[发明专利]一种采掘工作面作业过程产尘分析模拟试验系统

说明书

一种采掘工作面作业过程产尘分析模拟试验系统。它主要由密封箱体单元、煤样固定单元、截割模拟单元、注水加湿单元、煤体注气单元、粉尘浓度检测单元和环境监测及调节单元组成，煤样通过煤样固定单元置于密封箱体单元一端，在煤样上方连通煤体注气单元，截割模拟单元安装在密封箱体单元内与煤样相对的位置，密封箱体单元上方还设有注水加湿单元，粉尘浓度检测单元和环境监测及调节单元分别连通至密封箱体单元内部。本发明能够全面模拟和监测深部高温‑高湿环境采掘工作面的产尘，结构简单、适应性强、使用效果好。

技术领域

本发明涉及一种采掘工作面作业过程产尘分析模拟试验系统，尤其适用于对粉化煤样品进行不同瓦斯含量、不同温度和湿度条件煤样机械截割产尘试验。

背景技术

中国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，“富煤、缺油、少气”的能源资源特征决定了煤炭在我国一次性能源中的主体地位。在我国煤炭开采技术和装备快速发展的背景下，开采强度不断提高，开采水平也在不断延伸，浅部煤炭资源逐渐减少甚至枯竭，越来越多的矿井将面临的深部开采问题。我国煤矿目前开采深度平均每年以10-15m的速度增加，中东部地区的延伸速度达到了10-25m/a，全国超过800m的深井有200余处，有近50座矿井达到了1000m以下(如新汶、淄博、开滦、徐州等矿区)，预计未来20年我国很多煤矿将进入1000-1500m的开采深度。一般来说地温、地压随深度的增加呈线性增加趋势，而岩爆、冲击地压与煤与瓦斯爆炸等突变呈非线性增长；在深部高地应力、高地温、高瓦斯、高水压等环境和高强度开采扰动下，矿井地质灾害显现越来越频繁，对深部资源的安全高效开采造成了巨大威胁。

近年来，我国煤炭科技工作者对煤矿冲击地压、煤与瓦斯突出(爆炸)、突水和煤炭自燃的防治基础理论与技术方面进行了大量深入的研究，相应的法律法规不断完善，各项有力技术措施落实，我国煤矿安全生产局面逐渐改善。然而当代采矿技术的不断发展，采掘机械化水平越来越高，实现了工作面的高产高效，为煤矿带来了巨大的经济效益，同时也带来了十分严重的粉尘职业危害问题。特别是深部高地应力条件高瓦斯突出煤层具有的煤体粉化特征，导致高强度开采粉尘灾害异常突出，加之在深部高温-高湿的极端恶劣环境工作，不仅严重损害工人的身体健康，降低劳动生产率，而且影响安全生产。

因此，粉尘危害严重威胁职工的生命安全和煤矿的安全生产，开展深部高温-高湿环境突出煤层产尘机制及防治基础研究十分必要。

已知的一种瓦斯煤尘混合爆炸模拟试验装置，由甲烷气瓶、压缩空气瓶、减压阀、电磁阀、流量计、三通、煤尘腔、阀门、真空泵、模拟巷道、试验架、防爆安全阀、点火探针、点火器、压力传感器、温度传感器、一氧化碳传感器、数据采集仪、高速摄像仪、三角支架、计算机、连接管、连接线、数据线、煤尘扫组成。该发明通过对采集的压力、温度和一氧化碳数据、瓦斯煤尘混合爆炸影像的综合分析和处理，找到瓦斯与煤尘爆炸性相互促进的规律，以及瓦斯煤尘混合爆炸的各特征参数的演化规律(如爆炸应力波传播规律、温度变化规律、一氧化碳产生与变化规律、火焰变化规律和烟气云传播规律等)。但是，无法对不同温度和湿度条件煤样机械截割产尘试验，不能模拟出采掘设备不同工作参数和结构形态下产尘特征参数(产尘量和煤尘粒径)的变化规律，最终不足以揭示深部高温-高湿环境采掘工作面松软粉化煤的产尘机制。

发明内容

为了克服现有技术的上述不足，本发明提供一种采掘工作面作业过程产尘分析模拟试验系统，该系统可以对粉化煤样品进行不同瓦斯含量、不同温度和湿度条件煤样机械截割产尘试验，模拟采掘设备不同工作参数和结构形态下产尘特征参数(产尘量和煤尘粒径)的变化规律，获得机械破煤能量、煤体力学性能指标、温度、瓦斯含量、水分含量和产尘特征参数的内在联系，确定影响深部含瓦斯煤产尘特征的关键因素和评价标准，建立采掘设备作业过程产尘量的数学模型，最终揭示深部高温-高湿环境采掘工作面松软粉化煤的产尘机制。