模拟矿井内多种生产场景通风的实验装置的制作方法

本实用新型属于矿井通风技术领域，特别涉及一种模拟矿井内多种生产场景的通风的实验装置。

背景技术：

通风对矿井安全生产、人员身体健康等起到重要作用，实验室实验是一种研究矿井风流的重要方法。井下通风方式较多，按照生产场景可分为掘进工作面通风(压入式通风、抽出式通风、抽压相结合的通风)、采煤(矿)工作面通风(正常通风、采空区漏风、灾变时期通风)、巷道通风等。研究矿井通风需要建立多套与不同生产场景相应的实验装置，然而同时建立多套实验装置需要耗费大量的财力、占用大量的空间，因此有必要设计一种一托N的一套模拟矿井内多种生产场景的风流实验装置。通过一套简单的实验模拟装置，满足矿井内各种生产场景的通风环境需求，力求做到装置器材的多场景循环利用。

技术实现要素：

本装置旨在提供一种模拟矿井内多种生产场景的通风的实验装置。该装置不仅能蒹做掘进工作面通风、巷道通风、采煤(矿)工作面三种通风的模拟，还能够降低此类研究设施的成本。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种模拟矿井内多种生产场景通风的实验装置，包括轴流风机、柔性管、测量管、流量计、过渡管、由多段分管组成的主管、端管、通风管，其中，轴流风机通过柔性管与测量管相连，测量管中安装流量计，测量管连接过渡管；主管右端安装端管；所述端管分为直端管、扩口端管、转角端管三种类型；所述过渡管分为用于连通测量管和通风管的管型和用于连通测量管与主管的管型两种类型；根据要模拟的生产场景的通风情况在过渡管中选择一种使用，在直端管、扩口端管和转角端管选择一种使用。

本实用新型只需要更换部分部件，就能达到模拟矿井内多种生产场景的通风的实验目的，投入少，本装置的体积可以控制在较小范围内，节约空间。过渡管实现了测量管与不同管径、不同管形之间的相互转换。

优选的，直端管端面上均匀设有小孔，侧壁面上设有测量孔；扩口端管为开放式广口，管侧壁上设有测量孔；转角端管端面及侧壁面上均匀设有小孔；所述测量孔上装有密封塞。

优选的，所述小孔孔径为5mm。

优选的，主管是方形管道或者圆形管道。

优选的，所述过渡管分为三种：管型一、管型二、管型三三种管型，管型一左大右小，大口用于对接测量管，小口用于对接通风管；管型二左小右大，小口为圆形，用于接测量管；大口为方形，用于对接方形的主管；管型三左小右大，小口用于对接测量管，大口用于对接主管。

优选的，测量管与过渡管、过渡管与通风管或主管、主管与端管以及组成主管的各分管之间均为法兰连接结构。

优选的，所述主管通过增减组装的分管数量调整长度。

附图说明

图1为本实用新型基本结构图；

图2a为过渡管管型一；

图2b为过渡管管型二(方口)；

图2c为过渡管管型二(圆口)；

图3a为直端管；

图3b为扩口端管；

图3c为转角端管；

图4为实例一实验结构图一；

图5为实例一实验结构图二；

图6为实例二层流结构图；

图7为实例二紊流结构图；

图8为实例三实验结构图；

图9为实例四实验结构图。

图中，轴流式风机1、柔性管2、测量管3、流量计4、过渡管5、通风管6、主管7、端管8、直端管81、扩口端管82、转角端管83、隔筛9、测量孔10、小孔11。

具体实施方式

一种模拟矿井内多种生产场景的通风的实验装置，如图1所示，包括轴流式风机1、柔性管2、测量管3、流量计4、过渡管5、由多段分管组成的主管7、端管8、通风管6。轴流式风机1提供抽出式通风和压入式通风两种工作模式。轴流式风机1通过柔性管2与测量管3相连，测量管3中间设置有流量计4，流量计4用于实时监测该位置点处风流速度与风量大小。测量管3通过与过渡管5连接下一顺次部件，相配套的主管7与端管8连接。整体构建完整的实验模拟装置。

本实用新型提供了两种过渡管，一种是如图2(a)所示的用于连通测量管3和通风管6的类型；另一种如图2(b)、2(c)所示是用于连通测量管3与主管7的类型。这种两种管型在进行不同场景模拟时使用。

具体为，如图2a、2b、2c所示，管型一左大右小，大口用于对接测量管，小口用于对接通风管；管型二左小右大，小口为圆形，用于接测量管；大口为方形，用于对接方形的主管；管型三左小右大，小口用于对接测量管，大口用于对接主管。

实验时，主管7优选方形管道，当然也可以是圆形管道。用于将测量管3与主管7连通的过渡管5一侧是与测量管3相适配的结构，另一侧是与主管7形状相适配的结构，管型二、管型三都属于第二类过渡管。管型二的主管连接侧为方形对接口，如图2(b)所示；管型三的主管连接侧为圆形对接口，如图2(c)。

本实用新型还提供了多种端管结构：如图3a、3b、3c所示，端管8分为直端管、扩口端管、转角端管三种类型。其中，如图3a，直端管端面上均匀设有小孔11，侧壁面上设有测量孔10，测量孔10上装密封塞，密封塞根据实验需要可拆卸。如图3b，扩口端管为一开放式广口，扩口端管管侧壁上设测量孔10，测量孔10上的密封塞根据需要拆/装。如图3c转角端管端面及侧壁面上均匀设有小孔11。所述小孔直径很小，孔径约5mm，在实验中起到模拟漏风的作用，同时亦可通过器物密封遮挡来阻隔漏风，例如用整块木板或者玻璃板挡住设置有小孔的壁面。

测量管3与过渡管5，过渡管5与通风管6或主管7，主管7与端管8以及组成主管的各分管之间为法兰连接结构。

接下来结合附图，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整的描述，本实用新型提供了对不同生产场景的实验装置模拟的结构图，下面结合这些附图对本方案进行详细介绍：

实施例1

采用本实用新型模拟掘进工作面风流的实验，掘进工作面通风通常采用局部通风，通风方式分为压入式通风、抽出式通风、抽压相结合的通风三种，因此模拟掘进工作面通风也需要变换三种模型形态。

当模拟掘进工作面通风采用压入式或抽出式通风时，如图4所示，轴流式风机1通过柔性管2与测量管3连接，使用的过渡管5为管型一，通过管型一将测量管3与通风管6连接，通风管6设置在主管7中，主管7右端安装端管8，端管8选择使用直端管81，通风管6出风口位置设置在直端管81范围内。

其中轴流式风机1设置为压入式或抽出式通风模式，装置要模拟井下巷道，通风管6起到模拟井下通风风筒的作用，其连接的直端管81模拟井下掘进工作面场景。通风管将轴流式风机1提供的风流通入掘进工作面即端管，其中抽出式通风较压入式通风应更加靠近掘进工作面。端管8的侧壁面上每隔一定距离设置有测量孔10，这些测量孔10用橡胶塞密封。在进行模拟实验数据采集时，拆卸下其中一个橡胶塞，利用皮托管和倾斜式压差计伸入测量孔10，读取风速、风量、风压的值。如此对不同位置的测量孔完成测量。模拟掘进工作面风流的多种场景，可以通过增加分管数量调整主管长度，以实现模拟井下随着掘进工作面推进的过程中风流的模拟情况，相应的通风管也应随主管延伸。

当模拟掘进工作面通风采用抽压相结合的通风时，如图5所示，配备两套轴流式风机，一台设置为压入式通风，一台设置为抽出式通风。与独立的压入式通风或抽出式通风有所不同，在模拟掘进工作面巷道的主管7与直端管81装置中，与轴流式风机1配套设置有两套通风管装置，一个通风管压入式通风，另一个通风管抽出式通风，模拟实验时，可根据具体内容采用长压短抽或长抽短压的通风方式连接、安装装置。在进行模拟实验数据采集时，与单一式掘进工作面通风采集方法一样。

实施例2

采用本实用新型模拟巷道风流的实验，轴流式风机通过柔性管与测量管连接，使用第二类过渡管，通过管型二或管型三将测量管与主管连接，主管右端安装端管。

巷道风流包括层流和紊流两种流态，因此模拟巷道风流也需要两种实验模型。

如图6所示，当模拟巷道风流充分发展流动时，轴流式风机1压入式通风，主管7与过渡管5的连接端面内侧安装隔筛9，使得通入管道的风流迅速达到充分发展的层流状态。扩口端管82起到了防止风流回流的作用。此情形下使用的端管为扩口端管82，扩口端管82上设置的测量孔10为方便采集实验数据，当采集数据时密封塞拆下，探入皮托管，监测巷道风压和风速，完成模拟巷道风流层流状态的实验。

如图7所示，当模拟巷道风流从非充分发展流动向充分发展流动过渡的风流变化时，轴流式风机1设置为抽出式通风，主管7端部安装转角端管83，转角端管83端部再安装扩口。扩口有效聚集风流，确保充足的风流供入转角端管及主管。转角端管83中90°弯角使风流在管道一段距离内失去对称分布形成非充分发展流动，在合适的位置设置隔筛9，就可以实现模拟巷道风流从非充分发展流动向充分发展流动过渡的情形。

根据具体的实验需求，主管7可以用圆形管道或者方形管道，形成了不同管型的对比研究。在选定主管形状后，与其有连接关系的过渡管和端管均为同时选用配套的形状。

实施例3

如图8所示，采用本实用新型模拟采煤(矿)工作面通风中采空区漏风的实验：轴流式风机1通过柔性管2与测量管3连接，使用方形主管，过渡管为管型二，主管右端安装转角端管。

端管上设置的小孔模拟采空区，轴流式风机提供风流，流量计对测量管中的风流速度、流量进行监控。通过采用增加主管中分管数量或者是移除部分分管改变采空区即转角端管83的位置，进而通过皮托管对模型断面位置进行风压、风速监测，与流量计进行对比，完成模拟采空区漏风的实验，进而探究采空区漏风的危害以及相关影响因素。

实施例4

采用本实用新型模拟采煤(矿)工作面通风中正常通风和灾变时期反风的实验：如图9所示，轴流式风机1通过柔性管2与测量管3连接，使用的过渡管为管型二或者管型三，通过过渡管5将测量管3与主管7连接，主管右端安装直端管81。

根据具体的实验需求，主管7可以分别选择圆形管道或方形管道进行实验模拟。模拟采煤(矿)工作面通风中正常通风和灾变时期反风时，它的最根本要求在于需要提供正向风流或者反向风流，通过转换轴流式风机的工作模式，来达到两种风流的基本要求。除此之外，通过改变风流大小，模拟正常通风和灾变时期反风的相关具体情况。然后，按照上文描述方法，采集实验数据，完成实验。

显然，以上列举的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型的保护范围。

本实用新型通过选择不同的端管，达到模拟矿井内多种生产场景的通风的实验装置的目的，投入少，装置的体积可以控制在较小范围内，节约空间。过渡管实现了不同管径、不同管形之间的相互转换。

本实用新型各种管件均由有机玻璃制成，具有比重小，强度较大，耐腐蚀，耐湿，耐晒，绝缘性能好，价格较低，易于机械加工等优点。