[发明专利]研究综掘面巷道中粉尘运移规律的可视化试验方法

摘要

本发明公开了一种研究综掘面巷道中粉尘运移规律的可视化试验装置及方法，该试验装置包括模型巷道、发尘系统、通风除尘系统、热湿气体供给系统和流场监测系统；模型巷道包括透明的巷道主体，发尘系统包括变频发尘器，通风除尘系统包括送风管、抽风管、变频吸尘器、变频鼓风机，热湿气体供给系统包括恒温水浴和备用风机，流场监测系统包括接触式测量装置和非接触测量装置。该试验方法采用上述试验装置模拟、观测并分析粉尘在巷道中复杂环境下的运移过程。本发明可实现冷态巷道中无通风作用情况下粉尘运移过程，又能模拟热湿条件下巷道中粉尘扩散、运移及沉积现象，还能模拟多通风条件下风场对巷道中粉尘分布的影响情况。

主权项

一种研究综掘面巷道中粉尘运移规律的可视化试验方法，该试验方法基于可视化试验装置进行，该试验装置包括模型巷道、发尘系统、通风除尘系统、热湿气体供给系统和流场监测系统；所述模型巷道包括透明的巷道主体(2)，巷道主体(2)前端设有进料口，巷道主体(2)尾端设有风管安装孔；所述发尘系统包括变频发尘器(1)，变频发尘器(1)通过供料管连接进料口；所述通风除尘系统包括送风管(3)、抽风管(4)、变频吸尘器(6)和变频鼓风机(7)，送风管(3)和抽风管(4)设置在巷道主体(2)内部，送风管(3)和抽风管(4)尾端均由风管安装孔延伸至巷道主体(2)外部，变频吸尘器(6)通过控制阀(10)与抽风管(4)尾端相连，变频鼓风机(7)通过控制阀(10)与送风管(3)尾端相连；所述热湿气体供给系统包括恒温水浴(8)和备用风机(9)，恒温水浴(8)的水槽液面上方设有出风口和补风口，出风口与变频鼓风机(7)相连，补风口与备用风机(9)相连；所述流场监测系统包括接触式测量装置和非接触测量装置，接触式测量装置包括流量计(11)、温湿度计(12)和流速计(13)，非接触测量装置包括高速摄像机(15)、电脑(16)和照明光源(14)，流量计(11)设置在送风管(3)和抽风管(4)尾端，温湿度计(12)设置在巷道主体(2)前端和送风管(3)尾端，流速计(13)设置在送风管(3)和抽风管(4)前端，高速摄像机(15)和光源(14)设置在巷道主体(2)外侧，电脑(16)通过数据线分别与流量计(11)、温湿度计(12)、流速计(13)和高速摄像机(15)相连；其特征在于，该试验方法包括以下步骤：a)、启动热湿气体供给系统：向恒温水浴(8)注入温水至指定刻度线，打开水恒温水浴(8)电源，将其仪表设定到所需要的温度加热，当温度到达所需温度后维持数分钟，使恒温水浴(8)进入自动恒温控制，然后开启备用风机(9)，向模型巷道通入热湿气体，当研究冷态巷道粉尘运移规律时，跳过本步骤，直接进入下一步骤；b)、启动通风除尘系统：打开变频鼓风机(7)和变频吸尘器(6)电源，待变频鼓风机(7)和变频吸尘器(6)运行稳定后，分别记录送风管(3)和抽风管(4)上的流量计(11)数据，计算抽压比，从而提供具有一定抽压比的风场；c)、启动发尘系统：筛分粉尘，将一定量的粉尘注入变频发尘器(1)，启动变频发尘器(1)，粉尘通过供料管、进料口进入通风条件下的模型巷道，模拟综掘面发尘；d)、启动流场监测系统：进行接触式测量和非接触式测量，其中，接触式测量：通过温湿度计(12)获取热湿气体的温度和湿度数据，通过流量计(11)和流速计(13)得到的流量及流速数据，计算并记录抽压风场情况；非接触式测量：一方面，通过高速摄像机(15)获得型巷道内的粉尘分布的瞬态图像，从中提取直观的粉尘分布规律，另一方面，采用粒子图像测速法测量指定断面的粉尘粒子速度场；e)、结合流场监测系统获得的温度和湿度数据、抽压风场情况、粉尘分布规律和指定断面的粉尘粒子速度场，分析通风条件下的综掘面巷道中粉尘运移规律。