本发明涉及一种井巷降温模拟试验装置及试验方法，属于矿井试验模拟设备技术领域。
背景技术：
随着我国煤矿开采年限的增加，浅部资源逐步减少和枯竭，我国煤矿开采平均以8～12m/a的速度向深部延伸，出现了一批千米深井，同时伴随着的热害问题已经严重影响了矿井工人的健康、矿井的生产效率和安全生产。深部高温矿井的安全高效开采，可以解决东部沿海省份煤炭资源的缺口，在一定程度上决定着我国的经济的可持续发展和国家安全战略的实施。但是深度高温矿井内的温度较高，达35℃以上，造成工作环境恶劣，因此对井巷降温已成为一急等解决的问题。目前，现有的矿井降温方法主要是通过通风、喷洒冷却水进行降温。但是由于增加通风量和喷水量会大大增加采掘成本。所以为了更好的确定通风风量、冷却水喷洒量对采掘工作面的温湿度变化的影响及采掘工作面的温度分布情况，需要一种能够模拟工作面降温情况的试验装置，对采掘工作面降温进行更有效的分析、了解，以达到节能降耗的目的。
技术实现要素：
为解决现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种能够实时模拟采掘工作面的温度分布及降温，能够更好的分析采掘巷道温度变化关系的井巷降温模拟试验装置及试验方法。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为一种井巷降温模拟试验装置，包括用于模拟采掘工作面且封闭的采掘巷道、主控系统以及冷却水生产单元，所述采掘巷道的一端设置有进风管，所述进风管与循环风机管道连接，且进风管内布置有风速传感器，所述风速传感器、循环风机与主控系统相连接，所述采掘巷道的另一端还设置有多个出风管，所述采掘巷道内设置有恒温加热单元、温湿度传感器和冷却水喷洒装置，所述温湿度传感器均匀布置在采掘巷道内，所述冷却水喷洒装置通过管道与冷却水生产单元相连接，所述恒温加热单元、温湿度传感器和冷却水喷洒装置均与主控系统相连接，所述恒温加热单元用于对采掘巷道进行恒温加热，所述温湿度传感器用于检测采掘巷道内的温度及湿度，并将温度、湿度信号传输给主控系统，主控系统控制冷却水喷洒装置对采掘巷道进行雾化喷淋降温和调节循环风机的风量。
优选的，所述采掘巷道主要由砌筑的巷道主体、保温层和散热层构成，所述巷道主体长15-20m，高和宽各1m，巷道主体内壁上由外至内依次设置有保温层和散热层，所述恒温加热单元安装在保温层和散热层之间，所述恒温加热单元包括电热丝及恒温控制器。
优选的，所述散热层为具有散热通孔或散热翅片的导热板。
优选的，所述进风管安装有采掘巷道中部靠上的位置，所述出风管沿采掘巷道端面由上至下均布置三个。
优选的，所述冷却水喷洒装置包括与冷却水生产单元连接的进水总管，所述进水总管上设置有电磁流量阀，所述电磁流量阀与主控系统相连接，所述进水总管延伸至采掘巷道内，且端部设置有沿采掘巷道长度方向设置的布水管，所述布水管上竖直安装有多个喷洒支管，所述喷洒支管的四周由上至下安装有多个雾化喷头。
一种高温矿井掘进工作面模拟降温试验方法，包括上述试验装置，通过恒温加热单元对采掘巷道进行恒温加热至设定温度，温湿度传感器实时采集采掘巷道的温度和湿度，并将温度和湿度信号传输给主控系统，待达到设定温度时，主控系统控制循环风机对采掘巷道进行通风，同时控制冷却水喷洒装置对采掘巷道进行喷洒降温；在通风和雾化喷淋过程中，温湿度传感器实时采集采掘巷道的温度和湿度变化信号传输给主控系统，同时实时调节冷却水喷洒量和通风量，最直至温湿度达到预设目标后停止，后主控系统对变化信号进行分析处理，并绘制温湿度、冷却水喷洒量和通风量关系图。
优选的，所述冷却水喷洒装置喷洒的冷却水为冰水混合物，且温度为0℃。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：本发明采用具有保温、恒温加热功能的砌筑结构模拟采掘巷道，使采掘巷道的工作环境进行场景再现，然后通过向采掘巷道内进行通风及喷洒冷却水对采掘巷道进行降温处理，主控系统对温湿度传感器采集的实时温湿度信号、冷却水喷洒量、风量及采掘巷道面积大小等数据进行分析处理，确定温湿度传感器采集的实时温湿度信号、冷却水喷洒量、风量及采掘巷道面积大小对采掘巷道降温速率及效果的影响关系，并且绘制其关系分布图，以更好的了解冷却水喷洒量、风量对采掘巷道降温速率及效果的影响，达到节能降耗的目的。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明采掘巷道的截面结构示意图。
图3为本发明的控制原理框图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一
如图1至图3所示，一种井巷降温模拟试验装置，包括用于模拟采掘工作面且封闭的采掘巷道1、主控系统2以及冷却水生产单元3，采掘巷道1的一端设置有进风管4，进风管4与循环风机5管道连接，且进风管4内布置有风速传感器6，风速传感器6、循环风机5与主控系统2相连接，采掘巷道1的另一端还设置有多个出风管7，采掘巷道1内设置有恒温加热单元8、温湿度传感器9和冷却水喷洒装置10，温湿度传感器9均匀布置在采掘巷道1内，冷却水喷洒装置10通过管道14与冷却水生产单元3相连接，恒温加热单元8、温湿度传感器9和冷却水喷洒装置10均与主控系统2相连接，恒温加热单元8用于对采掘巷道进行恒温加热，温湿度传感器9用于检测采掘巷道内的温度及湿度，并将温度、湿度信号传输给主控系统2，主控系统控2制冷却水喷洒装置10对采掘巷道进行雾化喷淋降温和调节循环风机的风量。本实施例中进风管4安装有采掘巷道中部靠上的位置，出风管7沿采掘巷道端面由上至下均布置三个，增加采掘巷道顶部的温度扩散速度，并且保证采掘巷道内温度扩散均匀。温湿度传感器均匀布置在采掘巷道内，遍布各个死角、内壁和地面，并且根据采掘巷道的长度及传感器的探测范围进行分段设置，保证温湿度传感器能够实时采集采掘巷道内各个位置的温湿度信息。
本实施例中采掘巷道1主要由砌筑的巷道主体11、保温层12和散热层13构成，巷道主体11长15-20m，高和宽各1m，巷道主体11内壁上由外至内依次设置有保温层12和散热层13，恒温加热单元8安装在保温层12和散热层13之间，恒温加热单元8包括电热丝及恒温控制器。巷道主体采用砌块砌筑而成，保温层用于对巷道主体进行保温，避免温度向外扩散，散热层能够增加温度向巷道主体内部的扩散效率，提高升温速度。恒温加热单元采用恒温加热的方式，布置在保温层和散热层之间，同时根据巷道主体的长度进行分段设置，保证整个巷道主体内的温度分布均匀。其中，散热层13可以采用具有散热通孔或散热翅片的导热板，以提高散热效率。
本实施例中冷却水喷洒装置10包括与冷却水生产单元3连接的进水总管15，进水总管15上设置有电磁流量阀16，电磁流量阀16与主控系统2相连接，进水总管15延伸至采掘巷道1内，且端部设置有沿采掘巷道长度方向设置的布水管17，布水管17上竖直安装有多个喷洒支管18，喷洒支管18的四周由上至下安装有多个雾化喷头19。布水管沿采掘巷道长度方向进行布置，喷洒支管沿采掘巷道高度方向布置，同时雾化喷头沿喷洒支管的高度由上至下均匀布置，并根据雾化喷头的辐射范围进行分段设置，这样能够保证巷道的长度方向及高度方向均匀喷洒降温，保证各个层面降温均匀。雾化喷头可以采用超声波雾化喷头，形成的细微水颗粒与采掘巷道进行热交换，提高换热效率。
实施例二
一种高温矿井掘进工作面模拟降温试验方法，包括上述模拟试验装置，具体操作如下：通过恒温加热单元8对采掘巷道进行恒温加热至设定温度，温湿度传感器9实时采集采掘巷道的温度和湿度，并将温度和湿度信号传输给主控系统2，待达到设定温度时，主控系统2控制循环风机5对采掘巷道进行通风，同时控制冷却水喷洒装置10对采掘巷道进行喷洒降温；在通风和雾化喷淋过程中，温湿度传感器9实时采集采掘巷道的温度和湿度变化信号传输给主控系统2，同时实时调节冷却水喷洒量和通风量，最后直至温湿度达到预设目标后停止，主控系统2对变化信号进行分析处理，并绘制温湿度、冷却水喷洒量和通风量关系图。利用关系图能够更好的了解采掘巷道降温的变化情况，调节冷却水喷洒量和通风量，观察采掘巷道的降温速率及采掘巷道各个角落的温度变化情况，从而达到节能降耗的目的。
本实施例中冷却水喷洒装置喷洒的冷却水为冰水混合物，且温度为0℃。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包在本发明范围内。