一种矿用冲击气浪缓冲装置及方法与流程

本发明涉及一种矿用冲击气浪缓冲装置及方法。

背景技术：

随着矿井深度不断增加，越来越多的矿井受到冲击地压事故威胁。冲击地压指的是聚积在采煤工作面及巷道周围煤岩体中的弹性应变量瞬间释放，巨大的能量使得工作面及巷道的煤岩体瞬间崩落抛射。有记录的冲击地压事故所引起的震动强度可达到里氏4.6级地震级别，冲击地压一旦发生，将会对井下的人员、设备造成灾难性破坏。冲击地压的影响范围不仅局限于发生冲击地压的区域，由于大面积顶板瞬时跨落，压缩矿井内空气形成的高压高速冲击气浪可对整个矿井造成破坏，不同位置巷道内瞬间最大风速可达到每秒几百米，甚至井底车场也会因此遭到破坏。

当前针对矿井冲击气流采取的措施主要是密闭墙，即通过将巷道封闭阻止气流传播，由于密闭墙阻断了巷道，因此该方法仅对于废弃工作面适用。正常生产的工作面及配套巷道由于还需正常使用，因此无法采用密闭墙防冲击措施。目前还没有相应的设备、方法解决使用中巷道高速冲击气浪破坏问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种矿用冲击气浪缓冲装置及方法。

为解决上述技术问题，本发明的矿用冲击气浪缓冲装置，包括安装在巷道内的风速传感器、信号处理控制装置和缓冲导流装置，所述风速传感器监测并发送巷道风速数据，所述风速传感器通过传输线缆连接信号处理控制装置，所述信号处理控制装置包括信号处理单元和电源控制输出单元，所述缓冲导流装置安装在巷道刷帮空间，所述缓冲导流装置包括缓冲绕流转柱单元和防爆电机单元，所述缓冲绕流转柱单元可以在电机的驱动下产生定向旋转运动。

作为进一步限定，所述缓冲导流装置设置8个，每两个一组，4组缓冲导流装置对称设置在巷道两侧的刷帮空间内。

作为进一步限定，所述4组缓冲导流装置中前排两组包括第一列转柱和第二列转柱，所述第一列柱顺时针旋转，第二列柱逆时针旋转，所述4组缓冲导流装置中后排两组包括第三列转柱和第四列转柱，所述第三列柱顺时针旋转，第四列柱逆时针旋转。

作为进一步限定，所述巷道宽度w与柱体直径d之比为8-10；每侧刷帮深度为0.3w；所述第一列转柱和第二列转柱双柱间距L₁₁与柱体直径d之比为5-6；所述第一三列转柱和第二四列转柱双柱间距L₂₂与柱体直径d之比为4-5；第一列转柱距左侧刷帮端头距离L_z1≥5w；两列转柱的距离L_z2≥5w；第四列转柱距右侧刷帮端头距离L_z3≥5w。

本发明还涉及一种矿用冲击气浪缓冲方法，在巷道内设置风速传感器，巷道内出现高压高速冲击气浪时，风速传感器将信号传送给信号处理控制装置，信号处理控制装置连接设置在巷道两侧的刷帮空间内的缓冲导流装置，信号处理控制装置控制防爆电机驱动缓冲导流装置的柱体定向旋转，定向旋转的转柱可调节风流的流向，通过转柱的旋转运动可影响气流的流场分布特性，从而耗散部分冲击气浪动能，起到缓冲作用。

作为进一步限定，所述缓冲导流装置中前排两组包括第一列转柱和第二列转柱，所述第一列柱顺时针旋转，第二列柱逆时针旋转，所述4组缓冲导流装置中后排两组包括第三列转柱和第四列转柱，所述第三列柱顺时针旋转，第四列柱逆时针旋转。

作为进一步限定，所述防爆电机转速与风速数据的函数关系为，；其中

α：转速调节系数，，

d_s：风速传感器与转柱的距离，

n_c：风速传感器与转柱间经历的直角转弯个数，

v：传感器所监测到的来风速度。

本发明的矿用冲击气浪缓冲装置及方法中的缓冲绕流转柱单元可以在电机的驱动下产生定向旋转运动，定向旋转的转柱可调节风流的流向，转柱的旋转运动可耗散部分冲击气浪动能，起到缓冲作用，减轻高压高速冲击气浪可对整个矿井造成的破坏。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明的矿用冲击气浪缓冲装置的巷道俯视图。

图2是本发明的矿用冲击气浪缓冲装置的巷道横切图。

图3是图2中A部分的局部放大图。

图4是本发明的矿用冲击气浪缓冲装置各部分的尺寸关系图。

具体实施方式

如图1至图3所示，本发明的矿用冲击气浪缓冲装置安装在煤体1的巷道2内，巷道2内设置楔形巷道刷帮3和矩形巷道刷帮，矿用冲击气浪缓冲装置包括安装在靠近来风方向巷道内的风速传感器5、信号处理控制装置7和缓冲导流装置，风速传感器5监测并发送巷道2内的风速数据，风速传感器5通过传输线缆6连接信号处理控制装置7，信号处理控制装置7通过控制线缆8连接缓冲导流装置，信号处理控制装置7包括信号处理单元和电源控制输出单元，缓冲导流装置安装在矩形巷道刷帮4内，缓冲导流装置包括缓冲绕流转柱单元10和防爆电机单元9，缓冲绕流转柱单元10可以在防爆电机单元9的驱动下产生定向旋转运动。巷道刷帮4下方设置混凝土基座11，混凝土基座11内设置凹槽，凹槽上设置混凝土盖板111，凹槽内设置防爆电机9，防爆电机9通过传动轴91连接变速箱92，绕流转柱单元10包括转柱中轴101，变速箱92连接转柱中轴101的下端。转柱中轴101的上端连接转柱轴承102，转柱轴承102安装在顶板固定基座12上，顶板固定基座12通过锚杆121安装在煤体1上。

缓冲导流装置设置8个，每两个一组，4组缓冲导流装置对称设置在巷道2两侧的刷帮4空间内。4组缓冲导流装置中前排两组包括第一列转柱10a和第二列转柱10b，第一列柱10a顺时针旋转，第二列柱10b逆时针旋转，4组缓冲导流装置中后排两组包括第三列转柱10c和第四列转柱10d，所述第三列柱10c顺时针旋转，第四列柱10d逆时针旋转。

如图4所示，巷道宽度w与柱体直径d之比为8-10；每侧刷帮深度为0.3w；所述第一列转柱和第二列转柱双柱间距L₁₁与柱体直径d之比为5-6；所述第一三列转柱和第二四列转柱双柱间距L₂₂与柱体直径d之比为4-5；第一列转柱距左侧刷帮端头距离L_z1≥5w；两列转柱的距离L_z2≥5w；第四列转柱距右侧刷帮端头距离L_z3≥5w。

在巷道2内设置风速传感器，巷道2内出现高压高速冲击气浪时，风速传感器5将信号传送给信号处理控制装置7，信号处理控制装置7连接设置在巷道两侧的刷帮4空间的缓冲导流装置，信号处理控制装置7控制防爆电机9驱动缓冲导流装置的柱体定向旋转，向旋转的转柱可调节风流的流向，通过转柱的旋转运动可影响气流的流场分布特性，从而耗散部分冲击气浪动能，起到缓冲作用。缓冲导流装置中前排两组包括第一列转柱和第二列转柱，所述第一列柱顺时针旋转，第二列柱逆时针旋转，所述4组缓冲导流装置中后排两组包括第三列转柱和第四列转柱，所述第三列柱顺时针旋转，第四列柱逆时针旋转。

防爆电机转速与风速数据的函数关系为，；其中

α：转速调节系数，，

d_s：风速传感器与转柱的距离，

n_c：风速传感器与转柱间经历的直角转弯个数，

v：传感器所监测到的来风速度。