超声波时差法检测技术在煤矿风速测量中的应用

针对在煤矿高湿、高粉尘复杂环境下,现有矿用风速检测技术难以高精度测量低风速的情况,为实现对煤矿巷道风速0~0.3 m/s区间的高精度测量,克服传感器安装角度对风速测量精度的影响,提出将超声波时差法测风原理应用于煤矿风速测量的新方案。介绍了一种新型超声波传输时间精密测量算法,并优化了超声波立面对射探头结构和低功耗驱动方法。实验结果表明:该超声波时差法检测系统实现了对煤矿风速0~15.0 m/s的高精度测量,能够较好地满足煤矿使用要求,具有良好的经济效益。     

基于Pyrosim的风速对矿井火灾蔓延规律影响研究

为探究风速对矿井火灾蔓延规律的影响,提升矿井火灾的人员逃生率,采用Pyrosim火灾仿真模拟软件,仿照矿井巷道构建模型,按照矿井火灾的特点设置火源及反应类型,分别在风速为0.5 m/s、1 m/s、2 m/s、3 m/s、4m/s和5 m/s 6种工况下进行数值模拟。模拟结束后,对数值模拟的温度及烟雾浓度数据进行处理分析,并采用Tecplot数值模拟可视化分析软件对切片进行分析。得到3 m/s风速下各监测点稳定温度随监测点距火源距离的增大先快速降低后缓慢升高至稳定,温度的下降速度较其他工况快,且稳定温度在人的承受极限内;各工况下监测点稳定温度随距离的曲线拟合呈幂函数分布,且系数与风速呈二次函数关系;3 m/s风速下稳定烟雾浓度相比于其他工况的稳定烟雾浓度低。得出:3 m/s左右的风速最利于矿井火灾人员逃生,且最经济;矿井外因火灾稳定温度与火源距离和风速间的函数公式。     

煤矿井下超声波风速传感器的设计

针对因通风问题引发的井下事故,而设计出高精度、低功耗、多样输出的超声波风速传感器。该系统基于超声波旋涡原理,用2个超声波换能器来发送和接收信号,硬件以STC80C52AD为控制器,可实现风速的本地显示,红外遥控和多样性远端传输等功能。通过现场测试,风速实际值与采样值虽接近线性关系,但小风速时会出现较大偏差,因此研究了减小测量误差的非线性补偿算法,采用非线性补偿算法后的测试结果表明,该超声波风速传感器成功的将误差控制在<0.1 m/s。     

矿井通风传感器的设计

矿井风速的监测是保证矿井安全生产的重要因素,文章根据井下特殊的工作条件,分析了煤矿井下风速测量的重要性,从传感器的组成及其作用分析开始,详细分析了超声波传感器的组成及工作原理,并利用正、逆压电效应原理设计了超声波旋涡流风速传感器,用来测量井下巷道中的风速,提高了煤矿巷道风速的监测力度。     

基于时差法的矿用超声波风速传感器

针对国内现有矿用风速传感器的测量问题,引入基于时差法的超声波测量方法。介绍了时差法的基本原理,设计了基于16位数字控制器为核心的传感器,并详细介绍了系统的设计原理、系统的硬件电路及软件流程。试验结果验证了该传感器具有较高的测量精度及测量范围,值得进一步产业化应用。     

烟雾管的制做

一般的风速表无法测定矿井巷道低于0.2m/s的风速(现使用的低速风表起动风速需大于0.2m/s)。为了准确的测定出巷道中的微弱风速,可采用烟雾测定方法.首先确定一段距离,然后压挤出烟雾管中的无水四氯化锡,与空气接触时产生烟雾,测出烟雾在这段距离所需的时间,就可以计算出微弱的风速,下面简单介绍一下制做方法。     

人员对巷道风速测量影响的数值模拟分析

为探究造成矿井风速测量读数振荡的原因,更准确地选择测量位置与测量方法,利用数值模拟的手段,根据现场实际,选取了测风点之前有行人干扰的5个情况,对在其影响下的风流速度场进行数值模拟。揭示了不同干扰情况下的巷道风流速度分布特征,分析了人的阻碍对风速测量的影响范围。其中,当单人站在巷道侧时,身后迎风向左侧的振荡区域充分发展,在其后20 m处测点的风速差依然有0.76 m/s;情况5为3个人在其身后形成的振荡区域互相影响抵消,在其后20 m处的速度差只有0.04 m/s。结果表明：由于人的存在,在人后方会形成风流的速度振荡区域,其正后方速度减小,两侧速度增大,若振荡充分发展则其衰减较慢。模拟结果对井下风速测量有一定的实际应用与参考价值。     

复杂流场下平均风速变化规律研究

矿井风速是支持矿井生产的重要指标之一。基于模拟矿井通风模型以及Fluent数值模拟技术,构建了拐弯巷道下的模拟矿井通风实验室以及三维物理模型,模拟在风流拐弯流场下距离对流场的影响,并用巷道直径作为划分影响流场的判断标准,通过试验与数值模拟得到风速传感器在距离拐弯后10倍巷道直径处,得到的测量值近似于平均风速值,此处平均风速受巷道拐弯的影响较小;在拐弯后2～8倍巷道直径范围内,半圆形巷道存在一部分区域风速值接近平均风速,区域位置在距底板长度的1/4处,沿着巷道中线往巷道外侧偏移,偏移范围为底板长度的1/4;矩形巷道同样存在近似平均风速范围,只是移动范围较小,偏移范围为底板长度的1/5。     

电荷法测量粉尘密度的试验研究

为了研制新型电荷法测量粉尘密度的传感器,基于静电测试原理,采用自行建立的试验系统研究了棒状、内环状和外环状3种探头在不同粉尘密度下产生电荷的关系,找出了适合煤矿使用的电荷探头,并考察了该探头在不同风速和粉尘粒径条件下对其产生电荷的影响,结果表明:3种探头均是随着粉尘密度的升高,产生的电荷增大,并呈线性关系;棒状探头比内环状、外环状探头灵敏度高,更适合煤矿粉尘密度测量;同时,通过对棒状探头在不同风速和粉尘粒径条件下测试,得出:风速不同,粉尘密度与其产生电荷的线性关系不同,5~7 m/s范围内,风速越高,线性相关性越好,越有助于粉尘密度的准确测量;粉尘粒径变化对棒状探头测量粉尘密度影响不大.     

井下无线风速监测网络的设计

针对目前矿井风速监测系统存在的检测盲区和传输线路易遭损坏的问题,提出了基于Zigbee技术的井下无线风速监测网络。设计了网络中各类节点的硬件电路,根据矿井巷道的狭长特点,选用了层次型拓扑结构和链簇路由算法,并给出了软件实现流程。实验结果表明,该无线风速监测网络测量误差小、传输可靠,可以和现有的有线网络无缝融合,实现了井下风速监测的全覆盖。