一种采掘工作面风筒参数监测装置及方法与流程

1.本发明属于煤炭开采及煤矿安全技术领域，具体涉及一种采掘工作面风筒参数监测装置及方法。


背景技术：

2.煤炭作为我国的最基础能源和工业生产原料，一直发挥能源支柱作用，为国民经济和社会发展提供了能源安全保障，对煤矿的采掘生产将一直作为能源行业的工作重点。然而就目前煤矿生产技术还没达到矿井下无人采掘的工作条件，故此，在煤矿生产过程中，仍然需要风筒将风机产生的风流输送到煤矿采掘工作面上，提供充足的空气。
3.为了保证煤矿安全生产，风筒参数监测成为必不可少的一项工作，超声波风速传感器可以完成对风筒中流体风速的测量，但是，由于矿井深部用电是一种极其奢侈的事，导致无法对风筒参数进行实时监测。因此，为了提高煤炭开采及煤矿安全生产，就必须克服上述缺陷，设计出一款应用于煤矿安全生产的自发电风筒参数监测装置。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种结构简单、实用性强的采掘工作面风筒参数监测装置及方法，旨在解决采掘工作面风筒参数监测的用电需求问题。
5.为达到上述目的，本发明提供了如下技术方案：
6.本发明提供一种掘工作面风筒参数监测装置，包括风筒结构，风筒结构内设置有超声波风速传感器，风筒结构外通过支撑杆设置有向超声波风速传感器供电的自发电组件，自发电组件相对于风筒结构与超声波风速传感器呈上下对应布置，由弹簧、压块、压电晶片、固定晶片、钝体组成，固定晶片呈正方体结构，并设置在钝体内并与伸入钝体内的支撑杆连接，固定晶片除与支撑杆连接一侧外的其它侧均设置有压电晶片，压电晶片上设置压块，压块与钝体之间设置弹簧，超声波风速传感器与压电晶片通过导线连接。
7.进一步，风筒结构包括筒体，筒体的轴向两端均设置有接头和吊环。
8.进一步，风筒结构的两端均设置有一个自发电组件及其与之相对应的超声波风速传感器，两个超声波风速传感器的超声波发射方向与风筒结构的横截面相垂直，且两者连线与风筒结构的轴线相平行。
9.进一步，风筒结构上设置有固定块，固定块开设有上固定孔和上导线孔，固定块通过上固定孔与风筒结构固定连接，支撑杆安装在固定块上。
10.进一步，风筒结构上还开设有与上固定孔对应的中固定孔及与上导线孔对应的中导线孔。
11.进一步，超声波传感器通过风速测量组件设置在风筒结构上，风速测量组件包括安装块，安装块设置在固定块上，安装块上开设有与中固定孔对应的下固定孔及与中导线孔对应的下导线孔。
12.进一步，安装块上并于下固定孔所在位置开设有加工槽。
13.进一步，压电晶片分别与固定晶片和压块粘接连接，所述弹簧分别与压块和钝体焊接连接。
14.进一步，支撑杆两端均设有螺纹，所述压块为长方体结构，且覆盖压电晶片，所述钝体为空心球体结构，且开设有固定晶片置入的方形孔。
15.本发明还提供一种采掘工作面风筒参数监测方法，应用上述的采掘工作面风筒参数监测装置，该方法包括：风筒结构内部的流体流经超声波风速传感器，由第一超声波风速传感器发射的超声波运动方向与风流方向相同，其流体运动速度为超声波运动速度和风流速度叠加；再由第二超声波风速传感器发射的超声波运动方向与风流方向相反，其流体运动速度为超声波运动速度和风流速度相减；并基于速度差异引起第一超声波风速传感器和第二超声波风速传感器接收到信号所产生的时间差来计算风筒结构中风速大小，并实时监测风速。
16.本发明的有益效果是：本采掘工作面风筒参数监测装置，通过随采掘工作面的前端设有风筒本体以将新鲜空气与巷道内污浊空气更换，以保证采掘过程中安全作业，而利用风速测量组件中具备的超声波收发的传感器，自发电组件中的钝体结构、压电双晶片和电路转换模块，实现了准确测定风筒中流体的风速和风向的同时，以通过自发电方式解决了采掘工作面风筒参数监测用电需求，摆脱了电缆的束缚，为工作面供风系统监测提出新方案。
17.本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
18.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
19.图1为本发明中采掘工作面风筒参数监测装置的结构示意图；
20.图2为图1的径向截面结构示意图；
21.图3为图1中的风筒本体轴向剖视结构示意图；
22.图4为图1中的自发电组件的分解结构示意图；
23.图5为图1中的风速测量组件的结构示意图；
24.附图标记说明：风筒结构1、固定块2、支撑杆3、自发电组件4、风速测量组件5；接头11、吊环12、中固定孔13、筒体14、中导线孔15；上固定孔21、上导线孔22；弹簧41、压块42、压电晶片43、固定晶片44、钝体45；超声波风速传感器51、安装块52、加工槽53、下固定孔54、下导线孔55。
具体实施方式
25.下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员
来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
26.如图1-5所示，本实施例中提及的采掘工作面风筒参数监测装置，包含固定设置于采掘巷道内工作面的风筒结构1，该风筒结构1包括有筒体14，该筒体14的轴向两端均设置有接头11和吊环12，而筒体14上安装有超声波风速传感器51和自发电组件4。这样，随采掘工作面的前端设有筒体以将新鲜空气与巷道内污浊空气更换，保证采掘过程中安全作业，超声波风速传感器是具备超声波收发的传感器，风筒结构1外通过支撑杆3设置有向超声波风速传感器51供电的自发电组件4，且风筒结构1的两端均设置有一个自发电组件4及其与之相对应的超声波风速传感器51，两个超声波风速传感器51的超声波发射方向与风筒结构1的横截面相垂直，且两者连线与风筒结构1的轴线相平行。而自发电组件4相对于风筒结构1与超声波风速传感器51呈上下对应布置，由弹簧41、压块42、压电晶片43、固定晶片44、钝体45组成，钝体45为空心球体结构，且开设有固定晶片44置入的方形孔，固定晶片44呈正方体结构，并设置在钝体45内并与伸入钝体45内的支撑杆3连接，该支撑杆3两端均设有螺纹，通过螺纹结构以分别连接固定晶片44和风筒结构1，且固定晶片44除与支撑杆3连接一侧外的其它侧均设置有压电晶片43，且压电晶片两两互相垂直，而压电晶片43上设置压块42，压电晶片43分别与固定晶片44和压块42采用粘接连接，而压块42为长方体结构，且最大面能够覆盖住压电晶片43，弹簧41则分别与压块42和钝体45焊接连接。
27.采用上述方案，本采掘工作面风筒参数监测装置，通过随采掘工作面的前端设有风筒本体以将新鲜空气与巷道内污浊空气更换，以保证采掘过程中安全作业，而利用风速测量组件中具备的超声波收发的传感器，自发电组件中的钝体结构、压电双晶片和电路转换模块，实现了准确测定风筒中流体的风速和风向的同时，以通过自发电方式解决了采掘工作面风筒参数监测用电需求，摆脱了电缆的束缚，为工作面供风系统监测提出新方案。
28.具体的，在本实施例中的风筒结构1上设置有固定块2，固定块2开设有上固定孔21和上导线孔22，固定块2通过上固定孔21与风筒结构1固定连接，支撑杆3安装在固定块2上。而风筒结构1上还开设有与上固定孔21对应的中固定孔13及与上导线孔22对应的中导线孔15。而超声波传感器51则通过风速测量组件5设置在风筒结构1上，风速测量组件5包括安装块52，安装块52设置在固定块2上，安装块52上开设有与中固定孔13对应的下固定孔54及与中导线孔15对应的下导线孔55。这样，利用固定块可使的超声波传感器和自发电组件能够呈上下对应的安装在风筒结构1的筒体14上，并通过螺栓或螺钉依次穿过上固定孔、中固定孔和下固定孔后将固定块固定在筒体上，而连接在压电晶片上的导线则可依次穿过上导线孔、中导线孔和下导线孔后与超声波风速传感器连接，即传输自发电组件产生的电流的导线经过上导线孔、中导线孔和下导线孔为超声波风速传感器提供工作电流。
29.在本实施例中的安装块52上并于下固定孔54所在位置开设有加工槽53，以便在该加工槽出安装密封件或/和弹性压缩件，保证整个连接结构的密封及可靠性。
30.下面阐述一下本采掘工作面风筒参数监测方法，包括：在正常通风时，从风机的风口将风通入风筒结构，在风筒结构内部形成工作需求的流体，在风筒结构末端排出工作面以将新鲜空气与巷道内污浊空气更换。而在风筒结构内部的流体流经超声波风速传感器，利用自发电组件中钝体受风力作用促使弹簧变形，产生压力作用在压电晶片上，从而改变电荷分布情况，形成电流。由第一超声波风速传感器发射的超声波运动方向与风流方向相同，其流体运动速度为超声波运动速度和风流速度叠加；再由第二超声波风速传感器发射
的超声波运动方向与风流方向相反，其流体运动速度为超声波运动速度和风流速度相减；并基于速度差异引起第一超声波风速传感器和第二超声波风速传感器接收到信号所产生的时间差来计算风筒结构中风速大小，并实时监测风速。这样，煤矿开采周期长，超声波风速传感器和监测设备需要长时间供电，自发电组件利用风筒结构外部的风流发电，并且无论风流的流向如何，通过钝体结构将压力分解到两两垂直的弹簧上，压电晶片受力改变电荷分布情况，通过导线将电流传输到超声波风速传感器和监测设备。
31.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。