一种研究多类致灾因素下风流运动状态实验装置的制作方法

本发明属于矿井井巷风流灾变等技术领域，具体涉及一种研究多类致灾因素下风流运动状态实验装置。

背景技术：

矿井内发生的煤与瓦斯突出以及矿井火灾均会造成重大的人员伤亡和财产损失，两种灾害所引发的次生灾害也尤为常见，其中由于煤与瓦斯突出和矿井火灾造成的矿井井巷风流灾变也是高发二次事故。但由于灾害发生的偶然性以及灾害现场的复杂性，导致很多灾害发生后并不能及时的采取应对措施以及防止二次灾害发生的预防措施。因此，为了防范于未然，也为了使理论研究和工程实践有效的衔接，实验室模拟装置是一种非常有效的，可以在一定程度上充分认知事故原理及采取应对措施的有效手段。目前，已有相关的实验室模拟装置以灾变后矿井井巷风流的运动状态作为研究对象，开展相关研究，但大部分实验装置结构单一，仅能对单一灾变条件下的风流运动状态进行模拟，比如单一考虑煤与瓦斯突出后瓦斯风压作用下的风流运动状态或者矿井火灾发生后火风压作用下的风流运动状态，更是缺乏煤与瓦斯突出后冲击动力作用下风流运动状态的研究。矿井二次灾害的发生可能是多因素共致，因此有必要改变以往单一致灾因素。通过一体化的技术装置，可以监测多种致灾因素下的风流运动状态，研究不同类型巷道风流的运动规律。

技术实现要素：

本发明为了解决以往只对单一致灾因素作用下风流运动状态研究的问题，设计一种研究多类致灾因素下风流运动状态实验装置，通过实验装置调节以及监测传感器，数据采集系统的运用，实现风流灾变过程监测，能够分析灾变风流的运动状态，对不同类型的灾变风流运移规律进行研究，整个操作过程在同一实验装置中完成，实现了多种致灾因素下风流运动规律的研究。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种研究多类致灾因素下风流运动状态实验装置，包括冲击动力系统，气流冲击巷系统，并联巷道系统，数据采集分析系统组成，其中冲击动力系统的右端与冲击巷系统内的三通管的左端口通过法兰连接，冲击巷系统的右端与并联巷道系统内的三通管的左端口通过法兰连接。

所述的冲击动力系统包含高压瓦斯气瓶，总压表，减压阀，分压表，耐压软管，真空表，冲击动力腔体，薄膜，充气口，抽气口，真空泵组成，其中高压瓦斯气瓶与充气口通过耐压软管相连，且减压阀和分压表安装在耐压软管上，真空泵与抽气口通过耐压软管相连，同时分压表，真空表，充气口和抽气口安装在冲击动力腔体上。

所述的所述的冲击动力腔体由直径200mm，长度300mm和直径120mm，长度100mm，耐压强度均为10MPa的两节钢质圆形管道组成，冲击动力腔体的左侧封闭，冲击动力腔体的右侧设计为开口状并放置有薄膜封住腔口，其中薄膜选帆布作为材料，帆布可折叠使用，根据实验要求完成折叠使用，测试极限压力范围为0-1.5MPa。

所述的气流冲击巷系统包含三通管，直巷，法兰，阀门，进风巷，监测点，小型通风机，其中三通管的左侧端口与冲击动力腔体通过法兰连接，三通管的右侧端口与直巷通过法兰连接，三通管的下侧端口与进风巷通过法兰连接，直巷选用直径120mm，长度4500mm，耐压强度3MPa的钢质圆形管道，进风巷为直径120mm，长度100mm，耐压强度3MPa的钢质圆形管道，且进风巷上装有阀门，监测点均匀布置在直巷上，小型通风机与进风巷连接。

所述的并联巷道系统包含三通管，左侧分支，中间分支，右侧分支，上部联通巷，角联分支，下部联通巷，进风巷，回风巷，上部四通管，下部四通管，法兰，阀门，监测点，小型通风机，可调节支架，加热器，热电偶，其中三通管的左侧端口与直巷通过法兰连接，三通管的上下侧端口与左侧分支通过法兰连接，左侧分支为直径120mm，长度5000mm，耐压强度1MPa，耐温性500℃的钢质圆形管道，中间分支为直径120mm，长度5000mm，耐压强度1MPa，耐温性300℃的钢质圆形管道，右侧分支为直径150mm，长度5000mm，耐压强度1MPa，耐温性300℃的钢质圆形管道，角联分支为直径120mm，长度500mm，耐压强度1MPa，耐温性500℃的钢质圆形管道，上部联通巷和下部联通巷均为直径150mm，长度1390mm，耐压强度1MPa，耐温性300℃的钢质圆形管道，进风巷和回风巷均为直径120mm，长度300mm，耐压强度1MPa，耐温性300℃的钢质圆形管道，上部四通管的上侧端口与进风巷通过法兰连接，上部四通管的左侧端口和右侧端口与上部联通巷分别通过法兰连接，上部四通管的下侧端口与中间分支通过法兰连接，下部四通管的左侧端口和右侧端口与下部联通巷分别通过法兰连接，下部四通管的上侧端口与中间分支通过法兰连接，下部四通管的下侧端口与回风巷通过法兰连接，且左侧分支，中间分支和右侧分支的上侧均连接在上部联通巷上，同时左侧分支，中间分支和右侧分支的下侧均连接在下部连通巷上，角联分支的两侧分别连通左侧分支和中间分支，另外将加热器安装在左侧分支的左下角对左侧分支风流加热，热电偶安装在加热器上测量温度。

所述的小型通风机的电压220V，频率50HZ，风量为0-0.6m³/min，其中小型通风机放置在气流冲击巷系统和并联巷道系统内的进风巷处。

所述的左侧分支，中间分支，右侧分支与角联分支，其中左侧分支的下侧和上侧安装有阀门，左侧分支共布置有五个监测点，中间分支的上侧的装有阀门，中间分支共布置有两个监测点，右侧分支的上侧安装有阀门，右侧分支共布置有两个监测点，角联分支的中部安装有阀门。

所述的可调节支架共四个，其中两个的一端固定在地面，另一端连接下部联通巷，另外两个的一端也固定在地面，另一端连接上部联通巷上。

所述的数据采集分析系统包含监测传感器，数据采集器，计算机系统，采集线，其中监测传感器与数据采集器通过采集线连接，数据采集器与计算机系统通过采集线连接，且数据采集器设有16个采集通道，采样率为10B～500M/s，采样长度40G。

所述的监测传感器包含压力传感器，风速传感器，浓度传感器，且压力传感器的测压范围为0～1MPa，准确度等级为0.5级，频响为1000KHz，风速传感器的测量范围为0～20m/s，传感器精度为0.2％FS，响应时间为250ms，浓度传感器的量程为0～50000ppm，响应时间为800ms，分辨率为0.1％，三种传感器的测试端均通过螺栓固定在气流冲击巷系统和并联巷道系统内的监测点处，三种传感器的尾端均连接在数据采集器上。

附图说明

图1是本发明实验装置整体示意图

图2是本发明冲击动力系统示意图

图3是本发明气流冲击巷系统示意图

图4是本发明并联巷道系统示意图

图5是数据采集分析系统示意图

具体实施方式

如图1-图5所示，本发明为一种研究多类致灾因素下风流运动状态实验装置，由冲击动力系统1，气流冲击巷系统2，并联巷道系统3，数据采集分析系统4组成，其中冲击动力系统1的右端与冲击巷系统2内的三通管201的左端口通过法兰203连接，冲击巷系统2的右端与并联巷道系统3内的三通管301的左端口通过法兰312连接。冲击动力系统1包含高压瓦斯气瓶101，总压表102，减压阀103，分压表104，106，耐压软管105，111，真空表107，冲击动力腔体108，薄膜109，充气口110，抽气口112，真空泵114，其中冲击动力腔体108由直径200mm，长度300mm和直径120mm，长度100mm，耐压强度均为10MPa的两节钢质圆形管道组成，冲击动力腔体108的左侧封闭，冲击动力腔体108上装有分压表106，真空表107，充气口110和抽气口112，且冲击动力腔体108的左侧封闭，冲击动力腔体108的右侧设计为开口状并放置有薄膜109封住腔口，其中薄膜109选帆布作为材料，帆布可折叠使用，根据实验要求完成折叠使用，测试极限压力范围为0-1.5MPa；冲，高压瓦斯气瓶101与充气口110通过耐压软管105相连，且减压阀103和分压表104安装在耐压软管105上，真空泵114与抽气口112通过耐压软管111相连；气流冲击巷系统2包含三通管201，直巷202，法兰203，204，205，阀门206，207，进风巷208，监测点209，210，211，212，213，小型通风机214，其中三通管201的左侧端口与冲击动力腔体108通过法兰203连接，三通管201的右侧端口与直巷202通过法兰205连接，三通管201的下侧端口与进风巷208通过法兰204连接，直巷202选用直径120mm，长度4500mm，耐压强度3MPa的钢质圆形管道，进风巷208为直径120mm，长度100mm，耐压强度3MPa的钢质圆形管道，且进风巷208上装有阀门206，监测点209，210，211，212，213均匀布置在直巷202上，小型通风机214与进风巷208连接；并联巷道系统3包含三通管301，左侧分支302，中间分支303，右侧分支304，上部联通巷305，角联分支306，下部联通巷307，进风巷308，回风巷309，上部四通管310，下部四通管311，法兰312，313，314，315，316，317，318，319，320，321，322，阀门323，324，325，326，327，监测点328，329，330，331，332，333，334，335，336，小型通风机337，可调节支架338，339，340，341，加热器342，热电偶343，其中三通管301的左侧端口与直巷202通过法兰312连接，三通管301的上下侧端口与左侧分支302通过法兰313和法兰324连接，左侧分支302为直径120mm，长度5000mm，耐压强度1MPa，耐温性500℃的钢质圆形管道，中间分支303为直径120mm，长度5000mm，耐压强度1MPa，耐温性300℃的钢质圆形管道，右侧分支304为直径150mm，长度5000mm，耐压强度1MPa，耐温性300℃的钢质圆形管道，角联分支306为直径120mm，长度500mm，耐压强度1MPa，耐温性500℃的钢质圆形管道，上部联通巷305和下部联通巷307均为直径150mm，长度1390mm，耐压强度1MPa，耐温性300℃的钢质圆形管道，进风巷308和回风巷309均为直径120mm，长度300mm，耐压强度1MPa，耐温性300℃的钢质圆形管道，上部四通管310的上侧端口与进风巷308通过法兰316连接，上部四通管310的左侧端口和右侧端口与上部联通巷305分别通过法兰315，317连接，上部四通管310的下侧端口与中间分支303通过法兰318连接，下部四通管311的左侧端口和右侧端口与下部联通巷307分别通过法兰319，321连接，下部四通管311的上侧端口与中间分支303通过法兰320连接，下部四通管311的下侧端口与回风巷309通过法兰322连接，左侧分支302，中间分支303和右侧分支304的上侧均连接在上部联通巷305上，左侧分支302，中间分支303和右侧分支304的下侧均连接在下部连通巷307上，角联分支306的两侧分别连通左侧分支302和中间分支303，阀门323和阀门325分别安装在左侧分支302的下侧和上侧，阀门326安装在中间分支405的上侧，阀门327安装在右侧分支304的上侧，阀门324安装在角联分支306的中部，监测点328，331，332，335，336布置在左侧分支202上，监测点329，333布置在中间分支203上，监测点330，334布置在右侧分支304上；进风巷308与风机337连接；可调节支架338，339一端固定在地面，另一端连接下部联通巷307，可调节支架340，341一端固定在地面，另一端连接上部联通巷308上，加热器342安装在左侧分支的左下角对左侧分支风流加热，热电偶343安装在加热器342上测量温度；数据采集分析系统4包含监测传感器401，数据采集器402，计算机系统403，采集线404，其中监测传感器401与数据采集器402通过采集线404连接，数据采集器402与计算机系统403通过采集线连接，其中监测传感器401包含压力传感器，风速传感器，浓度传感器，且压力传感器的测压范围为0～1MPa，准确度等级为0.5级，频响为1000KHz，风速传感器的测量范围为0～20m/s，传感器精度为0.2％FS，响应时间为250ms，浓度传感器的量程为0～50000ppm，响应时间为800ms，分辨率为0.1％，三种传感器的测试端均通过螺栓固定在气流冲击巷系统3和并联巷道系统4上的监测点209，210，211，212，213，328，329，330，331，332，333，334，335，336处，三种传感器的尾端均连接在数据采集器402上；数据采集器402设有16个采集通道，采样率为10B～500M/s，采样长度40G；小型通风机214和小型通风机337的电压220V，频率50HZ，风量为0-0.6m³/min，放置在进风巷208和308处。

下面介绍一下本发明一种研究多类致灾因素下风流运动状态实验装置的原理：

一种研究多类致灾因素下风流运动状态实验装置核心在于研究冲击动力，瓦斯风压，火风压作用多种致灾因素下风流运动状态，在实验过程中，关闭阀门206，高压瓦斯气瓶101对冲击动力腔体108进行充气，诱导气体突出，从而可以模拟冲击动力作用下井巷风流的变化规律；在突出动力效应消失后，瓦斯气体进入并联分支巷道，通过调节各阀门以及可调节支架的高度，可以模拟瓦斯风压作用下不同倾角并联分支巷道内风流的变化规律；另外通过加温器加热左侧分支内的风流，同时调节各阀门以及可调节支架的高度可以模拟火风压作用下并联分支内风流的变化规律；且该装置可以同时模拟火风压和瓦斯风压作用下并联分支内风流的变化规律。由此可知，本实验装置可研究多类致灾因素下风流灾变规律，突破了以往只模拟单一灾变条件下的风流运动状态的局限。