通風阻力測定方法分析

崔景昆 付明明 王月星 陳志彬 武江河 洛 鋒

(河北工程大學,河北省邯鄲市,056038)

通風阻力測定方法分析

崔景昆 付明明 王月星 陳志彬 武江河 洛 鋒

(河北工程大學,河北省邯鄲市,056038)

分析了現階段各種測定通風阻力方法的優缺點,提出了壓差計法和基點法結合使用的新方法。通過對邯鄲礦業集團陶一礦通風阻力測定和數據處理,最終表明,將壓差計法和基點法結合使用,不僅能夠減小測定數據的誤差,而且能夠解決井筒和積水處的通風阻力測定問題。

通風系統 通風阻力 壓差計法 比值校正法 基點法

礦井通風阻力是衡量礦井通風狀況的主要指標,通風阻力產生的原因是空氣沿巷道流動時,由于風流分子粘滯性和慣性及巷道壁面的粗糙性,對風流的阻滯、擾動作用而形成通風阻力,造成風流損失。依據《煤礦安全規程》規定:新建礦井在投產前必須進行一次通風阻力測定,以后每3年至少測1次。礦井新水平生產或改變一翼通風系統后,必須重新進行通風阻力測定。目前所采用的阻力測定方法主要是壓差計法和基點法,但是這兩種方法都有局限性。

1 通風阻力測定方法

1.1 比值校正法

比值校正法的基本原理是在地面井口附近設監測點,測定地面氣壓在一定時間Δt內的變化量ΔP0,由此對井下測點i處氣壓計測得的靜壓在同一時間內的變化值進行校正。

1.2 壓差計法

壓差計法的基本原理是在巷道的前后兩測點各設置一個皮托管,用膠管把前后兩測點連接起來,用壓差計測量前后兩測點的壓差,用風速表測量各測點的風速,通過壓差和速壓求和計算,可得出該段巷道的阻力。

1.3 基點法

基點法的基本原理是用氣壓計測量出巷道風流前后兩測點的靜壓差,同時測量測段內巷道風速、斷面積、干濕溫度等參數,從而計算出兩測點間的通風阻力。具體作法是利用2臺氣壓計,1臺設在井上,1臺設在井下,井上固定在入風井口的基點上,監測地面大氣壓的變化,井下沿測定路線巡回測定。其測定結果能夠滿足一般性要求。

2 測定方法優缺點比較

三種方法各有優缺點,有的原理較為簡單,易懂易操作,但是誤差較大;有的比較精準,但是測定過程復雜,而且受到現場條件限制。為更好地利用其優點,避免其缺陷造成的誤差,三種方法的優缺點進行了對比分析,見表3。

表1 通風阻力測定方法優缺點比較

3 采用壓差計法測風阻較為準確的理論分析

3.1 公式推導

壓差計測風阻中使用的U型管兩邊所承受的壓力之差為:

式中:hre——是酒精表面的傾斜距離,m;

δ——酒精的比重,0.81 kg/m3;

c——壓差計的精度校正系數,Pa;

Ps1——1測點的絕對靜壓,Pa;

Ps2——2測點的絕對靜壓,Pa;

ρ′1-2——膠皮管內空氣的平均密度,kg/m3;

Z——1、2測點的標高差,m;

β1——U型管傾角,(°)

g——空氣重力加速度,9.81 m2/s。

根據能量方程,知兩端面間的通風阻力為:

式中:hr1-2——1、2測點間的巷道通風阻力,Pa;

V1,V2——分別是起末端面的平均風速,m/s;

ρ1——測點1處空氣密度,kg/m3。

ρ2——測點2處空氣密度,kg/m3。

ρ1-2——兩斷面間巷道內的空氣密度平均值,kg/m3。

由于巷道內的空氣進入皮管內,則皮管內和巷道內的空氣密度平均值相等,因而皮管內和巷道內空氣柱產生的重力壓強相等,即:

由以上三式可得兩斷面間通風阻力的測算式為:

3.2 公式分析

由上式可以看出,用壓差計法所測兩點間的讀數值是靜壓與位壓的總和,不是單純靜壓值,避免了在求取阻力時,先將靜壓、位壓和速壓逐一單獨求出后,再相加求和,只需用所測讀數值與速壓相加即可,而速壓可根據風速計算得到。由此得出,采用壓差計法所得的測量值與兩測點間的高差Z無關,采用此種方法測算阻力,不受高差測定過程中產生的誤差影響。然而在現場巷道起伏和變形較大,巷道內測點的標高測量誤差是不可避免的。因此,為了避免測定高差帶來的誤差,應盡可能采用測量準確度較高的壓差計法進行測定。

基點法中采用的精密氣壓計精度高,隨標高變化靈敏,而且便于攜帶。基點法測量得到的直接數據是靜壓值,需要根據標高求得位壓值,根據風速求得速壓值,三者相加才能得到通風阻力值。而且在測量標高時流程繁瑣,存在不可避免的誤差,給氣壓計測量讀數造成影響。

同時,壓差計法測算也有其局限性,在風井井筒、存在積水地段和風硐口等處無法鋪設皮托管測量,而且在積水較深的地方,水容易進入皮托管,給讀數造成較大影響。因此,在這些局部位置,應該用基點法來測得這些區域和地點的靜壓值。

綜上所述,壓差計法比較準確,在巷道條件允許的情況下,應予以采用,但是不能測到風井、積水處等通風測點;基點法簡便,可以在風井、積水處使用。所以,將兩種方法結合使用,便可以彌補單一使用時的不足,也能使所得數據也更為合理。

4 綜合法測定礦井通風阻力的實踐應用

4.1 現場實測

邯鄲礦業集團陶一礦位于邯鄲市西部,生產能力65萬t/a,礦井開采深度600 m,礦井通風方式為中央邊界式通風,通風方法為抽出式通風。經過分析確定礦井測定線路為:

主井→井底繞道→井底車場→集中下山→-85大巷→七采區泵房入口→七采區車場→七采區軌道坡頭→集中下山與六個連巷交叉口→工作面運輸巷→12705采煤工作面→12705回風巷→七采區回風巷→瓦斯泵站→七采總回風上山→風井底→風井→風硐。

由于測定線路長,測量范圍大,而且總回風巷部分路段積水較深,無法采用皮托管法測量;風井和風硐口附近也無法拉管測量,所以這些區域采用精密氣壓計法測量。但為確保測定數據盡可能精準,在其他地段巷道條件允許條件下,應采用壓差計法測量。因此,最終采用了基點法和壓差計法相結合的方法進行通風阻力測定。

4.2 結果分析

礦井通風阻力按下式計算:hr=∑hi=2367.23 Pa(通風阻力P<2500 Pa,不是高阻礦井)。測定結果見表2。

表2 通風阻力分布表

風機房水柱計讀數為2300 Pa,經計算動壓為39.75 Pa,自然風壓為36.0 Pa,理論計算通風阻力為2300 Pa-39.75 Pa+36 Pa=2296.25 Pa。

風井系統的絕對誤差:Δh=|2367.23 Pa-2296.25 Pa|=70.98 Pa

5 結論及建議

由礦井通風阻力測定結果可以看出,礦井通風阻力為2367.23 Pa,系統通風阻力不高,系統通風阻力至風機最大靜壓工作風阻尚有較大的儲備,表明礦井與風機匹配較為合理,礦井通風系統具備一定的穩定性、可靠性和較強的抗災變能力。

通風系統總阻力為2367.23 Pa,其中進風段通風阻力776.09 Pa,占系統總阻力的33%;用風段阻力700.71Pa,占總阻力的30%;回風段阻力890.43 Pa,占總阻力的37%。實測數據表明,礦井進風、用風段和回風段通風阻力的比例相近,說明礦井阻力分配較為合理。綜上數據可以看出,采用兩種方法相結合所測數據誤差小,符合規程規定,測定的數據更合理、可靠。

該礦具有礦井通風線路長、用風地點多的特點,建議把巷道普查、阻力測定、巷道修復和動態調整做為通風管理的一項內容,以減小井巷局部阻力、減少礦井內部漏風、提高有效風量,穩定礦井通風系統,減少通風成本,提高經濟效益。

[1] 鮮林,高朋杰.礦井通風阻力測定結果分析與對策措施[J].中國安全生產科學技術,2010(1)

[2] 黃顯東,劉志海.礦井通風阻力測定方法及應用[J].煤礦安全,2004(8)

[3] 黃元平.礦井通風[M].徐州:中國礦業大學出版社,2003

[4] 林興,何海斌,王海峰.觀音堂煤業公司謝村風井降阻分析[J].中州煤炭,2010(1)

Analysis on comprehensive methods for ventilation resistance measurement

Cui Jingkun,Fu Mingming,Wang Yuexing,Chen Zhibin,Wu Jianghe,Luo Feng
(Hebei University of Engineering,Handan,Hebei 056038,China)

The present measuring methods for ventilation resistance were comprehensively analyzed and the combination of differential pressure meter with base point method was used to measure the ventilation resistance.Through the measurement on ventilation resistance in Handan Mining Group such as Taoyi coal mine,the data showed that the combination of differential pressure meter with base point method not only decreased the error,but also solved the problems of ventilation resistance measurement in ventilation shaft and stagnant backwater.

ventilation system,ventilation resistance,differential pressure meter,ratio-rectifying algorithm,base point method

TD722

B

崔景昆(1960-),男,河北正定人,教授,碩士學位,河北工程大學資源學院礦業工程教研室主任,主要從事采煤新技術及三下采煤等方面的研究。

(責任編輯 梁子榮)