金属矿山深部开采掘进巷道热交换模拟系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种金属矿山深部开采掘进巷道热交换模拟系统，包括模拟巷道、巷道降温制冷模拟装置、巷道内新风风质模拟装置、巷道内湿度环境模拟装置、巷道热源模拟装置，模拟巷道自外向内分别为保温层（9）、加热层（8）、岩石层（7）；加湿器管（6）与加湿器（11）连接构成巷道内湿度环境模拟装置；巷道降温制冷模拟装置由制冷机组（1）、空冷器（4）、冷风风管（15）构成；巷道内新风风质模拟装置由风机（12）、加湿器（11′）、电加热器（14）、新风风管（16）顺序连接构成；巷道热源模拟装置由电加热膜（5）、加热控制装置（10）构成。本实用新型为研究独头巷道内空气的热-湿交换提供现场环境模拟，同时可对理论计算值进行实验室模拟验证。
【专利说明】金属矿山深部开采掘进巷道热交换模拟系统
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及一种金属矿山深部开采热交换模拟系统，可广泛用于金属矿山深部开采所面临的热害治理技术研究，为研究独头巷道内空气的热-湿交换提供现场环境模拟，同时可对理论计算值进行实验室模拟验证。
【背景技术】
[0002]随着矿井开采深度的增加，深部矿床开采的技术难点主要集中在三个方面:即深部地压(岩爆)预测与控制技术、井下热害控制技术以及强化开采技术集成。由于采掘深度的增加和其他热源的放热作用，井下高温热害已经成为制约高深矿井安全生产的突出问题。研究表明，独头巷道掘进由于其特殊的作业环境，无法在工作面形成贯穿风流，高温问题最为突出。因此，分析研究独头掘进巷道热害成因、建立深井热害预测方法，研究深部开采降温技术与装备，以便采取有效的降温措施，从而缓解井下高温热害状况，改善工人作业环境就显得极为重要，对金属矿山的安全生产和可持续发展具有及其重要的意义。
[0003]由于矿井采掘工作面通风的特殊性，工作面降温主要采用送入冷风的方法实现，冷风参数直接关系到工作面降温效果。但目前没有针对工作面热负荷大小确定所需送风参数和空冷器出风参数的方法，而是完全取决于所安装空冷器的处理能力。因此，有必要研究采掘工作面风流参数及空冷器出风参数的金属矿山深部开采掘进巷道热交换模拟系统，对理论推导的结果在应用于现场之前进行模拟验证，通过实验室研究，保证工作面降温效果、实现设计要求的温湿度参数。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的就是针对现有技术存在的上述问题而提供一种金属矿山深部开采掘进巷道热交换模拟系统，该系统可以针对理论计算的结果实现实验室的现场模拟验证，在实验室提供一个矿山现场的独头掘进巷道的真实热湿交换环境。
[0005]为实现本实用新型的上述目的，本实用新型金属矿山深部开采掘进巷道热交换模拟系统通过以下技术方案来实现:
[0006]本实用新型一种金属矿山深部开采掘进巷道热交换模拟系统，它是由模拟巷道、巷道降温制冷模拟装置、巷道内新风风质模拟装置、巷道内湿度环境模拟装置、巷道热源模拟装置及风流参数测控元器件组合构成。所述的模拟巷道为一面开口、其它面封闭，自外向内分别为保温层、加热层、岩石层，其尺寸大小是在实验室内依据试验相似理论，对现场实际独头掘进巷道进行等比例缩小。在模拟巷道的内壁紧挨岩石层处安装有加湿器管，加湿器管上设有多个喷头，加湿器管与加湿器连接构成巷道内湿度环境模拟装置，湿空气从加湿器管上的喷头中喷向模拟巷道内，对模拟巷道内空气进行湿度调节和控制。为了实现工作面热环境控制的目的，需同时向巷道内输入冷风，对空气进行制冷降温，最后送入掘进巷道内，因此设计了巷道降温制冷模拟装置，所述的巷道降温制冷模拟装置由制冷机组、空冷器、循环管路、冷风风管构成，冷风风管的进气端与空冷器相通，冷风风管的出气端插入到模拟巷道内，在制冷机组与空冷器之间的循环管路上分别设有阀门、冷冻水泵。考虑到井下送入掘进巷道内的新鲜风流的风质与实验室内空气的风质存在较大差异，设计了巷道内新风风质模拟装置，所述的巷道内新风风质模拟装置由风机、加湿器、电加热器、新风风管顺序连接构成，新风风管的出气端插入到模拟巷道内。为模拟井下实际热源，设计了巷道热源模拟装置，所述的巷道热源模拟装置由设置在加热层上的电加热膜、与电加热膜相连的加热控制装置构成。
[0007]为更好地调控新鲜风流，在风机与电加热器之间的管路上还设有风机挡板。
[0008]本实用新型采用以上技术方案后具有以下积极的效果:
[0009]⑴与理论计算形成相互补充的体系，能够较好的验证理论计算出的各项参数是否可靠，提高了理论计算的可靠度；
[0010]⑵相对于计算机模拟参数更为准确，提高的模拟模型的准确性和精确性；
[0011]⑶为制冷装备的研制在实验室的试验提供了平台，使设备的各项参数能够更好的满足现场实际需要，保证了设备在现场应用的可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为本实用新型金属矿山深部开采掘进巷道热交换模拟系统的实验室组装简图。
[0013]附图标记为:A—压力传感器；B—风流温湿度传感器；C一风流速度传感器；D—空冷器进口侧温度传感器；E—空冷器出口测温度传感器；G—流量计。
[0014]I一制冷机组；2—阀门；3—冷冻水泵；4一空冷器；5—电加热膜；6—加湿器管；7—岩石层；8—加热层；9—保温层；10—加热控制装置；11—加湿器；11'—加湿器；12—风机；13—风机挡板；14一电加热器；15—冷风风管；16—新风风管。
【具体实施方式】
[0015]为描述本实用新型，下面结合附图和实施例对本实用新型金属矿山深部开采掘进巷道热交换模拟系统做进一步详细说明。
[0016]由图1所示的本实用新型金属矿山深部开采掘进巷道热交换模拟系统的实验室组装简图看出，金属矿山深部开采掘进巷道热交换模拟系统是由模拟巷道、巷道降温制冷模拟装置、巷道内新风风质模拟装置、巷道内湿度环境模拟装置、巷道热源模拟装置及风流参数测控元器件组合构成。
[0017]模拟巷道的结构:实验室内依据试验相似理论，对现场实际独头掘进巷道进行等比例缩小，利用角钢搭建巷道骨架，在角钢内镶嵌一定厚度的大理石板材，建立起独头掘进巷道的实验室基本模型；建立的模拟巷道为一面开口、其它面封闭，自外向内分别为保温层
9、加热层8、岩石层7。
[0018]巷道热源模拟装置结构:在模拟巷道的上、下、左、右和端部等五个面覆盖温度和功率可调节的电加热装置，对大理石进行加热，模拟井下实际热源；所述的巷道热源模拟装置由设置在加热层8上的电加热膜5、与电加热膜5相连的加热控制装置10构成。
[0019]巷道内湿度环境模拟装置结构:在巷道尾部设置两个超声波加湿器11，通过PVC加湿器管6导入模拟巷道内部，对模拟巷道内空气进行湿度调节和控制；所述的加湿器管6上设有多个喷头，加湿器管6与加湿器11连接构成巷道内湿度环境模拟装置。
[0020]巷道内新风风质模拟装置结构:考虑到井下送入掘进巷道内的新鲜风流的风质与实验室内空气的风质存在较大差异，因此在风机12将新风送入模拟巷道前在风筒内安装智能型的电加热器14和超声波类加湿器11'对进入模拟巷道内的空气进行调温调湿，保证实验室试验不受实验室内环境温度和湿度的影响。所述的巷道内新风风质模拟装置由风机12、超声波类加湿器11'、智能型的电加热器14、新风风管16顺序连接构成，新风风管16的出气端插入到模拟巷道内；在风机12与电加热器14之间的管路上还设有风机挡板13。
[0021]巷道降温制冷模拟装置结构:向巷道内送入工作所需风量的同时，为了实现工作面热环境控制的目的，需同时向巷道内输入冷风，在实验室设置制冷机组I和空冷器4对空气进行制冷降温，最后送入模拟巷道内。所述的巷道降温制冷模拟装置由制冷机组1、空冷器4、循环管路、冷风风管15构成，冷风风管15的进气端与空冷器4相通，冷风风管16的出气端插入到模拟巷道内，在制冷机组I与空冷器4之间的循环管路上分别设有阀门2、冷冻水泵3。
[0022]所述的风流参数测控元器件为冷风风管15和新风风管16内分别安装的压力传感器A、风流温湿度传感器B、风流速度传感器C，同时在模拟巷道内部每隔一段距离设置风流温湿度传感器B和风流速度传感器C，将采集出的数据传送至计算机系统进行分析；在巷道降温制冷模拟装置的循环管路上还分别安装空冷器进口侧温度传感器D、流量计G，在冷风风管15上安装空冷器出口测温度传感器E。
[0023]系统远程控制调配:利用计算机远程控制系统和变频调控技术，对风机12的风量、制冷机组I的制冷量进行远程集中控制，通过调节冷风参数和巷道热源放热量，拟合制冷量与热源之间的匹配关系，寻找系统运行工况。
【权利要求】
1.一种金属矿山深部开采掘进巷道热交换模拟系统，其特征在于:它是由模拟巷道、巷道降温制冷模拟装置、巷道内新风风质模拟装置、巷道内湿度环境模拟装置、巷道热源模拟装置及风流参数测控元器件组合构成；所述的模拟巷道为一面开口、其它面封闭，自外向内分别为保温层(9)、加热层(8)、岩石层(7);在模拟巷道的内壁紧挨岩石层(7)处安装有加湿器管(6 )，加湿器管(6 )上设有多个喷头，加湿器管(6 )与加湿器(11)连接构成巷道内湿度环境模拟装置；所述的巷道降温制冷模拟装置由制冷机组(I)、空冷器(4)、循环管路、冷风风管(15)构成，冷风风管(15)的进气端与空冷器(4)相通，冷风风管(15)的出气端插入到模拟巷道内，在制冷机组(I)与空冷器(4)之间的循环管路上分别设有阀门(2)、冷冻水泵(3);所述的巷道内新风风质模拟装置由风机(12)、加湿器(11')、电加热器(14)、新风风管(16)顺序连接构成，新风风管(16)的出气端插入到模拟巷道内；所述的巷道热源模拟装置由设置在加热层(8)上的电加热膜(5)、与电加热膜(5)相连的加热控制装置(10)构成。
2.如权利要求1所述的金属矿山深部开采掘进巷道热交换模拟系统，其特征在于:在风机(12)与电加热器(14) 之 间的管路上还设有风机挡板(13)。
【文档编号】E21F3/00GK203584452SQ201320615727
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年10月8日 优先权日:2013年10月8日
【发明者】贾安民, 吴冷峻, 周伟, 居伟伟, 贾敏涛, 陈宜华, 黄寿元, 王爽 申请人:中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司