综掘工作面风筒出风口全方位调控装置的制作方法

本实用新型涉及一种出风口调控装置，尤其是涉及一种综掘工作面风筒出风口全方位调控装置。

背景技术：

随着矿井开采深度的逐年增加，单一工作面开采规模的不断提高，煤巷长度、巷道断面尺寸及推进速度也呈现增大趋势，使得巷道开拓过程具有瓦斯涌出量大、产尘量大、工作面狭窄、作业线路长等特点，使掘进通风过程存在很大安全隐患。根据近年来统计，在掘进过程中发生的瓦斯与煤尘爆炸事故占矿井瓦斯煤尘爆炸事故总数的60％～70％。随煤矿开采深度和广度的延伸，矿井掘进工作面逐渐呈现出通风距离长、井下采掘地点风量不足、掘进巷道通风阻力过大、通风效率降低等一系列问题。掘进煤巷是一个独头巷道，通风回路不完整，稀释和排除来自煤体涌出的瓦斯和作业时产生的粉尘是靠由局部通风机和风筒组成的局部通风系统给端头区域压入的新鲜风流来实现的，局部通风系统通风方式、布置位置及出风口速度将直接影响掘进通风风流分布情况，进而影响了瓦斯浓度分布规律及通风排瓦效果。

由于“煤矿安全规程”仅规定了掘进工作面合理的风速范围和出风口距端头距离，因此，煤矿解决高速大断面煤巷掘进工作面对通风需求增加的方式是实施局部通风总量控制，也就是不断提高局部通风机功率和加大风筒直径。而掘进工作面风量过度加大，也易造成循环风、工作区域局部风速过高，工作条件劣化等现象。掘进巷道的压入式通风是受限附壁射流通风，与自由射流不同，风流从风筒射出后，由于受到独头巷道局限空间的限制，不久便出现了与风流方向相反的流动。因此，掘进工作面射流通风风流结构可分为射流区、回流区与涡流区。射流区的气流一部分从圆形风筒射出，同时卷吸一部分回流区的气流；回流区的气流一部分被射流卷吸，一部分沿掘进巷道经出口排出。因此，煤巷长度增加、巷道截面积增加、掘进方式改变、推进速度增加、大设备的使用以及井深增加造成的煤层瓦斯含量增加等，这都使得煤巷掘进局部通风量要求加大，实施粗放式的风量总量控制局部通风已不能适应煤矿采掘方式的高速发展。根据煤巷掘进端头流场流动机理，对掘进通风与瓦斯和煤尘运移相互耦合过程进行精细化管理已成为必要。为此，设计一种综掘工作面风筒出风口全方位调控装置是十分必要的。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种综掘工作面风筒出风口全方位调控装置，其结构简单、设计合理且使用操作方便，可调控出风方向和速度，能够更大效率的冲散突出瓦斯，减少涡流区；能够改变全风场风流特征以及瓦斯和煤尘的运移规律，提高工作效率，节约能源。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种综掘工作面风筒出风口全方位调控装置，其特征在于：包括风筒、托架和导轨，所述风筒的进风口端与托架的一端转动连接，所述托架的另一端安装有滑块，所述导轨内安装有用于推动滑块、托架和风筒整体沿着导轨前后滑动的前后推动机构，所述滑块与导轨相配合，所述托架与推动滑块之间安装有用于带动托架和风筒整体相对导轨转动的转动驱动机构，所述风筒与托架之间铰接有用于调节风筒上下位置的上下调节机构，所述风筒的进风口铰接有多个锥形风叶，多个所述锥形风叶形成圆锥形结构，所述风筒的外壁上固定有叶片调节液压缸，所述叶片调节液压缸和锥形风叶的数量相等，每个所述锥形风叶对应一个叶片调节液压缸，所述叶片调节液压缸与锥形风叶之间设置有连杆，所述连杆的一端与叶片调节液压缸的活塞杆铰接，所述连杆的另一端与锥形风叶的外壁铰接。

上述的综掘工作面风筒出风口全方位调控装置，其特征在于：所述转动驱动机构包括安装壳、密封盖、转盘和电机，所述密封盖固定在安装壳的端口处，所述安装壳内设置有转盘放置槽，所述安装壳的外壁上设置有电机安装槽，所述转盘设置在安装壳内，所述电机安装在电机安装槽处，所述电机的输出端固定安装有齿轮，所述齿轮位于安装壳内，所述转盘包括齿轮盘和连接盘，所述连接盘设置在齿轮盘的下方，所述齿轮盘的下端面一周设置有转动齿，所述转动齿与齿轮相啮合，所述连接盘固定在托架上，所述密封盖固定在滑块上。

上述的综掘工作面风筒出风口全方位调控装置，其特征在于：所述托架的形状为U字形，所述风筒的进风口端通过旋转柱与托架的开口端转动连接，所述旋转柱穿过托架和风筒。

上述的综掘工作面风筒出风口全方位调控装置，其特征在于：所述托架的闭口端外壁上固定有安装盘，所述安装盘位于连接盘的下方，所述安装盘和连接盘通过螺栓固定连接。

上述的综掘工作面风筒出风口全方位调控装置，其特征在于：所述风筒的进风口外壁上固定有第一连接环，所述托架的闭口端内壁上固定有第二连接环，所述前后推动机构为液压缸，所述液压缸的一端与第一连接环铰接，所述液压缸的另一端与第二连接环铰接。

上述的综掘工作面风筒出风口全方位调控装置，其特征在于：所述锥形风叶的数量为2～10个。

上述的综掘工作面风筒出风口全方位调控装置，其特征在于：所述锥形风叶的数量为6个。

上述的综掘工作面风筒出风口全方位调控装置，其特征在于：所述滑块包括固定盘和滑块体，所述滑块体固定在固定盘上，所述滑块体的一端固定有第三连接环，所述滑块体与导轨相配合，所述导轨上固定有第四连接环，所述固定盘的外周固定有导轨固定环，所述前后推动机构为液压缸，所述液压缸的一端与第三连接环固定连接，所述液压缸的另一端与第四连接环固定连接。

上述的综掘工作面风筒出风口全方位调控装置，其特征在于：所述风筒的出风口外壁上固定有第五连接环，所述锥形风叶的连接端外壁上固定有第六连接环，所述第五连接环与第六连接环相配合且两者通过销子铰接，所述锥形风叶的外壁中部固定有第七连接环，所述叶片调节液压缸的活塞杆与第七连接环铰接。

上述的综掘工作面风筒出风口全方位调控装置，其特征在于：所述风筒的进风口固定有连接法兰，所述风筒的外壁中部设置有用于固定叶片调节液压缸的液压缸固定槽。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型结构简单、设计合理且使用操作方便。

2、本实用新型在对掘进工作面端头区域全风场风流特征以及煤尘和瓦斯运移规律研究的基础上，研制一种具有可调控方向和速度功能的风筒出风口全方位调控装置，使其能够更大效率的冲散突出瓦斯，减少涡流区；能够改变全风场风流特征以及瓦斯和煤尘的运移规律，提高工作效率，节约能源。

3、本实用新型在煤矿掘进工作面风机风筒末端安装，可快速改变送风的风速和风压，工作可靠性高，节省了资源，实用性强。

4、本实用新型可有效防止在有限空间气体射流在掘进工作面容易形成涡流，使煤尘等有害物质积聚在端头工作面，具有爆炸危险的煤尘达到一定浓度时，若在引爆火源的作用下发生爆炸事故，可有效减少矿毁人亡，减少损失，提高了煤矿安全。

5、本实用新型以高瓦斯矿井煤巷机掘进工作面通风流场特性分析与调控方式研究为基础，努力实现煤巷掘进工作面端头风场可控可调作为煤巷掘进精细化安全管理的突破口，对促进我国煤矿通风安全领域的应用基础研究具有重要的理论价值和工程实际意义。

下面通过附图和实施例，对本实用新型做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型风筒的结构示意图。

图3为本实用新型锥形风叶的结构示意图。

图4为本实用新型导轨的结构示意图。

图5为本实用新型滑块的结构示意图。

图6为本实用新型安装壳的结构示意图。

图7为本实用新型密封盖的结构示意图。

图8为本实用新型电机和齿轮的位置关系示意图。

图9为本实用新型转盘的结构示意图。

图10为本实用新型电机和转盘的位置关系示意图。

图11为本实用新型托架的结构示意图。

附图标记说明:

1—风筒； 1-1—第一连接环； 1-2—连接法兰；

1-3—液压缸固定槽； 1-4—旋转柱； 1-5—第五连接环；

2—锥形风叶； 2-1—第七连接环； 2-2—第六连接环；

3—叶片调节液压缸； 4—托架； 4-1—安装盘；

4-2—第二连接环； 5—上下调节机构； 6—安装壳；

6-1—电机安装槽； 6-2—转盘放置槽； 7—转盘；

7-1—齿轮盘； 7-2—连接盘； 7-3—转动齿；

8—密封盖； 9—电机； 9-1—齿轮；

10—滑块； 10-1—固定盘； 10-2—滑块体；

10-3—第三连接环； 11—前后推动机构； 12—导轨；

12-1—第四连接环； 12-2—导轨固定环； 13—连杆。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型包括风筒1、托架4和导轨12，所述风筒1的进风口端与托架4的一端转动连接，所述托架4的另一端安装有滑块10，所述导轨12内安装有用于推动滑块10、托架4和风筒1整体沿着导轨12前后滑动的前后推动机构11，所述滑块10与导轨12相配合，所述托架4与推动滑块10之间安装有用于带动托架4和风筒1整体相对导轨12转动的转动驱动机构，所述风筒1与托架4之间铰接有用于调节风筒1上下位置的上下调节机构5，所述风筒1的进风口铰接有多个锥形风叶2，多个所述锥形风叶2形成圆锥形结构，所述风筒1的外壁上固定有叶片调节液压缸3，所述叶片调节液压缸3和锥形风叶2的数量相等，每个所述锥形风叶2对应一个叶片调节液压缸3，所述叶片调节液压缸3与锥形风叶2之间设置有连杆13，所述连杆13的一端与叶片调节液压缸3的活塞杆铰接，所述连杆13的另一端与锥形风叶2的外壁铰接。其中，风筒1的作用是引导风流沿着一定方向流动，具有阻燃、抗静电、风阻小、漏风率低、强度高的特点，多个锥形风叶2形成圆锥形结构用于约束风流的流向；叶片调节液压缸3的作用是开闭安装在风筒1上的锥形风叶2，实现每个独立锥形风叶2的自由开闭。

如图1、图6至图10所示，所述转动驱动机构包括安装壳6、密封盖8、转盘7和电机9，所述密封盖8固定在安装壳6的端口处，所述安装壳6内设置有转盘放置槽6-2，所述安装壳6的外壁上设置有电机安装槽6-1，所述转盘7设置在安装壳6内，所述电机9安装在电机安装槽6-1处，所述电机9的输出端固定安装有齿轮9-1，所述齿轮9-1位于安装壳6内，所述转盘7包括齿轮盘7-1和连接盘7-2，所述连接盘7-2设置在齿轮盘7-1的下方，所述齿轮盘7-1的下端面一周设置有转动齿7-3，所述转动齿7-3与齿轮9-1相啮合，所述连接盘7-2固定在托架4上，所述密封盖8固定在滑块10上。使用时，电机9带动齿轮9-1转动，齿轮9-1带动齿轮盘7-1转动，齿轮盘7-1转动则转盘7转动，因此，转盘7带动托架4和风筒1整体转动。滑块10连接由安装壳6、密封盖8、转盘7和电机9组成的转动驱动机构，用于实现风筒1在水平面内的转动。

如图1和图11所示，所述托架4的形状为U字形，所述风筒1的进风口端通过旋转柱1-4与托架4的开口端转动连接，所述旋转柱1-4穿过托架4和风筒1，风筒1以旋转柱1-4为轴心上下转动。

如图1和图11所示，所述托架4的闭口端外壁上固定有安装盘4-1，所述安装盘4-1位于连接盘7-2的下方，所述安装盘4-1和连接盘7-2通过螺栓固定连接。

如图1、图2和图11所示，所述风筒1的进风口外壁上固定有第一连接环1-1，所述托架4的闭口端内壁上固定有第二连接环4-2，所述前后推动机构11为液压缸，所述液压缸的一端与第一连接环1-1铰接，所述液压缸的另一端与第二连接环4-2铰接。

本实施例中，所述锥形风叶2的数量为2～10个，锥形风叶2的数量最少为2个，如果锥形风叶2的数量为一个时，只能实现整体的闭合，只有两个以上的锥形风叶2才能实现风筒1截面的部分展开、部分闭合，随实际通风需要进行调节；如果锥形风叶2的数量为大于10个时，锥形风叶2就要求叶片调节液压缸3也要满足同样的个数，这样成本过高，且大大增加了锥形风叶2的调节难度。

优选的，所述锥形风叶2的数量为6个，能够很好的满足局部通风不同方向上的射流。

如图1、图4和图5所示，所述滑块10包括固定盘10-1和滑块体10-2，所述滑块体10-2固定在固定盘10-1上，所述滑块体10-2的一端固定有第三连接环10-3，所述滑块体10-2与导轨12相配合，所述导轨12上固定有第四连接环12-1，所述固定盘10-1的外周固定有导轨固定环12-2，所述前后推动机构11为液压缸，所述液压缸的一端与第三连接环10-3固定连接，所述液压缸的另一端与第四连接环12-1固定连接。

如图1至图3所示，所述风筒1的出风口外壁上固定有第五连接环1-5，所述锥形风叶2的连接端外壁上固定有第六连接环2-2，所述第五连接环1-5与第六连接环2-2相配合且两者通过销子铰接，所述锥形风叶2的外壁中部固定有第七连接环2-1，所述叶片调节液压缸3的活塞杆与第七连接环2-1铰接。

如图2所示，所述风筒1的进风口固定有连接法兰1-2，所述风筒1的外壁中部设置有用于固定叶片调节液压缸3的液压缸固定槽1-3。

本实用新型的工作原理为：本实用新型在使用时需安装在综掘工作面风筒出风口位置，具体的，经穿过导轨固定环12-2的螺栓将导轨12固定在掘进巷道内壁上，通过连接法兰1-2将风筒1与综掘工作面风筒连接。正常工作情况下，锥形风叶2全部打开，满足综掘工作面日常风量。当掘进巷道迎头工作面中瓦斯突出，或日常送风方式使综掘工作面涡流区积聚了瓦斯和粉尘浓度过高时，在不改变原有风量的情况下，通过风筒出风口全方位调控装置调整一个合适的出风口位置和角度，以及调整锥形风叶2的打开个数，即减小出风口截面来达到及时吹散瓦斯、稀释煤尘的目的。

具体操作方式为：压入式通风风筒安装在掘进巷道的左侧壁，当掘进巷道右下角涡流区涌出大量瓦斯时，传感器检测并由报警器报警。在通风量不变的情况下，根据瓦斯报警器传递过来的位置信息，由前后推动机构11将推动滑块10、托架4和风筒1整体前移至合适位置；然后开启电机9，通过齿轮传动带动转盘7转动，由转盘7带动托架4和风筒1整体向右旋转一定方向；接着由上下调节机构5带动风筒1向下移动，使风筒1的出口正对着掘进巷道的右下角，并由叶片调节液压缸3带动锥形风叶2，关闭左边2～3个锥形风叶2；以减小出风口面积、增大风速，从而更快的稀释瓦斯浓度，提高排瓦排尘效率，能够更大效率的冲散突出瓦斯，减少涡流区；能够改变风场风流特征以及瓦斯和煤尘的运移规律，提高工作效率，节约能源。当瓦斯扩散完后，本实用新型综掘工作面风筒出风口全方位调控装置回到原处，打开所关闭的锥形风叶2，回到正常工作状态。

本实用新型综掘工作面风筒出风口全方位调控装置对掘进机端头工作面流场影响进行模拟分析，得到以下结论：

(1)风筒出风口全方位调控装置的锥形风叶2全开状态下，在掘进巷道中，高速风区区域较小，低速风区所占区域比较大，有限空间气体射流，在掘进工作面形成涡流，使煤尘等有害物质积聚在端头工作面，当入风井巷和采掘工作面的风源含尘量超过0.5mg/m³时，应采取风流净化措施。

(2)风筒出风口全方位调控装置的锥形风叶2在关闭两个状态下，从整体来看，在掘进巷道中，高速风区增大，低速风区减小，在掘进工作面附近的风速也变大；在端头工作面的涡流区域减小，只是在出风口附近由于气体卷吸作用形成小涡流。此种情况适用于吹散和稀释巷道右下方的瓦斯和煤尘，有助提高吹散瓦斯、稀释煤尘的效率，达到节能目的。

(3)风筒出风口全方位调控装置的锥形风叶2在关闭三个(6点钟到12点钟方向)状态下，就整体而言，在端头工作面的涡流区域减小，只是在出风口附近由于气体卷吸作用形成小涡流，但高速风区增大，低速风区减小，有助提高吹散瓦斯、稀释煤尘的效率，达到节能目的。此类情况可用于吹散右下方瓦斯和煤尘，但效果却不如关闭两个锥形风叶2的情况，其优点在于其左侧风速较大。

(4)风筒出风口全方位调控装置的锥形风叶2在关闭三个(3点钟到9点钟方向)状态下，从整体看明显地高速风区增大，低速风区减小，尤其是右上方高速风区不断增大，在掘进工作面附近的风速也变大；在端头工作面的涡流区域减小，只是在出风口附近由于气体卷吸作用形成小涡流。此类情况可用于吹散巷道右上方的瓦斯或煤尘，有助提高吹散瓦斯、稀释煤尘的效率，达到节能目的。

(5)风筒出风口全方位调控装置在前进0.5m状态下，在距工作面5m距离范围内，整个巷道范围都存在高速风区，尤其是左方，速度更大，距工作面7m距离时，大面积处于低速情况。此类状况适用于冲散左方及工作面上的瓦斯及煤尘。

(6)风筒出风口全方位调控装置在前进1m状态下，在巷道中贴壁区域的风速较高，在距工作面3m距离范围内，整个巷道范围都存在高速风区，速度较大，距工作面5m距离时后，大面积处于低速情况。此类状况适用于冲散左方、右方及工作面上的瓦斯及煤尘，尤其是工作面的突出瓦斯。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。