[发明专利]区域化组合雾场-多粒径粉尘颗粒撞凝行为特征试验平台

说明书

本发明公开了一种区域化组合雾场‑多粒径粉尘颗粒撞凝行为特征试验平台，属于岩土工程安全生产领域。其包括定量煤/岩发尘系统、多区域颗粒凝并特征监测系统、多面激光同步控制发射系统及动态显微摄像系统，定量煤/岩发尘系统包括控制台、多粒径煤/岩发尘装置及动力装置，多粒径煤/岩发尘装置位于控制台上，在控制台的上方设置有发尘约束罩，多粒径煤/岩发尘装置通过刨钉式发尘器实现对煤/岩试样的机械性敲击来获得不同粒径的粉尘颗粒。本发明试验平台可同时解决雾化降尘过程中，定量化机械刨钉式产尘、颗粒抛射距离远、全尺寸粒径粉尘供给、分区域降尘监测、多点独立水压喷嘴控制、水‑尘混合物撞击能量和粘度监测的技术问题。

技术领域

本发明属于煤矿开采、金属矿山开采、隧道钻进等岩土工程安全生产领域，具体涉及一种兼多粒径定量煤(岩)机械发尘、区域化组合雾场颗粒群撞凝特征监测试验平台。

背景技术

随着我国煤矿采掘机械化水平提高，作业产尘量也成倍增加，高浓度粉尘的危害主要表现在导致尘肺病，危害矿工的身体健康，因此，降低岩土工程开掘粉尘浓度和减少呼吸性粉尘的危害已成为煤矿职业安全健康的重要研究课题。

喷雾降尘技术是采掘工作面中最为常用的粉尘防治手段。如果能提高水对微细粉尘的捕集效果，对于煤矿井下除尘系统更有实际意义。水对粉尘的润湿、凝并研究是一个跨学科的、多学科的研究课题，不仅在防尘问题上，而且在环保、气象、化工、冶金等方面也都涉及到这类理论问题。从宏观、介观和微观层面探讨雾滴粉尘颗粒耦合问题，加深对于喷雾降尘机理的研究工作，无疑是最好的解决方式之一。风流条件下雾滴与粉尘碰撞凝并是十分复杂的三相流问题，迄今为止，鲜有通过实验手段获得全尺寸粒径(毫米级、微米级、纳米级)粉尘颗粒-雾滴凝并、沉降过程的研究成果及相关报道，而且设计一种兼多粒径定量煤(岩)发尘、全尺寸区域化组合雾场颗粒群撞凝特征监测试验平台也没有相关研究报道。

而现有技术中液滴与颗粒碰撞的试验平台，大多数集中于雾滴与粉尘碰撞的监测方面，忽略了以下方面：

1)无法模拟现场机械切割岩石的产尘现象，相关现有技术往往借助打磨好的粉尘颗粒放入颗粒供给装置进行试验，与实际生产条件不符；

2)以往颗粒供给装置给出的粉尘粒径局限在一定范围内，无法实现现场工作环境内全尺寸粒径(毫米级、微米级、纳米级)粉尘颗粒供给，粉尘粒径的选择不具有客观性；

3)无法实现针对不同岩性岩石的定量化产尘，即通过改变产尘设备机械参数，针对不同岩石产生1nm～2cm范围内粉尘颗粒；

4)无法实现全尺寸粒径颗粒大范围抛射，不同颗粒抛射位置不同，随之降尘效果不同，抛射范围大可以完成对粉尘降尘区域分级研究；

5)相关研究中粉尘-雾滴凝并区域固定于一定范围内，无法实现对不同喷射初速度条件下粉尘颗粒的监测捕捉，即机械切割岩石产生的粉尘会喷射到不同区域，不同区域内粉尘粒径存在较大差别，以往设备无法实现区域化监测；

6)以往液滴产生装置相关技术往往集中在可滑动调节、喷嘴类型组合方面，忽略雾场大小组合，无法实现对单点喷嘴的水压控制，即多个同类型喷嘴的不同水压控制；

7)缺少对粉尘-雾滴撞凝后能量降低程度的监测，通过对比降尘前后、不同降尘方式下粉尘碰撞透明监测舱承受的撞击能量大小，侧面反映降尘效果的优劣；

8)无法实现对喷雾降尘后水-尘混合物的相关物理参数的监测，以往研究将水-尘混合物直接排至污水处理装置中，缺少对水-尘混合物粘度、流速的监测，监测数据可以进一步反应不同粒径区域内粉尘-雾滴撞凝特征。

在降尘研究方面，现有技术相关的研究报道主要有：