矿井综采工作面热湿环境模拟实验装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种实验装置，具体涉及一种矿井综采工作面相似实验装置。
【背景技术】
[0002]随着开采深度的逐步增加，综采工作面围岩散热及散湿愈来愈大，使得矿井内综采工作面的高温高湿的问题越来越严重，研究矿井综采工作面热湿环境形成机理及控制方法十分必要，有关矿井综采工作面的热湿环境的研究很少，相关研究主要是针对采空区瓦斯分布。目前基本没有对综采工作面在通风及降温条件下，对工作面热湿环境的实验研究及相关的实验装置。矿井综采工作面热湿环境模拟实验装置能较好地揭示矿井综采工作面热湿环境形成机理并对控制方法提出合理的建议。
【实用新型内容】
[0003]针对现有技术中存在的上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种矿井综采工作面热湿环境模拟实验装置，能够模拟完成在不同通风及降温方式下，综采工作面内风流速度、温度、湿度及压力的分布规律以及获取风流对流传热及传湿的准则关联式，为科学合理地布置通风及降温系统提供可靠的技术支持。
[0004]为了实现上述目的，本实验新型采用如下技术方案:一种矿井综采工作面热湿环境模拟实验装置，其特征在于:该实验装置包括模型主体、热源模拟装置、湿源模拟装置、空气处理装置及数据采集系统;其中模型主体由模拟围岩、贯通模拟围岩中部的模拟掘进工作面及模拟综采工作面外的保温材料组成;所述的热源模拟装置和湿源模拟装置设置在模型主体内部;模型主体入口采用变径管连接空气处理装置，变径管上设有风阀并通过风阀调节进入模拟综采工作面的风量;空气处理装置能制备各种不同的温湿度空气;数据采集系统由风速、温度和湿度探头、探头电缆及智能型多点环境测试仪器组成;模拟综采工作面内等间隔的设有环境测试点，由风速、温度和湿度探头采集各测试点的参数，并通过探头电缆将各测试点信号传输到智能型多点环境测试仪器，加热电缆埋于模拟围岩内部。
[0005]其中空调处理装置是恒温恒湿空调机组，且恒温恒湿空调机组上装有变频风机。
[0006]其中环境采样点沿模拟综采工作面上下及水平方向均匀布置。
[0007]其中模型主体由若干块模板通过螺栓联结组装而成，并用塑料胶条密封以防漏气;在模型主体内壁粘木条模拟钢梁支护。
[0008]本实用新型是按照相似理论构建的，可根据相似理论推测出现场的实际参数，指导矿井通风及降温系统。
【附图说明】
[0009]图1是本实用新型的结构示意图。
[0010]附图标记说明:I一模型主体;2—保温材料;3—模拟围岩;4一加热电缆;5—模拟综采工作面;6—热源模拟装置;7—湿源模拟装置;8-变径管;9一风阀；10—空气处理装置；11 一风速、温度和湿度探头；12—探头电缆;13—智能型多点环境测试仪器。
【具体实施方式】
[0011]该实验装置模型与原型几何相似、运动相似、动力相似、传热相似及传湿(质)相似，保证了原型与模型对流换热换湿过程近似相似，模拟实验装置还保证了边界条件和初始条件与原型相同。
[0012]该实验装置模型的几何缩比比例由实际模型确定，模型中定性尺度取综采工作面断面积的当量直径;进风流风速由雷诺数确定;进风流温度按照原型进行选取;流体采用空气;热源散热量和湿源散湿量根据所需边界条件进行换算。
[0013]该实验装置的各部件可拆卸可组装，矿井综采工作面热湿模拟实验装置具体包括由相似材料构成的模拟围岩3，模拟围岩3围成了贯通的模拟综采工作面5，模拟围岩3的外部设有保温材料2，由模拟围岩3、模拟综采工作面5和保温材料2构成了模型主体I。恒温恒湿空调机组通过连接变径管8将处理后的进风流送入模拟综采工作面5，变径管8上设置风阀9，用于调节进入模拟综采工作面5的风量。模拟综采工作面5内等间隔的设有环境测试点，由风速、温度和湿度探头11采集各测试点的环境参数，并通过探头电缆12将各测试点信号传输到智能型多点环境测试仪器13。
[0014]模型主体I由若干块模板通过螺栓联结组装而成，并用塑料胶条密封以防漏气;其中，利用相似材料构成模拟围岩，相似材料的选用依据是与实际围岩导热系数、放热系数、比热容以及含水率相近的材料，考虑到模拟围岩的各向异性特征，导热系数取平均值;加热电缆埋于模拟围岩3内部，通过导热将热量传到模拟围岩3壁面，最后通过与风流的强制对流换热，传到风流中，加热电缆4的加热量由所需模拟围岩3的壁温确定;相似材料选用多孔含水材料，含水率的确定依据以实际围岩相近，用于模拟围岩散湿，利用这种含水的相似材料模拟含水的围岩的散湿;在模型主体内壁粘木条模拟钢梁支护。模拟围岩3的外面用泡沫塑料保温材料2进行外保温，模拟围护无限大边界条件。
[0015]采用电加热装置模拟除围岩以外的其它热源，且热源位置可移动，以便模拟不同位置的机械设备的热源。
[0016]采用电极式电加湿器模拟除围岩以外的其它湿源，并接蒸气软管，通过调节蒸汽软管的位置来模拟湿源的不同位置。
[0017]采用恒温恒湿空调机组作为空气处理装置，可实现多种风流参数模拟。
[0018]采用6242/6243智能型多点环境测试仪器13同时检测各环境测试点的风速、风温、湿度和风压，风温的分辨率为0.TC，湿度的分辨率为0.01%。模型主体的进出口以及模型主体内等间隔的设有若干个测试点；采用Watchdog系统来测量相似材料的含水率，含水率的确定以实际围岩中的含水率为依据。
[0019]本实用新型中矿井综采工作面热湿环境模拟实验装置，实验过程如下:
[0020]1.根据实际要模拟矿井的综采工作面，计算相似模拟综采工作面和实际模拟工作面的几何比例、速度比例、风流比例、温度比例、围岩散热量比例，围岩散湿量的比例、其它热源散热量比例以及其它湿源散湿量的比例，确定模拟实验所需的几何尺寸、送风参数(风量、速度及温湿度)、模拟围岩散热热量、模拟围岩散湿湿量、其它热源散热热量以及其它湿源散湿湿量。
[0021]2.对模拟围岩表面温度及湿度进行监测，保证其被均匀加热加湿到实验所需温度和含水量。
[0022]3.调节模拟综采工作面内的模拟热源的加热量和模拟湿源的加湿量。
[0023]4.开启并调节恒温恒湿空调机组的出口风流参数达到所需风流入口温度及湿度。
[0024]5.将模拟主体连接到恒温恒湿空调机组，调节风阀，达到要求风量。
[0025]6.使用安装在模拟综采工作面不同位置的探头采集风流信息，确定不同通风及降温条件下综采工作面的速度、压力、温度及湿度，确定不同通风及降温条件下综采工作面的风流参数分布规律。
[0026]7.通过统计方法将实验得到的不同通风及降温条件下综采工作面的速度、温度及湿度进行回归计算，获取风流对流传热及传湿的准则关联式。
[0027]整个实验过程为不同通风及降温方式下，科学合理地选择综采工作面的通风和降温系统提供可靠的技术支持。
[0028]以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。
【主权项】
1.一种矿井综采工作面热湿环境模拟实验装置，其特征在于:该实验装置包括模型主体(1)、热源模拟装置(6)、湿源模拟装置(7)、空气处理装置(10)及数据采集系统;其中模型主体(I)由模拟围岩(3)、贯通模拟围岩中部的模拟综采工作面(5)及模拟掘进工作面外的保温材料(2)组成；热源模拟装置(6)和湿源模拟装置(7)设置在模型主体(I)内部;模型主体(I)入口采用变径管(8)连接空气处理装置(10)，变径管(8)上设有风阀(9)并通过风阀(9)调节进入模拟综采工作面(5)的风量；空气处理装置(10)能制备各种不同的温湿度空气;数据采集系统由风速、温度和湿度探头(11)、探头电缆(12)及智能型多点环境测试仪器(13)组成;模拟综采工作面(5)内等间隔的设有环境测试点，由风速、温度和湿度探头(11)采集各测试点的参数，并通过探头电缆(12)将各测试点信号传输到智能型多点环境测试仪器(13)，加热电缆(4)埋于模拟围岩(3)内部。2.按照权利要求1所述的矿井综采工作面热湿环境模拟实验装置，其特征在于:空调处理装置(10)是恒温恒湿空调机组，且恒温恒湿空调机组上装有变频风机。3.按照权利要求1所述的矿井综采工作面热湿环境模拟实验装置，其特征在于:环境采样点沿模拟综采工作面(5)上下及水平方向均匀布置。4.按照权利要求1所述的矿井综采工作面热湿环境模拟实验装置，其特征在于:模型主体(I)由若干块模板通过螺栓联结组装而成，并用塑料胶条密封以防漏气;在模型主体(I)内壁粘木条模拟钢梁支护。
【专利摘要】本实用新型公开了一种矿井综采工作面热湿环境模拟实验装置，该实验装置包括模型主体、热源模拟装置、湿源模拟装置、空气处理装置及数据采集系统。热源及湿源模拟装置设置在模型主体内部，模拟主体入口通过变径管连接空气处理设备，模型主体内等间隔的设有环境测试点，由数据采集系统采集各环境测试点的风速、温度及湿度。通过测定模拟综采工作面内的相关数据，可完成在不同通风及降温方式下，综采工作面内风流速度、温度及湿度的分布规律以及获取风流对流传热及传湿的准则关联式，为科学合理地布置综采工作面的通风及降温系统提供可靠的技术支持。
【IPC分类】G01N33/24
【公开号】CN205333621
【申请号】CN201521105837
【发明人】陈柳, 薛韩玲, 纪海维, 王玉娇
【申请人】西安科技大学
【公开日】2016年6月22日
【申请日】2015年12月28日