè)量溫度；數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)4包含監(jiān)測(cè)傳感器401，數(shù)據(jù)采集器402，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)403，采集線(xiàn)404，其中監(jiān)測(cè)傳感器401與數(shù)據(jù)采集器402通過(guò)采集線(xiàn)404連接，數(shù)據(jù)采集器402與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)403通過(guò)采集線(xiàn)連接，其中監(jiān)測(cè)傳感器401包含壓力傳感器，風(fēng)速傳感器，濃度傳感器，且壓力傳感器的測(cè)壓范圍為0～1MPa，準(zhǔn)確度等級(jí)為0.5級(jí)，頻響為1000KHz，風(fēng)速傳感器的測(cè)量范圍為0～20m/s，傳感器精度為0.2％FS，響應(yīng)時(shí)間為250ms，濃度傳感器的量程為0～50000ppm，響應(yīng)時(shí)間為800ms，分辨率為0.1％，三種傳感器的測(cè)試端均通過(guò)螺栓固定在氣流沖擊巷系統(tǒng)3和并聯(lián)巷道系統(tǒng)4上的監(jiān)測(cè)點(diǎn)209，210，211，212，213，328，329，330，331，332，333，334，335，336處，三種傳感器的尾端均連接在數(shù)據(jù)采集器402上；數(shù)據(jù)采集器402設(shè)有16個(gè)采集通道，采樣率為10B～500M/s，采樣長(zhǎng)度40G；小型通風(fēng)機(jī)214和小型通風(fēng)機(jī)337的電壓220V，頻率50HZ，風(fēng)量為0-0.6m³/min，放置在進(jìn)風(fēng)巷208和308處。

下面介紹一下本發(fā)明一種研究多類(lèi)致災(zāi)因素下風(fēng)流運(yùn)動(dòng)狀態(tài)實(shí)驗(yàn)裝置的原理：

一種研究多類(lèi)致災(zāi)因素下風(fēng)流運(yùn)動(dòng)狀態(tài)實(shí)驗(yàn)裝置核心在于研究沖擊動(dòng)力，瓦斯風(fēng)壓，火風(fēng)壓作用多種致災(zāi)因素下風(fēng)流運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，關(guān)閉閥門(mén)206，高壓瓦斯氣瓶101對(duì)沖擊動(dòng)力腔體108進(jìn)行充氣，誘導(dǎo)氣體突出，從而可以模擬沖擊動(dòng)力作用下井巷風(fēng)流的變化規(guī)律；在突出動(dòng)力效應(yīng)消失后，瓦斯氣體進(jìn)入并聯(lián)分支巷道，通過(guò)調(diào)節(jié)各閥門(mén)以及可調(diào)節(jié)支架的高度，可以模擬瓦斯風(fēng)壓作用下不同傾角并聯(lián)分支巷道內(nèi)風(fēng)流的變化規(guī)律；另外通過(guò)加溫器加熱左側(cè)分支內(nèi)的風(fēng)流，同時(shí)調(diào)節(jié)各閥門(mén)以及可調(diào)節(jié)支架的高度可以模擬火風(fēng)壓作用下并聯(lián)分支內(nèi)風(fēng)流的變化規(guī)律；且該裝置可以同時(shí)模擬火風(fēng)壓和瓦斯風(fēng)壓作用下并聯(lián)分支內(nèi)風(fēng)流的變化規(guī)律。由此可知，本實(shí)驗(yàn)裝置可研究多類(lèi)致災(zāi)因素下風(fēng)流災(zāi)變規(guī)律，突破了以往只模擬單一災(zāi)變條件下的風(fēng)流運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的局限。