低频激励瓦斯解吸系统的研究与设计

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我国是能源消耗大国,且煤炭消耗在能源消耗中占很大比例。在全国煤矿中,瓦斯矿居多,其中约48%的矿井是高瓦斯矿井和瓦斯突出矿井。矿井瓦斯会造成瓦斯突出、瓦斯爆炸、瓦斯中毒等事故,严重危害煤矿生产安全。我国矿井每年发生数百起瓦斯灾害事故,为世界之最。现有的瓦斯解吸方法的安全性和效率并不理想,因此研发出一种既安全可靠又高效节能的瓦斯解吸系统具有重要的研究意义和实用价值。  本文根据煤体中瓦斯的解吸原理,对低频激励对煤体瓦斯放散速度的影响进行研究,并设计了一套低频激励瓦斯解吸系统。首先,总结比较了现有加快煤体中瓦斯放散速率方法的优缺点,根据煤体中瓦斯解吸的机理和模糊建模的相关理论,建立了低频激励作用下煤体瓦斯解吸的模糊模型,在Matlab软件中对模糊模型进行仿真,通过模糊模型仿真从理论层面论证了低频激励对煤体瓦斯解吸的促进作用。然后对低频激励瓦斯解吸系统的总体方案进行设计,对电源系统、数频转换系统、温度采集系统等7个子系统从硬件和软件两个方面进行了设计,选择RS485作为各子系统中单片机或FPGA芯片的通讯接口,各子系统间通过现场总线进行通讯;对系统中的关键部件频振换能器进行了设计和开发,创新性地将超磁致伸缩材料应用到频振换能器中,使其能产生频率可调的振动波,具有换能效率高,频率变化范围大等优点。  最后进行了低频激励作用下瓦斯解吸效果的验证实验,通过进行三组对照实验,并对实验数据进行分析,实验结果显示低频激励作用于煤体瓦斯后,加快了煤体瓦斯解吸速率,增大了煤体瓦斯的解吸量,从实际效果层面支持了本文中建立的低频激励作用下煤体瓦斯解吸的模糊模型,证明了低频激励瓦斯解吸系统的可行性和应用价值。
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