一种多功能矿井巷道内壁降温效果测试装置及其操作方法与流程

本发明涉及矿井降温模拟测试技术领域，尤其涉及一种多功能矿井巷道内壁降温效果测试装置及其操作方法。

背景技术：

随着煤矿开采深度的增加,围岩温度的不断升高，矿井巷道以及开采面的温度也随之不断上涨,热害问题日益严重。当气温超过28c后,矿工劳动生产率会迅速下降,身体健康也会受到伤害,同时,严重的威胁井下安全生产(矿井通风是解决矿井高温的好方法。风流不仅降低了矿井通道和采掘面的温度,而且带进了充足的包气、稀释并降低了矿井中有害气体的浓度,保证了矿下工人作业顺利实施。但随着矿井深度的增加,单单依靠增加矿井通风量已远远不能满足矿井降温的需要。

因此，部分科研人员建议采用隔热和取热一体化的方式来进行矿井降温，然而该技术尚不成熟，在施工时缺乏一定的指导。模型试验可以较好的反应矿浆降温效果，但其缺乏对应的试验模型，或者试验模型的功能单一，为此，提出一种多功能矿井巷道内壁降温效果测试装置及其操作方法。

技术实现要素：

发明目的：本发明的第一目的是提供一种能够在实验室内模拟不同条件下矿井巷道降温效果的测试装置。

本发明的第二目的是提供一种该测试装置的操作方法。

技术方案：一种多功能矿井巷道内壁降温效果测试装置，包括主体框架、风控单元、水控单元、热控单元、测温单元、固定单元和控制单元7，其中，所述主体框架的内侧、外侧各自设置有第一导温隔热层、第二导温隔热层，所述风控单元设置在所述主体框架的内腔中，且位于所述第一导温隔热层远离所述主体框架的一侧，所述第一导温隔热层与所述主体框架之间还设置有所述水控单元，所述第二导温隔热层与所述主体框架之间还设置有所述热控单元，所述测温单元设置在所述主体框架的内腔中，所述固定单元成对设置在所述第一导温隔热层与第二导温隔热层相远离的侧壁上，而所述控制单元分别与所述风控单元、水控单元、热控单元和测温单元电性连接。

进一步的，所述第一导温隔热层包括第一导热层和第一隔热层，所述第一导热层的一侧贴附在所述主体框架的外侧壁上，另一侧与所述第一隔热层相连；所述第二导温隔热层包括第二导热层和第二隔热层，所述第二导热层的一侧贴附在所述主体框架的内侧壁上，另一侧与所述第二隔热层设相连。

进一步的，所述第一导温隔热层由若干段拼接式构成，每段具有不同的导热和隔热系数。

进一步的，所述风控单元包括进风管、出风管、风机和空气调温器，所述进风管、出风管各自安装在所述主体框架的进风端、出风端，所述风机安装在所述进风管和出风管的管内，且所述空气调温器设置于所述进风管管口侧。

进一步的，所述水控单元包括蛇形水管、恒温水箱和循环水泵，所述蛇形水管呈环形分布在所述第二导热层内，而所述蛇形水管的进水端与出水端均与所述恒温水箱相连，且所述循环水泵安装在所述蛇形水管的进水端。

进一步的，所述热控单元包括若干组加热线圈，所述加热线圈均匀缠绕在所述主体框架的外侧，位于所述第一导热层与主体框架之间。

进一步的，所述测温单元包括测温网、温度传感器和水温传感器，所述测温网设置有若干组，且垂直于所述主体框架的径向分布，所述温度传感器设置有若干组，等间距贴附在所述第二隔热层远离所述第二导热层的侧壁上，而所述水温传感器分别设置在所述蛇形水管的进水端与出水端。

进一步的，所述固定单元包括若干组磁块，均匀分布在所述主体框架的内外侧，所述磁块成对使用，分别位于所述第一隔热层和第二隔热层远离所述主体框架的一侧侧壁上。

更进一步的，本发明采用上述测试装置的操作方法，包括以下步骤：

s1：试验设计：依据试验要求，确定所述主体框架的形状；

s2：热控单元安装：在所述主体框架的外侧均匀缠绕所述加热线圈，并在所述加热线圈的外侧铺设所述第一导热层和第一隔热层；

s3：降温层安装：将所述蛇形水管布设在所述主体框架的内壁中，并通过铁丝或螺钉可拆卸式固定；

s4：内部拼接层安装：安装试验的要求，依次拼接位于所述主体框架内侧的所述第一导热层和第一隔热层，而后，通过所述磁块将所述主体框架的内侧和外侧进行磁吸式固定；

s5：水控单元安装：在所述蛇形水管通过所述循环水泵、水温传感器与所述恒温水箱相连；

s6：风控单元安装：在所述主体框架的进风口、出风口处各自安装所述进风管、出风管，并所述风机和空气调温器安装在所述进风管的管内；

s7：测温单元安装：在所述主体框架的内腔中垂直于轴向设置若干组所述测温网，并在其内腔侧壁上等间距贴附若干组所述温度传感器，并将所述水温传感器安装在所述蛇形水管的进水端与出水端；

s8：控制单元连接：将风控单元、水控单元、热控单元、测温单元分别与所述控制单元电性连接。

进一步的，还包括以下操作步骤：

s9：测试实验：按照测试要求，调节不同的参数，测试装置在各参数下能够达到的降温效果。

本发明的有益效果：

本发明结构简单，通过热控单元模拟地下矿井的环境，再通过隔热层、水控单元、风控单元的组合，测试不同情况下矿井的降温效果，从而将测试结论应用于实际，能够大大提高实际矿井的降温效果，从而改善矿业生产的环境，间接提高矿业生产的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明多功能矿井巷道内壁降温效果测试装置的整体平面结构示意图。

图2为本发明多功能矿井巷道内壁降温效果测试装置的径向平面结构示意图。

图3为本发明多功能矿井巷道内壁降温效果测试装置的局部a放大结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

实施例1

参照图1～3，为本发明第一个实施例，一种多功能矿井巷道内壁降温效果测试装置，包括主体框架1、风控单元2、水控单元3、热控单元4、测温单元5、固定单元6和控制单元7，其中，主体框架1的内侧、外侧各自设置有第一导温隔热层11、第二导温隔热层12，风控单元2设置在主体框架1的内腔中，且位于第一导温隔热层11远离主体框架1的一侧，第一导温隔热层11与主体框架1之间还设置有水控单元3，第二导温隔热层12与主体框架1之间还设置有热控单元4，测温单元5设置在主体框架1的内腔中，固定单元6成对设置在第一导温隔热层11与第二导温隔热层12相远离的侧壁上，而控制单元7分别与风控单元2、水控单元3、热控单元4和测温单元5电性连接。

具体的，第一导温隔热层11包括第一导热层11a和第一隔热层11b，第一导热层11a的一侧贴附在主体框架1的外侧壁上，另一侧与第一隔热层11b相连；第二导温隔热层12包括第二导热层12a和第二隔热层12b，第二导热层12a的一侧贴附在主体框架1的内侧壁上，另一侧与第二隔热层12b设相连；第一导温隔热层11由若干段拼接式构成，每段具有不同的导热和隔热系数；风控单元2包括进风管21、出风管22、风机23和空气调温器24，进风管21、出风管22各自安装在主体框架1的进风端、出风端，风机23安装在进风管21和出风管22的管内，且空气调温器24设置于进风管21管口侧；水控单元3包括蛇形水管31、恒温水箱32和循环水泵33，蛇形水管31呈环形分布在第二导热层12a内，而蛇形水管31的进水端与出水端均与恒温水箱32相连，且循环水泵33安装在蛇形水管31的进水端。

热控单元4包括若干组加热线圈41，加热线圈41均匀缠绕在主体框架1的外侧，位于第一导热层11a与主体框架1之间；测温单元5包括测温网51、温度传感器52和水温传感器53，测温网51设置有若干组，且垂直于主体框架1的径向分布，温度传感器52设置有若干组，等间距贴附在第二隔热层12b远离第二导热层12a的侧壁上，而水温传感器53分别设置在蛇形水管31的进水端与出水端。固定单元6包括若干组磁块61，均匀分布在主体框架1的内外侧，磁块61成对使用，分别位于第一隔热层11b和第二隔热层12b远离主体框架1的一侧侧壁上。

本实施例中，主体框架1的与实际矿井巷道的相似，用于模拟实际的矿井巷道，主体框架1由透明的硬纸板构成，例如聚氯乙烯(pvc)板，主体框架1的内腔中部，两端分别为进风口和出风口；在主体框架1的外侧壁上被热控单元4中的加热线圈41均匀包裹，加热线圈41通过外部的温控器件与控制单元7电性连接，加热线圈41用于加热主体框架1，模拟实现矿井四周的地热效果，而温控器件与加热线圈41相连，用于调整加热线圈41的工作状态；第二导热层12a位于加热线圈41的外侧，且贴附在主体框架1的外侧壁上，用于分散加热线圈41的热量，并将热量均匀分布在主体框架1的外侧，而第二隔热层12b位于第二导热层12a的外侧，用于隔绝加热线圈41产生的热量外泄，减少热能的散失，避免影响实验环境的温度，起到保温的作用。

进一步的，在主体框架1的内侧，将蛇形水管31呈环形布设在主体框架1的内壁上，蛇形水管31用于吸收加热线圈41产生的热量，以模拟在矿井巷道中，通过铺设的水管吸收岩壁中的热量，对巷道的降温效果，位于主体框架1内侧的第一导热层11a及蛇形水管31的蛇形及环形，目的均在于增大其与第一导热层11a的接触，从而提高换热效果，蛇形水管31内的水通过循环水泵33驱动循环，从而将加热线圈41产生的热量带出主体框架1的内腔，蛇形水管31的端部与恒温水箱32相连，恒温水箱32用于调节进入箱内水的温度，循环水泵33用于提供水流的驱动力，第一隔热层11b位于第一导热层11a的内侧，用于隔绝加热线圈41产生的热量散到主体框架1的内腔中。

更近一步的，风控单元2与主体框架1的内腔连成一体，测试风量对主体框架1内腔的降温效果，空气调温器24用于调节输入的空气温度，与传统空调能够实现的功能相同，进风管21中的风机23用于向主体框架1内送风，空气调温器24作为测试变量，对输送的空气进行加热或制冷，还可以在进风管21与出风管22的端口处设置温度传感器，以监测输入风与输出风的温度值，记入实验测试数据。

位于主体框架1内的测温网51垂直于主体框架1的轴向分布，且不等间距分布，用于监测主体框架1内某一截面的实时温度值，温度传感器52用于监测贴附的第一隔热层11b表面的实时温度，而水温传感器53用于监测蛇形水管31从出水端出水的温度与进水端进水温度的变化，以得到水循环带走的热量值。本装置中的第一导热层11a与第一隔热层11b采用不同导热系数，且拼接式的目的在于，方便在同一个装置中，测试不同导热系数的导热与隔热材料的效果，增加测试的变量因素。

需要说明的是，本装置中磁块61为成对设置，通过非接触式连接固定拼接的第一导温隔热层11，且在磁块61非相互吸引的侧壁上，均包裹有隔热材料，以减少对实验模拟的影响。

实施例2

区别于实施例1，为该测试装置的操作方法，包括以下步骤：

s1：试验设计：依据试验要求，确定主体框架1的形状；

s2：热控单元安装：在主体框架1的外侧均匀缠绕加热线圈41，并在加热线圈41的外侧铺设第一导热层11a和第一隔热层11b；

s3：降温层安装：将蛇形水管31布设在主体框架1的内壁中，并通过铁丝或螺钉可拆卸式固定；

s4：内部拼接层安装：安装试验的要求，依次拼接位于主体框架1内侧的第一导热层11a和第一隔热层11b，而后，通过磁块61将主体框架1的内侧和外侧进行磁吸式固定；

s5：水控单元安装：在蛇形水管31通过循环水泵33、水温传感器53与恒温水箱32相连；

s6：风控单元安装：在主体框架1的进风口、出风口处各自安装进风管21、出风管22，并风机23和空气调温器24安装在进风管21的管内；

s7：测温单元安装：在主体框架1的内腔中垂直于轴向设置若干组测温网51，并在其内腔侧壁上等间距贴附若干组温度传感器52，并将水温传感器53安装在蛇形水管31的进水端与出水端；

s8：控制单元连接：将风控单元2、水控单元3、热控单元4、测温单元5分别与控制单元7电性连接。

进一步的，还包括以下操作步骤：

s9：测试实验：按照测试要求，调节不同的参数，测试装置在各参数下能够达到的降温效果。

本实施例中，通过对本装置各部分的安装进行说明，上述步骤并非唯一，也可以调换其中的顺序，达到最终的连接效果即可，需要说明的是，当需要拆除时，反向重复上述步骤，并可回收各部件，进行再利用。其中，控制单元7中设置有多个控制模块，以完成对各个单元的独立控制。实验测试中，按照测试的要求，设定不同的定量和变量进行测试，通过在各参数的设定下，测试得到降温数据，并通过最终数据总结得到结论，完成测试。