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专利号: 2020100965151
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 教育;密码术;显示;广告;印鉴
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种矿井火灾模拟实验平台,其特征在于,包括送风系统、模拟空间系统、火源模拟系统、数据收集与反馈系统;其中,

所述的模拟空间系统包括左钢板(5)、透明玻璃顶板(7)、底钢板(19)、后钢板(32)、透明玻璃前板(33)、可升降支架(18)、防火卷帘门(6)、空中固定杆(14)、竖直支撑杆(15),所述底钢板(19)固定在所述可升降支架(18)上,所述透明玻璃前板(33)和后钢板(32)竖直固定在所述底钢板(19)的前后两侧,透明玻璃前板(33)和后钢板(32)的相对面上对应设置有纵向滑槽,所述透明玻璃顶板(7)水平固定在所述滑槽中,所述底钢板(19)、后钢板(32)、透明玻璃顶板(7)、透明玻璃前板(33)相互围合构成可升降矩形巷道,所述可升降矩形巷道整体以并联方式连接,支路B-E和支路B-C-D-E并联,一进一回,A-B为进风巷,E-F为回风巷,中间有一条联络巷C-E,所述左钢板(5)竖直固定在节点A处底钢板(19)的左侧,透明玻璃前板(33)和后钢板(32)以及左钢板(5)的高度一致,左钢板(5)的中下部设有洞口,所述底钢板(19)在支路A-B、B-C、B-E、C-D、D-E、E-F中间位置各设有一个圆孔(34);所述防火卷帘门(6)设置在巷道各支路端部,距节点0.1-0.2m处的两侧各设置一个,垂直于风向而立;每段巷道中,所述竖直支撑杆(15)垂直设置在所述底钢板(19)上,所述空中固定杆(14)水平设置在所述竖直支撑杆(15)上;

所述的送风系统包括风机Ⅰ(2)、柔性风筒Ⅰ(3)以及风机控制器Ⅰ(1),所述风机控制器Ⅰ(1)与风机Ⅰ(2)电连接,所述风机Ⅰ(2)通过所述柔性风筒Ⅰ(3)与所述左钢板(5)的洞口位置密封连接;

所述的火源模拟系统包括立方体槽(21)、加热器(20)、隔热板(22)、滤网(24)、柔性风筒Ⅱ(28)、风机Ⅱ(29)、风机控制器Ⅱ(30),所述立方体槽(21)包括一体连接的圆筒部和立方体部,所述圆筒部与所述底钢板(19)上的一圆孔(34)密封连接,所述立方体部的左右两侧为开合式结构,分别设有进风孔和进料孔,所述加热器(20)、隔热板(22)均位于所述立方体部中,隔热板(22)固定在加热器(20)底部,加热器(20)上设有一个进风管,一个进料管和一个出烟口,所述进风管从进风孔伸出后通过所述柔性风筒Ⅱ(28)与所述风机Ⅱ(29)密封连接,所述进料管从进料孔伸出,所述出烟口位于圆筒部中,所述滤网(24)设置在加热器(20)瓶口,所述风机控制器Ⅱ(30)与风机Ⅱ(29)电连接;

所述的数据收集与反馈系统包括风速仪Ⅰ(4)、风速仪Ⅱ(25)、在线式天平(23)、火灾探测器(13)、组合式探测设备、高清监控摄像机(26)、在线式红外监控热像仪(27)、计算机(17);所述组合式探测设备包括风速仪Ⅲ(12)、耐高温防爆热电偶(8)、压力传感器(9)、密度传感器(10)、气体检测仪(11),所述风速仪Ⅰ(4)设置在柔性风筒Ⅰ(3)末端,所述风速仪Ⅱ(25)设置在柔性风筒Ⅱ(28)末端,所述在线式天平(23)固定在隔热板(22)下端;所述组合式探测设备固定在空中固定杆(14)上;所述火灾探测器(13)设置在每段巷道分支的透明玻璃顶板(7)的中部;所述高清监控摄像机(26)和在线式红外监控热像仪(27)合为一组,在分支A-B-E-F、B-C、C-D、D-E、C-E巷道前侧外部、正对透明玻璃前板(33)各放一组;所述计算机(17)通过耐火电缆(31)分别与风速仪Ⅰ(4)、风速仪Ⅱ(25)、风速仪Ⅲ(12)、在线式天平(23)、耐高温防爆热电偶(8)、压力传感器(9)、密度传感器(10)、气体检测仪(11)、火灾探测器(13)、透明玻璃顶板(7)、竖直支撑杆(15)、可升降支架(18)、加热器(20)、高清监控摄像机(26)和在线式红外监控热像仪(27)电连接。

2.根据权利要求1所述的一种矿井火灾模拟实验平台,其特征在于,所述可升降矩形巷道(18)回风巷的出口连接火灾烟气净化装置(16)。

3.根据权利要求1所述的一种矿井火灾模拟实验平台,其特征在于,所述竖直支撑杆(15)沿巷道宽度方向均匀间隔设置三排,每一排中相邻两个竖直支撑杆(15)之间间隔1.5-

2m,其中中间一排竖直固定杆(15)的高度比所述透明玻璃顶板(7)的高度矮5-10cm,其余两排竖直固定杆(15)的高度为所述透明玻璃顶板(7)高度的1/2。

4.根据权利要求3所述的一种矿井火灾模拟实验平台,其特征在于,在中间一排竖直固定杆(15)的1/4处、1/2处与顶端各固定一排所述空中固定杆(14),在其余两排竖直固定杆(15)的顶端各固定一排所述空中固定杆(14)。

5.根据权利要求1所述的一种矿井火灾模拟实验平台,其特征在于,从每段巷道入口开始,每隔1m设置一组所述组合式探测设备。

6.根据权利要求1所述的一种矿井火灾模拟实验平台,其特征在于,所述底钢板(19)上的(34)孔径与所述立方体槽(21)的圆筒部外径相适配。

7.一种基于权利要求1至6任一项所述的矿井火灾模拟实验平台的实验方法,其特征在于,包括以下步骤:

S1:矿井火灾燃料准备:称取固体或液体燃料的质量,若固体燃料则破碎后真空干燥至恒重,若液体燃料则只称重;

S2:实验前期准备:根据实验需要的通风网络选择相应的防火卷帘门(6)的开闭和下降高度,通过计算机(17)调节透明玻璃顶板(7)的高度改变巷道宽高比,再根据透明玻璃顶板(7)的高度设置竖直支撑杆(15)的高度;

S3:控风后实验数据采集:调节风机控制器Ⅰ(1)的频率至f1,通过风速仪Ⅰ(4)观测巷道进风口风速,然后调节风机控制器Ⅱ(30)的频率至f2,模拟矩形巷道实际风流并控制火源释热速率,最后打开加热器(20),加热燃料使其燃烧,记下该时刻的时间t1,作为实验进行的起点,若燃料在T时刻趋于完尽,则通过计算机(17)打开进料管管口盖子向加热器(20)中补充燃料,待输送完后盖合进料管管口;

当巷道某处的燃烧进行到O2浓度低于设定值、CO浓度高于设定值或者火灾探测器(13)达到预设值时,计算机(17)接收到信息,警报启动,通过风机Ⅰ(2)反转反风和分支C、D、E处防火卷帘门(6)的开合,阻止烟气扩散到其他支路造成更大的危害;待除着火分支外其余巷道内的空气参数均在安全值内,记下该时刻t2,本次实验结束,关闭电源,停止送风,熄灭火源;矿井火灾实验巷道内风速、燃料的质量变化、温度、密度、压力、O2和CO浓度、烟气蔓延情况的数据均通过风速仪(12)、在线式天平(23)、耐高温防爆热电偶(8)、密度传感器(10)、压力传感器(9)、气体检测仪(11)、火灾探测器(13)、高清监控摄像机(26)和在线式红外监控热像仪(27)经耐火电缆(31)传输导入计算机(17)中进行数据处理;

S4:残余气体释放与处理:待火源完全熄灭并冷却后,取出残余燃料,打开风机Ⅰ(2)的电源,调节风机控制器Ⅰ(1)的频率使总进风风速达0.2m/s,持续通风,直至巷道内所有探测设备所监测到的环境参数均达到正常值,与巷外空气参数一致,关闭电源,清扫擦洗实验装置及设备,整理实验仪器。

8.根据权利要求7所述的实验方法,其特征在于,若模拟直巷火灾,则选择A-B-E-F巷道,放下BC、EC、ED的防火卷帘门(6)使之形成密闭;若模拟并联通风网络火灾,则选A-B-C-D-E-F和A-B-E-F并联,此时密闭CE和EC处的防火卷帘门(6);若研究角联的通风网络,则无需密闭,只要控制防火卷帘门(6)的开合调节风阻即可;对于不需要的巷道和联络巷,通过计算机(17)关闭其所在分支的防火卷帘门(6),阻止风流通过,对于需要设置通风阻力的巷道,将防火卷帘门(6)放下相应高度,以分支处局部阻力替代该支路摩擦阻力。

9.根据权利要求8所述的实验方法,其特征在于,选择A-B-C-D-E-F和A-B-E-F并联的通风网络,当警报启动时,具体控风方案如下:

(1)若支路A-B着火,则利用风机Ⅰ(2)反转反风;

(2)若支路D-E、B-E-F着火,则加大风机Ⅰ(2)的风速,促进火灾烟气的排出;

E C

(3)若支路B-C着火,则打开联络巷C处、E处防火卷帘门(6),开通联络巷形成角联通风网络,密闭CD处防火卷帘门(6)使RC-D无穷大,并加大风速;

(4)若支路C-D着火,则打开联络巷CE、EC处防火卷帘门(6),DC处防火卷帘门(6)密闭,增大CB防火卷帘门(6)闭合程度。

10.根据权利要求9所述的实验方法,其特征在于,使用联络巷C-E控风时,C-E末端连接一段引流管(35),直接导入回风巷E-F,不和D-E分支连通。