矿井干喷作业区粉尘运移及防治的仿真实验装置与方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及矿井干喷的仿真实验装置及方法，尤其涉及一种矿井干喷作业区粉尘运移及防治的仿真实验装置与方法。
【背景技术】
[0002]目前，锚喷混凝土技术是巷道支护的主要方式之一，然而，锚喷混凝土技术尤其是干喷作业在实施过程中当混合料从喷枪喷射出时，在高压风的作用下混凝土会产生离析现象，同时再加上受喷面反弹作用的影响，致使粉尘微粒分离扩散，在喷嘴与受喷面之间急剧产生大量的粉尘，导致工作面现场粉尘浓度仍然较高，而此过程是在整个喷射混凝土作业过程中的主要产尘源之一。加之干喷混凝土作业上料、搅拌等工序产生大量的高浓度粉尘，在不采用任何防尘措施的情况下，矿井巷道干喷作业区粉尘浓度可达1000mg/m3以上，而且呼吸性粉尘所占比例接近40%，给工人的身体健康造成了极大的威胁和危害。即使采取除尘措施，绝大多数工作面的情况依然相当恶劣，粉尘浓度已严重超过国家标准规定。
[0003]为了降低巷道干喷作业区的现场粉尘浓度，目前国内外已有多种降尘控尘措施和高效的除尘设备，但对于巷道干喷作业区的粉尘的防治技术还不够完善，并没有有效的粉尘防治措施，这很大一部分原因是对巷道干喷作业区现场风-尘运移规律的研究不够深入。长期以来，不同情况下的风-尘-雾运移、耦合、沉降规律有所不同，有的甚至极为复杂，针对某一矿井巷道干喷作业区内风流状态下的气载粉尘运移情况则主要根据人们的实践经验凭主观选择。
[0004]对矿井巷道干喷作业区气载粉尘运移规律及粉尘防治技术进行研究，不仅能大幅度降低矿井巷道干喷作业区空气中的粉尘浓度，而且对井下其它产尘作业点的抑尘工作具有积极的借鉴作用。要研究不同风流状态下和喷雾场下的气载粉尘运移规律及粉尘防治技术，以此确定巷道内通风除尘、喷雾降尘系统的最佳参数，必须有一种能真实模拟巷道干喷作业区风流状态、粉尘状态、气载粉尘运移状态以及喷雾状态的仿真模拟装置来揭示不同情况下风-尘-雾的运移、耦合、降尘规律。通过研究，可以明确干喷作业区风-尘运移规律以及负压二次降尘装置和自动化附壁风筒在干喷作业区的控除尘效果，为优化布置负压二次降尘装置和自动化附壁风筒提供科学依据。最终实现降低巷道干喷作业区粉尘浓度，改善作业环境，从而降低作业人员尘肺病的发病率，促进煤炭生产职业健康水平提高。因此，研究巷道干喷作业区粉尘运移规律及其防治方法具有非常重要的现实意义。
【发明内容】
[0005]鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种矿井干喷作业区粉尘运移及防治的仿真实验装置与方法。
[0006]为解决上述技术问题，本发明方案包括:
[0007]—种用于矿井巷道干喷作业区粉尘运移及防治的仿真实验装置，其包括由钢化玻璃制成的仿真模拟干喷巷道，其中，仿真模拟干喷巷道内布置有用于导入风的压入式风筒以及用于抽出风的抽出式风筒，仿真模拟干喷巷道内设置有模拟矿用轨道，模拟矿用轨道上设置有仿真上料机器、仿真搅拌机与仿真喷射机，仿真上料机上设置有上料产尘机构，仿真搅拌机上设置有搅拌产尘机构，仿真喷射机上设置有喷射口，喷射口上设置有喷射口产尘机构，喷射口面向布置在仿真模拟干喷巷道内的喷射反弹产尘机构，仿真喷射机上设置有喷雾负压二次降尘装置。
[0008]所述的仿真实验装置，其中，上述仿真模拟干喷巷道内均匀布置有多根用于模拟巷道内上山、下山的金属摩擦柱，金属摩擦柱上端与仿真模拟干喷巷道内壁的夹角为90°至 135° 。
[0009]所述的仿真实验装置，其中，上述金属摩擦柱包括第一竖直部，第一竖直部上设置有横向延伸的延伸部，延伸部的上端设置有第一椭圆部，第一椭圆部上设置有第二竖直部，第二竖直部上设置有第二椭圆部，第二椭圆部上设置有支撑端。
[0010]所述的仿真实验装置，其中，上述仿真模拟干喷巷道在与压入式风筒、抽出式风筒对应处均设置有单轨吊，仿真模拟干喷巷道上均匀布置有多个单轨吊横向移动机构，使压入式风筒、抽出式风筒能沿对应单轨吊移动。
[0011]所述的仿真实验装置，其中，上述压入式风筒通过第一柔性风筒转换器与一压入式风机相连通，压入式风机配置有第一无极变频器；压入式风筒上设置有自动化附壁风筒。
[0012]所述的仿真实验装置，其中，上述自动化附壁风筒与压入式风筒相连通，自动化附壁风筒内均匀布置有多个阻隔板，阻隔板之间形成多个出风条隙，自动化附壁风筒的一端设置有通风蝶阀；自动化附壁风筒的两端均设置有风筒内部风速传感器、风筒内部风流压力传感器。
[0013]所述的仿真实验装置，其中，上述抽出式风筒通过第二柔性风筒转换器与一抽出式湿式除尘风机相连通，抽出式湿式除尘风机配置有第二无极变频器。
[0014]所述的仿真实验装置，其中，上述仿真喷射机通过喷雾管道与一高压栗相连通，高压栗与储水箱相连通。
[0015]所述的仿真实验装置，其中，上述仿真模拟干喷巷道内均匀布置有多个巷道内风速传感器、巷道内粉尘浓度传感器。
[0016]—种使用所述仿真实验装置的方法，其包括以下步骤:
[0017]A、调节第一无极变频器和/或第二无极变频器实现不同风速大小，产生稳定风流，同时调节自动化附壁风筒形成一定程度的多径向旋流风，从压入式风筒压出的风流进入仿真模拟干喷巷道，风流碰到仿真模拟干喷巷道前端的迎头后，风向向下风侧运移，若只测量风流分布规律，则不开启喷雾负压二次降尘装置、上料产尘机构、搅拌产尘机构、喷射口产尘机构与喷射反弹产尘机构，通过巷道内风速传感器收集风流数据，得到仿真模拟干喷巷道内干喷作业区风流分布规律；
[0018]B、若要研究风-尘运移规律，则紧接上述步骤A，开启上料产尘机构、搅拌产尘机构、喷射口产尘机构与喷射反弹产尘机构中的一个或几个，模拟产生一定浓度的粉尘，通过巷道内风速传感器和巷道内粉尘浓度传感器收集相关数据，得到仿真模拟干喷巷道内干喷作业区单一尘源或者多尘源的风-尘运移规律；
[0019]C、若要研究风-尘-雾三相介质运移、耦合、沉降规律，则紧接着上述步骤B，开启上料产尘机构、搅拌产尘机构、喷射口产尘机构与喷射反弹产尘机构中的某一个或某几个，待采集完相关风速大小、粉尘浓度数据后，开启喷雾负压二次降尘装置，喷雾负压二次降尘装置中产生负压场和喷雾场，对气载粉尘进行捕捉，风流、粉尘与雾滴在模拟巷道内发生三相介质运移、耦合、沉降，通过巷道内风速传感器、巷道内粉尘浓度传感器收集相关数据，得到单一尘源或者多尘源的风-尘-雾运移、耦合、沉降规律，得出不同粒径范围粉尘的沉降所需的最佳喷雾参数；
[0020]D、若要研究自动化附壁风筒不同出风量下的控除尘效果，则紧接着上述步骤C，定量改变通风蝶阀的转动角度，从而实现对自动化附壁风筒出风量的控制，实现不同效果的封闭风幕，通过巷道内风速传感器、巷道内粉尘浓度传感器收集相关数据，得到单一尘源或者多尘源的风-尘-雾在风壁风筒封闭风幕效应下的控除尘效果和运移、耦合、沉降规律。
[0021]本发明提供的一种矿井干喷作业区粉尘运移及防治的仿真实验装置与方法，能够模拟矿井巷道干喷作业区不同通风方式、各风筒不同位置、不通风流状态下的风流分布，能够模拟不同通风条件下、不同尘源位置下的单一尘源和多尘源气载粉尘运移分布规律，能够模拟不同条件下自动化附壁风筒所成封闭气幕的控尘效果，能够模拟不同通风条件下的风-尘-雾耦合、运移、沉降规律，能够测试不同类型喷嘴的降尘效果，为研发高效喷嘴提供技术支持；也可测试喷雾水压对喷雾降尘效果的影响，为不同喷嘴选择合适喷水压力提供技术支持；通过控制喷雾场下的风流状态和风速大小，研究风流对喷雾效果的影响。
【附图说明】
[0022]图1为本发明中仿真实验装置的结构示意图；
[0023]图2为本发明中金属摩擦柱与仿真模拟干喷巷道的结构示意图；
[0024]图3为本发明中金属摩擦柱的结构示意图；
[0025]图4为本发明中自动化附壁风筒的结构示意图。
【具体实施方式】
[0026]本发明提供了一种矿井干喷作业区粉尘运移及防治的仿真实验装置与方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。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。
[0027]本发明提供了一