一种半包围结构的煤矿乏风收集装置的制作方法

1.本实用新型属于煤矿开采技术领域，涉及一种半包围结构的煤矿乏风收集装置。


背景技术：

2.我国正处于“碳达峰、碳中和”推进过程中，现有的煤炭开采中矿井通风产生的乏风(主要可燃成分为甲烷)，一般直接排空。甲烷气体具有很强的温室效应，其温室效应相当于二氧化碳的二十多倍，通过氧化装置的处理，利用产生的热量用于供热或发电，同时产生显著温室气体减排效应，一举两得。煤矿乏风中甲烷含量稳定，乏风收集装置不能影响矿井通风，收集效果的好坏将直接影响氧化装置的甲烷利用效果。乏风收集装置形式较杂乱、收集效果差异大，主要有侧吸式、顶吸式、加装隔离装置等，利用下游工艺系统的风机抽引乏风。
3.cn103670494a公开了一种煤矿乏风收集装置，该煤矿乏风收集装置包括：风井扩散塔，所述风井扩散塔为上下导通的筒体结构；集风罩，所述集风罩为上下导通的罩体，并设置有上端口和下端口，所述集风罩的下端口罩设于所述风井扩散塔的上部并固接在所述风井扩散塔的侧壁外；防爆盖，所述防爆盖为一盖体，盖合于所述集风罩的上端口；其中，所述集风罩的罩体侧壁开设有通风孔，且所述风井扩散塔的筒体内部空间通过该通风孔与外部导通。该发明的装置可以有效的对煤矿乏风进行收集、输送，为乏风流中瓦斯作为燃料助燃锅炉和乏风催化氧化等后续利用提供了气源。
4.cn103670477a公开了一种煤矿乏风输送系统，该乏风输送系统包括风井扩散塔、乏风收集装置、第一乏风输送通道和第二乏风输送通道；所述第一乏风输送通道的进气口与煤矿风井相连通；所述风井扩散塔的下端口与所述第一乏风输送通道的排气口相连通；所述乏风收集装置罩设于所述风井扩散塔的上部并固接在所述风井扩散塔的侧壁外；所述乏风收集装置中集风罩的罩体侧壁开设有通风孔，且所述风井扩散塔的筒体内部空间通过该通风孔与所述第二乏风输送通道的进气口相连通；所述第二乏风输送通道的排气口与乏风利用设备连通；该发明的煤矿乏风输送系统将矿井中的乏风进行输送，为乏风流中瓦斯作为燃料助燃和乏风催化氧化等利用提供了气源。
5.cn209286961u公开了一种煤矿乏风收集装置，具体为一种煤矿乏风收集装置，包括收集装置底座，所述收集装置底座的内侧壁活动连接有支撑柱，所述支撑柱的内侧壁活动连接有伸缩杆，所述支撑柱的外表面活动连接有紧固螺栓，所述伸缩杆的上表面固定连接有乏风收集箱，所述乏风收集箱的外表面开设有进风口。该煤矿乏风收集装置，通过沙尘过滤网、过滤层、雾化喷头和冷凝器的设置，将乏风中大块的煤矿颗粒进行隔离，雾化喷头和冷凝器对微小的灰尘进行隔离，对乏风中的杂质进行清除，存留纯净的瓦斯，为燃料助燃锅炉和乏风催化氧化等后续利用提供了纯净的气源，减少了后续利用中乏风对大气环境的污染。
6.目前现有的乏风收集装置中侧吸式存在开孔结构对原乏风塔结构有影响，必要时还需对塔体强度校核甚至加固，实现周期较长，煤矿矿方很难接受，另外由于开孔孔径的限
制，乏风收集率不高，工程经济性不理想；加装隔离装置由于存在机械、电气故障的可能性，无法保证乏风扩散塔绝对的安全排放，同时增加了设备投资等问题，因此，亟需设计开发一种半包围结构的煤矿乏风收集装置，以满足实际生产生活需求，克服现有技术的缺陷，提高乏风收集率的同时，能够更大规模的使用和推广。


技术实现要素：

7.针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种半包围结构的煤矿乏风收集装置，在本实用新型中，通过在乏风扩散塔出口设置筒体和渐缩式结构相结合形成空间上的半包围结构收集乏风，通流面积无突变，流场曲线平滑，提高了乏风收集率及技术方案的经济性；且无机械隔离装置，对原乏风塔乏风排放几乎无影响，确保煤矿井下安全；且收集装置支撑结构为独立形式不影响乏风扩散塔结构安全。
8.为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
9.本实用新型提供了一种半包围结构的煤矿乏风收集装置，所述煤矿乏风收集装置包括筒体，所述筒体的一端设置有渐缩式结构一，另一端连接煤矿乏风扩散塔的出口处，所述筒体的一侧外壁设置有渐缩式结构二，且所述渐缩式结构一的大直径处和渐缩式结构二的大直径处朝向所述筒体，所述渐缩式结构二的小直径处外接有风道和负压风机。
10.在本实用新型中，通过在乏风扩散塔出口设置筒体和渐缩式结构相结合形成空间上的半包围结构收集乏风，通流面积无突变，流场曲线平滑，提高了乏风收集率及技术方案的经济性；且无机械隔离装置，对原乏风塔乏风排放几乎无影响，确保煤矿井下安全；且收集装置支撑结构为独立形式不影响乏风扩散塔结构安全。
11.需要说明的是，本实用新型中半包围结构的煤矿乏风收集装置的尺寸计算具体依照standard k-ε模型多方案进行筛选，确定了最佳结构尺寸。
12.作为本实用新型一种优选的技术方案，所述煤矿乏风收集装置为一体式结构。
13.作为本实用新型一种优选的技术方案，所述筒体的另一端连接煤矿乏风扩散塔的出口处的连接方式为柔性连接。
14.需要说明的是，本实用新型中将所述筒体的另一端连接煤矿乏风扩散塔的出口处的连接方式限定为柔性连接，是因为在这个基础上对原有乏风塔结构不会造成影响，进一步确保煤矿的井下安全性。
15.作为本实用新型一种优选的技术方案，所述筒体的直径大于煤矿乏风扩散塔的出口处的直径。
16.需要说明的是，本实用新型中的筒体为直筒形，其高度应与收集装置出口的风道尺寸匹配，保证风速在经济合理范围内(大约为10～15m/s)，其内径不应小于扩散塔出口尺寸，以保证乏风收集效果，考虑到经济性也不宜过大，本领域技术人员可根据实际情况进行尺寸的调节。
17.作为本实用新型一种优选的技术方案，所述筒体的内径为9000～10000mm，例如可以是9000mm、9100mm、9200mm、9300mm、9400mm、9500mm、9600mm、9700mm、9800mm、9900mm、10000mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
18.高度为6000～9000mm，例如可以是6000mm、6500mm、7000mm、7500mm、8000mm、8500mm、9000mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
19.作为本实用新型一种优选的技术方案，所述负压风机给出的负压值为-130～-50pa，例如可以是-130pa、-120pa、-110pa、-100pa、-90pa、-80pa、-70pa、-60pa、-50pa，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
20.需要说明的是，本实用新型的收集装置随着负压值减小，乏风收集率降低，负压过小无法保证下游系统工艺参数的需要，负压过大吸入外界空气也相应增加，同时风机功率大，不经济，通过将负压风机给出的的负压控制在-130～50pa时，更进一步地在-90pa时乏风收集率和外界大气吸入率达到工程设计上都能接受的数值。
21.作为本实用新型一种优选的技术方案，所述渐缩式结构一的高度为1500～2500mm，例如可以是1500mm、1600mm、1700mm、1800mm、1900mm、2000mm、2100mm、2200mm、2300mm、2400mm、2500mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
22.本实用新型特别限定了所述渐缩式结构一的高度为1500～2500mm，是因为在此范围内，根据模拟结果显示，随着渐缩式结构一高度的增加，渐缩式结构二的平均出口速度基本不变，吸入外界空气量减少，乏风收集率上升，但压损也随之增加，因此，根据矿方对压损的要求，确定渐缩式结构一为1500～2500mm。
23.作为本实用新型一种优选的技术方案，所述渐缩式结构一的缩小角度为15～25
°
，例如可以是15
°
、16
°
、17
°
、18
°
、19
°
、20
°
、21
°
、22
°
、23
°
、24
°
、25
°
，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
24.需要说明的是，本实用新型中不同的渐缩式结构一的缩小角度的仿真模拟的速度云图、压力云图和组分云图显示中心截面呈现相似的压力与速度分布，但随着渐缩式结构一的缩小角度的增加，收集装置压损升高十分明显。选择渐缩式结构一的缩小角度为15～25
°
时，对乏风扩散塔阻力增加约20pa，影响很小可以忽略。
25.作为本实用新型一种优选的技术方案，所述渐缩式结构二的长度为8000～15000mm，例如可以是8000mm、9000mm、10000mm、11000mm、12000mm、13000mm、14000mm、15000mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
26.所述渐缩式结构二的缩小角度为10～20
°
，例如可以是10
°
、11
°
、12
°
、13
°
、14
°
、15
°
、16
°
、17
°
、18
°
、19
°
、20
°
，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
27.作为本实用新型一种优选的技术方案，所述煤矿乏风收集装置的材质为碳钢。
28.作为本实用新型一种优选的技术方案，所述渐缩式结构二外壁均匀设置有加固件，所述加固件为加固肋，且所述渐缩式结构二底部设置有支架。
29.需要说明的是，本实用新型的收集装置不运行情况下，乏风将从收集装置上方的渐缩式结构一开口流出，不会影响矿井井下通风；收集装置运行情况下，绝大部分乏风会进入右侧渐缩式结构二输送通道。基本流动特征为气体进入直筒后，由于右侧渐缩式结构二连接的负压风机(吸风道)的负压作用，沿高度方向逐渐向右偏斜。原排风出口出现局部回流现象，一部分回流气体部分经旋流作用从顶部的渐缩式结构一出口排出，另一部分回流气体与主流回合后经渐缩式结构二连接的负压风机(吸风道)排出。本实用新型综合考虑了渐缩式结构一的高度、缩小角度和渐缩式结构二连接的负压风机(吸风道)三个关键因素，实现了优化工况筛选。
30.与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
31.在本实用新型中，通过在乏风扩散塔出口设置筒体和渐缩式结构相结合形成空间上的半包围结构收集乏风，通流面积无突变，流场曲线平滑，提高了乏风收集率及技术方案的经济性；且无机械隔离装置，对原乏风塔乏风排放几乎无影响，确保煤矿井下安全；且收集装置支撑结构为独立形式不影响乏风扩散塔结构安全；最大程度的利用了煤矿乏风，乏风收集率达71％，高于现有技术中最大的乏风收集率，乏风氧化发电系统的装机能力得到提高；减少了温室气体排放；与其出口的乏风风道统一进行施工图设计，工程上易于实现，降低工程造价。
附图说明
32.图1为本实用新型提供的半包围结构的煤矿乏风收集装置的侧视图；
33.图2为本实用新型提供的半包围结构的煤矿乏风收集装置的俯视图；
34.其中，1-筒体；2-渐缩式结构一；3-渐缩式结构二；4-负压风机接入口；5-支架；6-乏风扩散塔；7-加固件。
具体实施方式
35.需要理解的是，在本实用新型的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
36.需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
37.下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。
38.在一个具体实施方式中，本实用新型提供了一种半包围结构的煤矿乏风收集装置，如图1和图2所示，所述煤矿乏风收集装置包括筒体1，筒体1的一端设置有渐缩式结构一2，另一端连接煤矿乏风扩散塔6的出口处，筒体1的一侧外壁设置有渐缩式结构二3，且渐缩式结构一2的大直径处和渐缩式结构二3的大直径处朝向筒体1，渐缩式结构二3的小直径处外接有风道和负压风机，煤矿乏风收集装置的材质为碳钢。
39.在本实用新型中，通过在乏风扩散塔6出口设置筒体1和渐缩式结构相结合形成空间上的半包围结构收集乏风，通流面积无突变，流场曲线平滑，提高了乏风收集率及技术方案的经济性；且无机械隔离装置，对原乏风塔乏风排放几乎无影响，确保煤矿井下安全；且收集装置支撑结构为独立形式不影响乏风扩散塔6结构安全。需要说明的是，本实用新型中
半包围结构的煤矿乏风收集装置的尺寸计算具体依照standard k-ε模型多方案进行筛选，确定了最佳结构尺寸。
40.煤矿乏风收集装置为一体式结构，筒体1的另一端连接煤矿乏风扩散塔6的出口处的连接方式为柔性连接，对原有乏风塔结构不会造成影响。
41.筒体1的内径为9000～10000mm，高度为6000～9000mm，筒体1的直径大于煤矿乏风扩散塔6的出口处的直径，需要说明的是，本实用新型中的筒体1为直筒形，其高度应与收集装置出口的风道尺寸匹配，保证风速在经济合理范围内(大约为10～15m/s)，其内径不应小于扩散塔出口尺寸，以保证乏风收集效果，考虑到经济性也不宜过大，本领域技术人员可根据实际情况进行尺寸的调节。
42.负压风机给出的负压值为-130～-50pa，需要说明的是，本实用新型的收集装置随着负压值减小，乏风收集率降低，负压过小无法保证下游系统工艺参数的需要，负压过大吸入外界空气也相应增加，同时风机功率大，不经济，通过将负压风机给出的负压控制在-130～50pa时，更进一步地在-90pa时乏风收集率和外界大气吸入率达到工程设计上都能接受的数值。
43.渐缩式结构一2的高度为1500～2500mm，本实用新型特别限定了渐缩式结构一2的高度为1500～2500mm，是因为在此范围内，根据模拟结果显示，随着渐缩式结构一2高度的增加，渐缩式结构二3的平均出口速度基本不变，吸入外界空气量减少，乏风收集率上升，但压损也随之增加，因此，根据矿方对压损的要求，确定渐缩式结构一2为1500～2500mm。
44.渐缩式结构一2的缩小角度为15～25
°
，需要说明的是，不同渐缩式结构一2的缩小角度的仿真模拟的速度云图、压力云图和组分云图显示中心截面呈现相似的压力与速度分布，但随着渐缩式结构一2的缩小角度的增加，收集装置压损升高十分明显。选择渐缩式结构一2的缩小角度为15～25
°
时，对乏风扩散塔6阻力增加约20pa，影响很小可以忽略。
45.渐缩式结构二3外壁均匀设置有加固件7，加固件7为加固肋，且渐缩式结构二3底部设置有支架5。
46.需要说明的是，本实用新型的收集装置不运行情况下，乏风将从收集装置上方的渐缩式结构一2开口流出，不会影响矿井井下通风；收集装置运行情况下，绝大部分乏风会进入右侧渐缩式结构二3输送通道。基本流动特征为气体进入直筒后，由于右侧渐缩式结构二3连接的负压风机(和吸风道)的负压作用，沿高度方向逐渐向右偏斜。原排风出口出现局部回流现象，一部分回流气体部分经旋流作用从顶部的渐缩式结构一2出口排出，另一部分回流气体与主流回合后经渐缩式结构二3连接的负压风机(和吸风道)排出。本实用新型综合考虑了渐缩式结构一2的高度、缩小角度和渐缩式结构二3连接的负压风机(和吸风道)三个关键因素，实现了优化工况筛选。
47.实施例1
48.本实施例提供了一种半包围结构的煤矿乏风收集装置，如图1和图2所示，具体为：
49.煤矿乏风收集装置包括筒体1，筒体1的一端设置有渐缩式结构一2，另一端连接煤矿乏风扩散塔6的出口处，筒体1的一侧外壁设置有渐缩式结构二3，且渐缩式结构一2的大直径处和渐缩式结构二3的大直径处朝向筒体1，渐缩式结构二3的小直径处外接有风道和负压风机，煤矿乏风收集装置的材质为碳钢，煤矿乏风收集装置为一体式结构，筒体1的另一端连接煤矿乏风扩散塔6的出口处的连接方式为柔性连接。
50.筒体1的高度为8000mm，内径为9540mm，负压风机给出的负压值为-90pa，渐缩式结构一2的高度为2000mm，渐缩式结构一2的缩小角度为20
°
，渐缩式结构二3的长度为13000mm，渐缩式结构二3的缩小角度为15
°
，其收缩后的截面面积为6000
×
4500mm，渐缩式结构二3外壁均匀设置有加固件7，渐缩式结构二3的小直径处为负压风机接入口4，加固件7为加固肋，且渐缩式结构二3底部设置有支架5，此时收集装置的乏风收集率为71.2％。
51.申请人声明，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本实用新型的保护范围和公开范围之内。