復雜條件下的煤礦主通風機重要參數測試

在遇到風硐過短、渦流嚴重、天氣寒冷等復雜情況下，現場條件無法滿足檢測標準規定的煤礦主通風機測試要求。依據理論公式推導出在不同測試截面、不同方法測試風量和風壓的計算公式，即可較準確實現煤礦主通風機一些關鍵參數的測試。

1.引言：

在對煤礦主通風機的安全性能檢測檢驗中，依據《煤礦在用主通風機系統安全檢測檢驗規范》AQ1011-2005的規定，風量測定截面應選擇無渦流的、流線接近平行且垂直于該截面的位置。而在實際檢測檢驗現場，井下風流途經的風硐往往彎度急、距離短，由此造成氣體渦流嚴重；此外北方冬天U型管壓力計裝水易結冰，不能使用。本文依據理論推導出的測試方法和公式，完全可以在上述復雜條件下達到煤礦在用主通風機參數測試精度要求。

2.各測試截面間的風量換算：

上圖為環形風管正視圖，氣流由I-I風硐截面流向II-II圓形截面，經III-III環形截面（II-II截面和III-III截面在風葉的同一側）、風機葉片后，最終經過圓形截面IV-IV流出風機。

在上述各截面，采用適當的方法，均可實現風機流量的測定。由于氣體在不同的壓力和溫度下存在膨脹或者壓縮的現象，應該利用理想氣體狀態方程P1V1T1=P2V2T2（∵進出風機的氣流溫度幾乎相同，∴ P1Q1=P2Q2）來統一換算至檢測標準規定的風硐處（截面I-I）。

例如，已測的風硐處（截面I-I）靜壓為-3000Pa；風葉后（截面IV-IV）的靜壓為+300 Pa，風量為200m3/s。當地大氣壓為90000Pa。那么該風機流量就是：

Q1=P4Q4P1=（90000+300）×20090000-3000=207.59 m3/s

3.風速、靜壓測點的布置：

風速測點的布置：圓形巷道斷面按GB/T10178中6.4.3.1條要求布置；矩形巷道斷面按GB/T10178中6.4.3.3條要求布置；擴散器環形斷面按GB/T10178中6.4.3.2條要求布置；其他形狀的巷道斷面是將同一斷面劃分成若干個小塊來計算總面積。測點布置在每個小塊的重心上。

靜壓測點的布置：圓形斷面的測點布置在水平、垂直的兩條直徑與硐壁的交點處；矩形斷面的測點布置在高、寬中線與硐壁的交點處；環形斷面的測點布置在水平、垂直的兩條直徑與硐壁和芯筒外緣的交點處。測點根據巷道斷面的近似形狀布置在巷道壁上。

4.風量測試的幾種方法：

風杯法測定：該方法是標準推薦的測試方法，所得風量不需要再進行截面間的換算，是風機風量測試的首選方法。該方法只適用于在很長、很規整風硐處（截面I-I）測試。按照3.1風速測點進行布置，由各點得來的平均風速乘以截面積，即為該煤礦在用主通風機的風量。但在現實的煤礦在用主通風機安全性能測試中，測試截面I-I往往距離測試進風口和風機很近，由此造成氣體渦流嚴重，測試結果誤差極大，使測試工作失去了意義。為此本文推薦其他幾種方法供實際測試工作中采用。

皮托管測定法：該方法在截面I-I～截面IV-IV均可使用，但在截面II-II～截面IV-IV處測得的風量需換算至截面I-I處。

vi=2Pdiρ 式中：vi—第i點的氣體流速m/s；Pdi—第i點的動壓Pa；

ρ—第i點的空氣密度kg/m3。

ρ=3.484×10-3P0-0.3779фPsat273+t 式中：P0—氣體壓力Pa；ф—空氣相對濕度%；

Psat—溫度為t℃時空氣的絕對飽和水蒸氣壓力Pa。

中溫風速儀、電子微壓計測定法：該方法是數顯直讀風速法，利用測試探頭的伸縮測得各點的風速。由于探頭伸縮桿不長，該方法只能在截面II-II～截面IV-IV使用，且測得的風量需換算至截面I-I處。

修正壓差測定法：在考慮到阻力修正系數的情況下，依據柏努利方程推導出修正靜壓差法測試風量的計算公式。在煤礦主通風機安全性能檢測中，只需測量風道兩截面間的直徑和靜壓差，即可求解通風機風量這一關鍵參數。該方法只適用于在截面II-II～截面III-III間（在風葉后的變徑處也可）。

Q =3.14v2（d22 ）2= 23.67d22d32Δp500d24-426d34 （m3/s）

式中：d2—II-II截面的當量直徑m ；d3—III-III截面的當量直徑m；

Δp—II-II截面～III-III截面間的靜壓差Pa。

需要注意的是，測試兩截面的有效面積相差要在20%以上；靜壓差Δp要由微壓計來測量，即有兩支皮托管各自放置在兩截面測點處，其軟管同時接入微壓計來讀數。

關于該方法的具體推導和使用，詳見筆者所編寫的《修正壓差法測量煤礦主通風機風量》。

5.0℃以下的壓力測量：

北方冬季天氣寒冷，水在0℃以下自然結冰，因此裝有水的U型管壓力計不能使用，只能采用其他方法變通測量。

電子微壓計測定法：儀器直讀壓力數據，不受氣溫在0℃以下的影響。

液體替代測定法：即在采用U型管壓力計的情況下，將管內液體由水改換為不易結冰且不易揮發的其他液體，比如汽車專為冬天使用的防凍型玻璃水（-20℃時仍能使用）。

此時的壓力讀數就需要轉化，具體方法為：將一定容器裝滿水，分別稱量空容器和裝滿水的容器重量，求出水的凈重；同樣方法求出玻璃水凈重。那么現場壓力的實際值即為：P水=P玻璃水G玻璃水G水

6.煤礦在用通風機重要參數測試的綜合應用：

例如：在對一個煤礦的主通風機安全檢測過程中，采用防爆帽短路風加阻法。由于風硐的測試截面I-I距離測試進風口和風機很近，造成氣體渦流嚴重，無法正常測試，只能選取在截面IV-IV處用皮托管法進行測定。由于測試氣溫在0℃以下，用某品牌玻璃水測量壓力（G玻璃水/G水=1.05）。現已測得當地大氣壓900hPa；氣溫-10℃；平均動壓300Pa（玻璃水顯示值）； IV-IV截面積8m2，靜壓+200Pa（玻璃水顯示值）；I-I截面靜壓-3000Pa（玻璃水顯示值）；求該風機的風量。

解：∵氣溫<0℃，空氣相對濕度ф=0，

∴ρ=3.484×10-3P0-0.3779фPsat273+t=3.484×10-3900×102+200273-10=1.195kg/m3

∵Pd4=P玻璃水G玻璃水G水 =300×1.05=315Pa

∴v4=2Pd4ρ =2×3151.195 =22.96m/s ∴QIV=22.96×8=183.68m3/s

Q1=P4Q4P1=（90000+200）×183.6890000-3000=190.44 m3/s

（作者李今明現任陽煤集團山西科林公司副總經理）