權利要求

1.金屬礦山礦用局部通風機風量補給、測定裝置，其特征在于：包括礦用局部通風與導風系統(tǒng)、風量補給系統(tǒng)和測風系統(tǒng)，三者組合布置在礦山井下需要供風的掘進作業(yè)面(1)巷道中，所述礦用局部通風與導風系統(tǒng)包括礦用局部通風機(2)、硬質風筒(3)、柔性風筒(7)，所述風量補給系統(tǒng)包括進風管(8)、進氣閥(9)、環(huán)形高壓風管(5)、弧形出風管(6)，所述測風系統(tǒng)包括皮托管(11)、U型管差壓計(12)和導壓軟管(13)。2.根據(jù)權利要求1所述的金屬礦山礦用局部通風機風量補給、測定裝置，其特征在于：所述礦用局部通風機(2)的布設方向與所處掘進作業(yè)面(1)巷道內風流方向平行，安裝于系統(tǒng)通風有新鮮風流的巷道上風處，從巷道中吸取的風量不超過該巷道總風量的70％。 3.根據(jù)權利要求1所述的金屬礦山礦用局部通風機風量補給、測定裝置，其特征在于：所述硬質風筒(3)包括筒體(14)、卡口封條(15)、連接抱箍(16)和扣條(17)，所述硬質風筒(3)筒徑與所述礦用局部通風機(2)擴散器出口直徑相配套，并采用所述扣條(17)扣緊所述連接抱箍(16)設置的所述卡口封條(15)與所述礦用局部通風機(2)連接。 4.根據(jù)權利要求3所述的金屬礦山礦用局部通風機風量補給、測定裝置，其特征在于：所述硬質風筒(3)長度600mm，所述筒體(14)的內筒壁與外筒壁為雙層鋼板與無鹵阻燃樹脂材料復合的結構，所述筒體(14)上方預留測壓孔(4)。 5.根據(jù)權利要求4所述的金屬礦山礦用局部通風機風量補給、測定裝置，其特征在于：所述測壓孔(4)的開孔方向與所述硬質風筒(3)內風流方向垂直，孔徑φ15mm。 6.根據(jù)權利要求3～5任一項所述的金屬礦山礦用局部通風機風量補給、測定裝置，其特征在于：所述柔性風筒(7)筒徑與所述硬質風筒(3)筒徑配套，采用所述扣條(17)扣緊所述連接抱箍(16)設置的所述卡口封條(15)與所述硬質風筒(3)進行固定連接，所述柔性風筒(7)出風口到所述掘進工作面(1)的距離為5m。 7.根據(jù)權利要求1所述的金屬礦山礦用局部通風機風量補給、測定裝置，其特征在于：所述進風管(8)、進氣閥(9)、環(huán)形高壓風管(5)、弧形出風管(6)與所述礦用局部通風機(2)放置同一巷道，所述進風管(8)進風端與外置空壓機出風管(10)連接，所述進風管(8)出風端與所述硬質風筒(3)內部鑲嵌的所述環(huán)形高壓風管(5)連接，若干個所述弧形出風管(6)對稱布置固定在所述環(huán)形高壓風管(5)內側。 8.根據(jù)權利要求7所述的金屬礦山礦用局部通風機風量補給、測定裝置，其特征在于：所述弧形出風管(6)形狀為弧形，數(shù)量為4個，按90°均勻并交叉固定在環(huán)形高壓風管(5)內側，所述弧形出風管(6)垂直高度100mm。 9.一種適合于金屬礦山礦用局部通風機風量補給、測定方法，其特征在于：包括以下步驟： S1：根據(jù)局部通風系統(tǒng)建設情況，結合掘進工作面(1)規(guī)格尺寸及特性，計算掘進工作面需風量，按照工作面規(guī)格尺寸，匹配合適的礦用局部通風機(2)、硬質風筒(3)和柔性風筒(7)，構建礦用局部通風機與導風組件系統(tǒng)； S2：通過現(xiàn)場直接讀取U型管差壓計(12)管內兩側的水柱高度差，換算硬質風筒(3)中心的實測動壓值和流速，利用流體力學中風流動壓和速度的關系，推導出簡單實用的礦用局部通風機(2)風量簡化計算公式，得到礦用局部通風機(2)實際輸出風量。 S3：隨著掘進距離增長，柔性風筒(7)出風口需與掘進工作面(1)一直保持5m的距離，將礦用局部通風機(2)實際輸出風量與預設條件下風量進行數(shù)值比對，如果實際輸出風量低于預設條件下風量值，啟動空壓機壓風系統(tǒng)，通過調節(jié)空壓機出風管道上的進氣閥(9)，控制從進風管(8)進入到硬質風筒(3)內的風量，直至送達掘進工作面(1)風量值滿足預設條件下風量要求。 10.根據(jù)權利要求9所述的金屬礦山礦用局部通風機風量補給、測定方法，其特征在于：所述步驟S2中，所述皮托管(11)由雙層套管組成一個探頭來取出所述硬質風筒(3)內氣流的全壓和靜壓，將所述皮托管(11)探頭插入所述測壓孔(4)，所述硬質風筒(3)內氣流壓力經所述皮托管(11)探頭進入所述皮托管(11)，其中從朝著氣流方向的取壓管取出全壓，垂直于氣流方向的一排開孔取出靜壓，采用所述導壓軟管(13)分別將所述皮托管(11)的全壓檢測孔和靜壓檢測孔鏈接到U型管差壓計(12)的高壓端口和低壓端口，所述U型管差壓計(12)管內兩側的水柱高度差即可換算所述硬質風筒(3)中心的動壓值和流速。

說明書

技術領域

本發(fā)明涉及礦石開采技術領域，尤其涉及一種金屬礦山礦用局部通風機風量補給、測定裝置及方法。

背景技術

礦井的獨頭掘進通風方法主要有壓入式、抽出式、壓抽混合式局部通風方法，通過機械動力促使新鮮風流從局部通風機入口流入，在局部通風機的作用下沿風筒到達掘進工作面，稀釋、沖淡并排出各種有害氣體和粉塵的過程，從而創(chuàng)造良好的井下工作環(huán)境。當掘進距離增長、風阻變大時，就會造成風筒出口風量減小，送達到工作面的風量不夠，易引起中毒窒息事故。

礦用局部通風機風量補給和測定的方法主要有變頻調速、增加(變更)風機及增加壓風補償裝置提高送風量，然后采用機械風表式、傳感器或壓差法對風量進行測定。近年來，礦用局部通風機風量補給及測定技術得到不斷改進，主要有以下幾種：

第一種是關于《礦井通風風量測量及誤差補償?shù)姆抡嫜芯俊?中國安全科學學報，2018,28(05))提出的一種風量測量及補償方法，采用搭建測試支架安裝多個風速傳感器的方法,所得到的誤差補償算法可提高風量測量的準確性,且設計的風量測試系統(tǒng)可實現(xiàn)風量測試的功能。但局部通風機及所接風筒內部空間較小，通過安設多個傳感器測風量難度較大，且對風機風量補給方面提及較少。

第二種專利號201820501098.2提出一種空壓機風量補償裝置和風量補償系統(tǒng)，采用變頻器補償風機的電機的轉速進行調整，解決了空壓機在高海拔地區(qū)出口壓力偏低的問題。但變頻器主要靠內部IGBT模塊的開斷來調整輸出頻率，當用戶需要的平均流量較小時，采用變頻調速使其轉速降低，節(jié)能效果非常明顯。由于輸出頻率最大值也不超過工頻，對風量補給能力有限。另外，變頻器一般對負載比較大的設備比較適用，對低功率礦用局部通風機的風量調節(jié)作用有限。

第三種是專利號CN201910315934.7提出一種局部通風機風量補償裝置,采用在鐵風筒的外壁沿周向對稱增加L形進風管的方式，提高管道風量，該方法需在鐵風筒四周打孔，實施難度較大，且打孔處若密封不嚴會造成風流逸出，同時，該裝置無法對風機的實際輸出風量大小進行判別。

綜上，基于金屬礦山局部通風的原理，并結合井下獨頭掘進巷道不斷延伸的特殊性，設計一套簡單實用的礦用局部通風機風量補給及測定裝置成為難題。

發(fā)明內容

本發(fā)明要解決的技術問題是：克服現(xiàn)有技術中存在的不足，提供一種金屬礦山礦用局部通風機風量補給、測定裝置及方法。

本發(fā)明解決上述技術問題的技術方案如下：

一種金屬礦山礦用局部通風機風量補給及測定裝置，包括礦用局部通風與導風系統(tǒng)、風量補給系統(tǒng)和測風系統(tǒng)，三者組合布置在礦山井下需要供風的掘進作業(yè)面巷道中，所述礦用局部通風與導風系統(tǒng)包括礦用局部通風機、硬質風筒、柔性風筒，所述風量補給系統(tǒng)包括進風管、進氣閥、環(huán)形高壓風管、出風管，所述測風系統(tǒng)包括皮托管、U型管差壓計和導壓軟管。

優(yōu)選的，所述礦用局部通風機的布設方向與所處掘進作業(yè)面巷道內風流方向平行，安裝于系統(tǒng)通風有新鮮風流的巷道上風處，從巷道中吸取的風量不超過該巷道總風量的70％。

優(yōu)選的，所述硬質風筒包括筒體、卡口封條、連接抱箍和扣條，所述硬質風筒筒徑與所述礦用局部通風機擴散器出口直徑相配套，并采用所述扣條扣緊所述連接抱箍設置的所述卡口封條與所述礦用局部通風機連接。

優(yōu)選的，所述硬質風筒長度600mm，所述筒體的內筒壁與外筒壁為雙層鋼板與無鹵阻燃樹脂材料復合的結構，所述筒體上方預留測壓孔。

優(yōu)選的，所述測壓孔的開孔方向與所述硬質風筒內風流方向垂直，孔徑φ15mm。

優(yōu)選的，所述柔性風筒筒徑與所述硬質風筒筒徑配套，采用所述扣條扣緊所述連接抱箍設置的所述卡口封條與所述硬質風筒進行固定連接，所述柔性風筒出風口到所述掘進工作面的距離為5m。

優(yōu)選的，所述進風管、進氣閥、環(huán)形高壓風管、出風管與所述礦用局部通風機放置同一巷道，所述進風管進風端與外置空壓機出風管連接，所述進風管出風端與所述硬質風筒內部鑲嵌的所述環(huán)形高壓風管連接，若干個所述出風管對稱布置固定在所述環(huán)形高壓風管內側。

優(yōu)選的，所述出風管形狀為弧形，數(shù)量為4個，按90°均勻并交叉固定在環(huán)形高壓風管內側，所述出風管垂直高度100mm。

本發(fā)明還提供了一種適合于金屬礦山礦用局部通風機風量補給及測定方法，包括以下步驟：

S1：根據(jù)局部通風系統(tǒng)建設情況，結合掘進工作面規(guī)格尺寸及特性，計算掘進工作面需風量，按照工作面規(guī)格尺寸，匹配合適的礦用局部通風機、硬質風筒和柔性風筒，構建礦用局部通風機與導風組件系統(tǒng)；

S2：通過現(xiàn)場直接讀取U型管差壓計管內兩側的水柱高度差，換算硬質風筒中心的實測動壓值和流速，利用流體力學中風流動壓和速度的關系，推導出簡單實用的礦用局部通風機風量簡化計算公式，得到礦用局部通風機實際輸出風量。

S3：隨著掘進距離增長，柔性風筒出風口需與掘進工作面一直保持5m的距離，將礦用局部通風機實際輸出風量與預設條件下風量進行數(shù)值比對，如果實際輸出風量低于預設條件下風量值，啟動空壓機壓風系統(tǒng)，通過調節(jié)空壓機出風管道上的進氣閥，控制從進風管進入到硬質風筒內的風量，直至送達掘進工作面風量值滿足預設條件下風量要求。

優(yōu)選的，所述步驟S2中，所述皮托管由雙層套管組成一個探頭來取出硬質風筒內氣流的全壓和靜壓，其中從朝著氣流方向的取壓管取出全壓，垂直于氣流方向的一排開孔取出靜壓，采用導壓軟管分別將皮托管的全壓檢測孔和靜壓檢測孔鏈接到U型管差壓計的高壓端口和低壓端口。將皮托管探頭插入測壓孔，硬質風筒內氣流壓力經皮托管探頭進入皮托管，U型管差壓計管內兩側的水柱高度差即可換算硬質風筒中心的動壓值和流速。

本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明提供的一種適合于金屬礦山礦用局部通風機風量補給及測定裝置及方法，可根據(jù)巷道掘進的推進，在不增加局部通風機臺數(shù)和更換型號的情況下，通過對風筒內的風壓和風量進行可控式補償，較好地解決因掘進距離變長，通風阻力增大造成經柔性風筒送達工作面的風量減小的問題，保障了掘進工作面的風量和風質符合設計要求。

2、本發(fā)明提供的一種適合于金屬礦山礦用局部通風機風量補給及測定裝置及方法，可借助皮托管和U型管差壓計測定風筒中心的動壓，利用流體力學中風流動壓和速度的關系，推導出簡單實用的局部通風機風量簡化計算公式，解決了傳統(tǒng)人工測定風量的安全健康和精準度問題。

3、本發(fā)明提供的一種適合于金屬礦山礦用局部通風機風量補給及測定裝置及方法，可根據(jù)局部通風機反饋的實際供風量監(jiān)測值與計算的掘進工作面需風量目標值的大小關系，通過調節(jié)空壓機出風管道上的進氣閥，控制從進風管進入到硬質風筒內的風量，從而實現(xiàn)增補柔性風筒出風口的風壓以及風量的目的。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的優(yōu)選實施例中金屬礦山礦用局部通風機風量補給、測定裝置結構圖；

圖2為本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中硬質風筒連接端截面示意圖；

圖3為本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中金屬礦山礦用局部通風機風量補給、測定方法流程圖；

圖中，1、掘進作業(yè)面；2、礦用局部通風機；3、硬質風筒；4、測壓孔；5、環(huán)形高壓風管；6、弧形出風管；7、柔性風筒；8、進風管；9、進氣閥；10、外置空壓機出風管；11、皮托管；12、U型管差壓計；13、導壓軟管；14、筒體；15、卡口封條；16、連接抱箍；17、扣條。

具體實施方式

以下對本發(fā)明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。

請參閱圖1～圖2，本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中提供一種適合于金屬礦山礦用局部通風機風量補給及測定裝置，包括礦用局部通風與導風系統(tǒng)、風量補給系統(tǒng)和測風系統(tǒng)，三者組合布置在礦山井下需要供風的掘進作業(yè)面1巷道中，所述礦用局部通風與導風系統(tǒng)包括礦用局部通風機2、硬質風筒3、柔性風筒7，所述風量補給系統(tǒng)包括進風管8、進氣閥9、環(huán)形高壓風管5、弧形出風管6，所述測風系統(tǒng)包括皮托管11、U型管差壓計12和導壓軟管13。

在上述實施例中，本發(fā)明根據(jù)局部通風系統(tǒng)建設情況，通過增加壓風裝置加速風筒壁周邊風流流速，設置簡單可靠的皮托管測壓組件，對風筒內動壓進行實測，計算出局部通風機實際風量。在不變更或不增加局部通風機的情況下很好地解決了通風距離增長、風阻增大造成到達工作面的風量減小的問題，確保到達工作面的風量滿足安全要求。

本發(fā)明實施例中，掘進作業(yè)面1為新開掘的一條獨頭巷道，無貫穿風流經過，需新建機械壓入式或抽出式局部通風系統(tǒng)。沿掘進巷道布設的風筒長度需隨著掘進的推進而增長，風阻變大時，風筒出口風量減小，造成送達到工作面的風量不夠。

本發(fā)明實施例中，礦用局部通風機2的布設方向與所處掘進作業(yè)面1巷道內風流方向平行，安裝于系統(tǒng)通風有新鮮風流的巷道上風處，從巷道中吸取的風量不超過該巷道總風量的70％。

本發(fā)明實施例中，硬質風筒筒體14上方預留測壓孔4。測壓孔4的開孔方向硬質風筒3內風流方向垂直，孔徑φ15mm。

本發(fā)明實施例中，柔性風筒7筒徑與硬質風筒3筒徑配套，與硬質風筒的連接方式仍采用扣條17扣緊連接抱箍16設置的兩座卡口封條15進行固定連接，避免漏風。柔性風筒7出風口到掘進工作面1的距離為5m。

本發(fā)明實施例中，進風管8、進氣閥9、環(huán)形高壓風管5、弧形出風管6與礦用局部通風機2放置同一巷道，進風管8進風端與外置空壓機出風管10連接，出風端與硬質風筒3內部鑲嵌的環(huán)形高壓風管5連接。

請參閱圖2，本發(fā)明實施例中，硬質風筒3長度600mm，筒徑與礦用局部通風機2擴散器出口直徑配套，包括有筒體14、卡口封條15、連接抱箍16。筒體14為雙層鋼板與無鹵阻燃樹脂材料復合的結構，雙層鋼板分別為筒體14的內筒壁與外筒壁。硬質風筒與局部通風機的連接處，通過連接抱箍16進行固定連接，使用時將抱箍16上設置的兩座卡口封條15用扣條17扣緊即可。

本發(fā)明實施例中，進風管8、進氣閥9、環(huán)形高壓風管5、弧形出風管6與礦用局部通風機2放置同一巷道，進風管8進風端與外置空壓機出風管10連接，出風端與硬質風筒3內部鑲嵌的環(huán)形高壓風管5連接，空壓機提供的風量經進風管8進入環(huán)形高壓風管5后，從固定在環(huán)形高壓風管5內側對稱布置的4個弧形出風管6壓入硬質風筒3，弧形出風管6出風口與硬質風筒3內風流方向一致。4個弧形出風管6按90°均勻并交叉固定在環(huán)形高壓風管5內側，出風管6垂直高度100mm。

本發(fā)明實施例中，進氣閥9可根據(jù)測風系統(tǒng)反饋的實際供風量監(jiān)測值與計算的掘進工作面需風量目標值的大小關系，進行手動調節(jié)，控制從進風管進入到硬質風筒內的風量，從而實現(xiàn)增補柔性風筒出風口的風壓以及風量的目的。

本發(fā)明實施例中，皮托管11帶刻度標識，由雙層套管組成一個探頭來取出硬質風筒3內氣流的全壓和靜壓。其中從朝著氣流方向的取壓管取出全壓，垂直于氣流方向的一排開孔取出靜壓，采用導壓軟管13分別將皮托管的全壓檢測孔和靜壓檢測孔鏈接到U型管差壓計12的高壓端口和低壓端口。將皮托管11探頭插入測壓孔4，硬質風筒3內氣流壓力經皮托管探頭進入皮托管11，U型管差壓計12管內兩側的水柱高度差即可換算硬質風筒3中心的動壓值和流速，從而間接得到礦用局部通風機2實際輸出風量。

請參閱圖3，為了進一步更好的解釋說明上述實施例，本發(fā)明還提供：一種適合于金屬礦山礦用局部通風機風量補給及測定裝置及方法，包括以下步驟：

步驟一：根據(jù)局部通風系統(tǒng)建設情況，結合掘進作業(yè)面規(guī)格尺寸及特性，計算掘進作業(yè)面需風量，按照掘進作業(yè)面規(guī)格尺寸，匹配合適的礦用局部通風機2、硬質風筒3和柔性風筒7，構建礦用局部通風與導風系統(tǒng)。

步驟二：通過讀取U型管差壓計12管內兩側的水柱高度差，換算硬質風筒3中心的實測動壓值。利用流體力學中風流動壓和速度的關系，可以推導出簡單實用的局部通風機風量簡化計算公式，從而得到礦用局部通風機2實際輸出風量。

步驟三：隨著掘進距離增長，柔性風筒7出風口需與掘進作業(yè)面1一直保持5m的距離。將礦用局部通風機2實際輸出風量與預設條件下風量進行數(shù)值比對。如果實際輸出風量低于預設條件下風量值，啟動空壓機壓風系統(tǒng)，通過調節(jié)空壓機出風管10上的進氣閥，控制從進風管8進入到硬質風筒3內的風量，直至送達掘進作業(yè)面1風量值滿足預設條件下風量要求，最終實現(xiàn)增補柔性風筒出風口的風壓以及風量的目的。

在上述實施例中，由圖3可以看出，本發(fā)明可準確的測定掘進作業(yè)面的風量值，監(jiān)測數(shù)據(jù)可以文字方式動態(tài)顯示；將局部通風機實際輸出風量與預設條件下風量進行數(shù)值比對。如果實際輸出風量低于預設條件下風量值，啟動空壓機壓風系統(tǒng)，通過調節(jié)空壓機出風管10上的進氣閥，控制從進風管8進入到硬質風筒3內的風量，直至送達掘進作業(yè)面1風量值滿足預設條件下風量要求。

根據(jù)局部通風系統(tǒng)建設情況，結合掘進作業(yè)面1規(guī)格尺寸及特性，計算掘進作業(yè)面1需風量目標值，按照工作面規(guī)格尺寸，匹配合適的礦用局部通風機2、硬質風筒3和柔性風筒7，構建礦用局部通風與導風系統(tǒng)。讀取U型管差壓計12管內兩側的水柱高度差，換算硬質風筒3中心的實測動壓值，利用流體力學中風流動壓和速度的關系，計算礦用局部通風機2實際輸出風量。隨著掘進距離增長，柔性風筒7出風口需與工作面一直保持5m的距離。將礦用局部通風機2實際輸出風量與預設條件下風量進行數(shù)值比對。如果實際輸出風量低于預設條件下風量值，啟動空壓機壓風系統(tǒng)，通過調節(jié)空壓機出風管10上的進氣閥，控制從進風管8進入到硬質風筒3內的風量，直至送達掘進作業(yè)面1風量值滿足預設條件下風量要求。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。

金屬礦山礦用局部通風機風量補給、測定裝置和方法.pdf