一种矿井巷道断面风速检测装置的制作方法

本发明涉及矿井巷道断面风速检测，尤其涉及一种矿井巷道断面风速检测装置。

背景技术：

1、矿井巷道断面风速监测是矿井通风建设的重要环节，是保证煤矿企业安全高效生产的基础。为精确获取断面平均风速，当前主要技术手段有：

2、1、依据巷道形状、尺寸，通过对风场分布模型，确定平均风速分布区域，在该区域内安装风速传感器，将传感器数据作为断面的平均风速；该方法“以点代面”，极易受风场扰动影响，安装位置受风场模型约束。

3、2、在巷道断面布置多传感器或者动态自动测风装置，获取断面上多点风速数据，进而计算断面平均风速；该方法整体实现成本高，且会阻挡巷道人物通行。

4、3、基于超声波时差法原理，在巷道两侧分别安装超声波探头，实现对巷道断面线风速直接实时测量，由于直接测量的是线平均风速而非点风速，因此测得的巷道平均风速精度更高；该方法需要人为输入装置安装的巷道轴向距离、横向距离等参数，用于进行风向夹角的计算，由于采用人工测量易引入人为误差。

5、因此，现在研发了一种无需输入巷道参数，完全由装置自动完成风速的检测，使用简单，准确度更高的矿井巷道断面风速检测装置。

技术实现思路

1、为了克服现有需要输入巷道参数，而巷道参数需要人工进行测量的缺点，本发明提供一种无需输入巷道参数，完全由装置自动完成风速的检测，使用简单，准确度更高的矿井巷道断面风速检测装置。

2、本发明的技术方案为：一种矿井巷道断面风速检测装置，包括有立柱、横架、超声波检测机构和视觉检测机构，横架左右两部下侧均连接有立柱，立柱上均设有超声波检测机构，横架上设有视觉检测机构。

3、作为本发明的一种优选技术方案，超声波检测机构包括有滑座、第一安装框、超声波探头、第二安装框、第一电机和皮带组，立柱上均滑动式连接有滑座，左部的滑座上连接有第一安装框，第一安装框前后两部右侧均连接有超声波探头，右部的滑座上连接有第二安装框，第二安装框前部上侧连接有第一电机，第二安装框上设有皮带组，皮带组与第一电机输出轴连接，皮带组上也连接有超声波探头，滑座控制第一安装框和第二安装框在立柱上进行上下滑动，改变超声探头的位置，而第一电机输出轴转动控制皮带组运行，皮带组运行改变超声波探头之间的距离。

4、作为本发明的一种优选技术方案，视觉检测机构包括有连接板、横板、烟雾喷吐器和视觉检测探头，横架中部下侧连接有连接板，连接板底部连接有横板，横板前部连接有烟雾喷吐器，横板后部连接有视觉检测探头，烟雾喷吐器喷出有色烟雾，矿井巷道断面风吹动有色烟雾，当有色烟雾到达视觉检测探头拍摄范围时，对比有色烟雾喷出时间和拍摄记录时间，判断矿井巷道断面风速情况。

5、作为本发明的一种优选技术方案，还包括有升降机构，升降机构包括有第二电机、齿轮箱、收卷器、吊绳和定滑轮，横架上连接有第二电机，横架前侧连接有齿轮箱，电机输出轴与齿轮箱连接，横架左右两部均转动式连接有收卷器，收卷器均与齿轮箱连接，收卷器均与同侧的滑座之间连接有吊绳，立柱上部均转动式连接有定滑轮，吊绳均绕过相邻的定滑轮，第二电机输出轴转动通过齿轮箱进行传动换向，使得收卷器旋转对吊绳进行收卷和释放，吊绳收卷时向上牵拉滑座，吊绳释放时滑座在自重作用下向下滑动。

6、作为本发明的一种优选技术方案，还包括有聚集机构，聚集机构包括有吊架、玻璃框和有色板，横板底部连接有吊架，吊架下部连接有玻璃框，玻璃框内后部下侧连接有有色板，烟雾喷吐器喷出的有色烟雾进入玻璃框内，玻璃框对有色烟雾进行导向，防止有色烟雾配吹散，当有色烟雾飘散至有色板上方时，视觉检测探头通过有色烟雾和有色板的色差对比，提高视觉记录灵敏度和准确性。

7、作为本发明的一种优选技术方案，还包括有温度感应器，第一安装架框中部右侧连接有温度感应器，温度感应器用于检测记录矿井巷道断面风中的温度。

8、作为本发明的一种优选技术方案，还包括有以下计算方式：

9、s1：测风装置安装，在巷道一侧安装超声波探头t1，在巷道另一侧安装支架，支架上固定有两个超声波探头t2和t3，它们间距为l；

10、s2：探头距离及风向夹角计算，①超声波探头t1发射信号，探头t2接收，以下等式成立l1＝(c-vcosθ2)t11(1)，其中l1为探头t1与探头t2距离，c是声速，v为风速，θ2为v与l1的夹角，t11为测风装置测得t1发射超声波信号到t2接收到信号的时间；

11、②超声波探头t2发射信号，探头t1接收，以下等式成立；l1＝(c+vcosθ2)t12(2)，t12为测风装置测得t1发射超声波信号到t2接收到信号的时间；

12、③l1的计算，测风装置具有环境温度采集功能，利用(3)式得到当前环境声速c，c＝331.45+0.61t(3)，t为环境温度，单位为℃，依据式(1-3)可计算出l1的距离，测风装置重复采集计算100次，取算数平均值作为l1的最终值，同理测风装置可计算出l2值；

13、④风速夹角cosθ1、cosθ2的计算，利用余弦定理可得到：

14、至此l1,l2,cosθ1,cosθ2均为已知值；

15、s3：巷道断面风速测量，①超声波探头t1发射信号，探头t2、t3接收，得到：

16、

17、其中t1为t1发射超声波信号到t2接收到信号的时间，t2为t1发射超声波信号到t3接收到信号的时间，v1,v2均为巷道断面风速，理论上其值应一致。

18、②超声波探头t2、t3分时发射信号，探头t1接收，得到：

19、

20、③断面风速v计算，依据式(5-6)计算出断面风速v1,v2为：

21、

22、由于测风装置检测分辨率、检测精度、风场扰动等因素，通常v1,v2值相近但不相等，测风装置输出风速数据；

23、

24、本发明的有益效果：1、本发明与其它基于超声波时差法的断面风速装备，无需输入巷道参数，完全由装置自动完成风速的检测，使用简单，准确度更高。

25、2、本发明与单点风速或多点风速测量方式相比，超声波探头安装于巷道两侧，装置整体不影响人员物料通行。

26、3、本发明通过烟雾喷吐器喷出有色烟雾，当有色烟雾到达视觉检测探头拍摄范围时，对比有色烟雾喷出时间和拍摄记录时间，判断矿井巷道断面风速情况，能够精准的检测矿井巷道断面风速情况。

技术特征：

1.一种矿井巷道断面风速检测装置，其特征在于：包括有立柱(1)、横架(11)、超声波检测机构(2)和视觉检测机构(3)，横架(11)左右两部下侧均连接有立柱(1)，立柱(1)上均设有超声波检测机构(2)，横架(11)上设有视觉检测机构(3)。

2.如权利要求1所述的一种矿井巷道断面风速检测装置，其特征在于：超声波检测机构(2)包括有滑座(20)、第一安装框(21)、超声波探头(22)、第二安装框(23)、第一电机(24)和皮带组(25)，立柱(1)上均滑动式连接有滑座(20)，左部的滑座(20)上连接有第一安装框(21)，第一安装框(21)前后两部右侧均连接有超声波探头(22)，右部的滑座(20)上连接有第二安装框(23)，第二安装框(23)前部上侧连接有第一电机(24)，第二安装框(23)上设有皮带组(25)，皮带组(25)与第一电机(24)输出轴连接，皮带组(25)上也连接有超声波探头(22)，滑座(20)控制第一安装框(21)和第二安装框(23)在立柱(1)上进行上下滑动，改变超声探头的位置，而第一电机(24)输出轴转动控制皮带组(25)运行，皮带组(25)运行改变超声波探头(22)之间的距离。

3.如权利要求2所述的一种矿井巷道断面风速检测装置，其特征在于：视觉检测机构(3)包括有连接板(30)、横板(31)、烟雾喷吐器(32)和视觉检测探头(33)，横架(11)中部下侧连接有连接板(30)，连接板(30)底部连接有横板(31)，横板(31)前部连接有烟雾喷吐器(32)，横板(31)后部连接有视觉检测探头(33)，烟雾喷吐器(32)喷出有色烟雾，矿井巷道断面风吹动有色烟雾，当有色烟雾到达视觉检测探头(33)拍摄范围时，对比有色烟雾喷出时间和拍摄记录时间，判断矿井巷道断面风速情况。

4.如权利要求3所述的一种矿井巷道断面风速检测装置，其特征在于：还包括有升降机构(4)，升降机构(4)包括有第二电机(40)、齿轮箱(41)、收卷器(42)、吊绳(43)和定滑轮(44)，横架(11)上连接有第二电机(40)，横架(11)前侧连接有齿轮箱(41)，电机输出轴与齿轮箱(41)连接，横架(11)左右两部均转动式连接有收卷器(42)，收卷器(42)均与齿轮箱(41)连接，收卷器(42)均与同侧的滑座(20)之间连接有吊绳(43)，立柱(1)上部均转动式连接有定滑轮(44)，吊绳(43)均绕过相邻的定滑轮(44)，第二电机(40)输出轴转动通过齿轮箱(41)进行传动换向，使得收卷器(42)旋转对吊绳(43)进行收卷和释放，吊绳(43)收卷时向上牵拉滑座(20)，吊绳(43)释放时滑座(20)在自重作用下向下滑动。

5.如权利要求4所述的一种矿井巷道断面风速检测装置，其特征在于：还包括有聚集机构(5)，聚集机构(5)包括有吊架(50)、玻璃框(51)和有色板(52)，横板(31)底部连接有吊架(50)，吊架(50)下部连接有玻璃框(51)，玻璃框(51)内后部下侧连接有有色板(52)，烟雾喷吐器(32)喷出的有色烟雾进入玻璃框(51)内，玻璃框(51)对有色烟雾进行导向，防止有色烟雾配吹散，当有色烟雾飘散至有色板(52)上方时，视觉检测探头(33)通过有色烟雾和有色板(52)的色差对比，提高视觉记录灵敏度和准确性。

6.如权利要求5所述的一种矿井巷道断面风速检测装置，其特征在于：还包括有温度感应器(6)，第一安装架框中部右侧连接有温度感应器(6)，温度感应器(6)用于检测记录矿井巷道断面风中的温度。

7.如权利要求6所述的一种矿井巷道断面风速检测装置，其特征在于：还包括有以下计算方式：

技术总结
本发明涉及矿井巷道断面风速检测技术领域，尤其涉及一种矿井巷道断面风速检测装置。本发明提供一种无需输入巷道参数，完全由装置自动完成风速的检测，使用简单，准确度更高的矿井巷道断面风速检测装置。一种矿井巷道断面风速检测装置，包括有立柱、横架、超声波检测机构和视觉检测机构，横架左右两部下侧均连接有立柱，立柱上均设有超声波检测机构，横架上设有视觉检测机构。本发明与其它基于超声波时差法的断面风速装备，无需输入巷道参数，完全由装置自动完成风速的检测，使用简单，准确度更高。

技术研发人员：孟刚,陈建华,马彬,王庆永,刘超,李志,任磊磊,李耕俊
受保护的技术使用者：淮北矿业股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/7/15