基于相對壓力的煤礦通風阻力測定數據處理方法

石強

冀中能源邯礦集團郭二莊煤礦 河北邯鄲 056303

近年來，智能礦山建設已經成為煤炭行業轉型升級、創新發展的主旋律，“智慧礦山” 概念的提出，則為煤礦智能化建設奠定了發展方向。在煤礦通風方面，也在探索研究通風方案智能制定與通風系統智能控制 。通風系統智能控制依賴于通風方案智能制定，而后者實現的一個必要前提是準確獲取巷道風量、風壓等通風參數，但現有自動檢測手段無法獲取滿足精度要求的上述參數，人工測定通風阻力依然是目前唯一可靠的手段。煤礦通風阻力測定方法包括壓差計法和氣壓計法，其中氣壓計法分為基點法和同步法[1]。

1 礦井通風系統阻力測定

1.1 儀器選擇

礦井通風阻力測定采用的儀器設備主要有CZC5便攜式多參數測定器、中速風表、微速風表、機械秒表和鋼卷尺。將一臺便攜式多參數測定器留在井口監測大氣壓的變化值，其余的隨身攜帶按測點順序進行測量，每個測點井上和井下儀器同時讀數，用于消除地面氣壓變化造成的誤差。將所用的便攜式多參數測定器開機預熱30分鐘，校對儀器時間，將1臺多參數測定器設為基點測量，并放置井口，儀器會每隔1分鐘自動讀取并記錄相對壓力值，其余多參數測定器設為節點測量。測定路線上的第一測點，置于穩定的環境，待測試界面數據穩定后，同時測量風速和巷道斷面，在界面上輸入風速值，輸入測點號，保存數據，同時記錄巷道斷面形狀與支護形式，并在必要時需描繪實際的地形草圖。

1.2 可靠通風基礎參數獲取流程

根據數據處理的復雜程度，煤礦通風基礎參數大致可分為2類：①根據礦井通風阻力原始測定數據直接或經簡單處理即可獲得可靠結果的參數，如巷道的風量、長度、斷面積、斷面形狀、支護方式、空氣溫濕度，通風機運行工況等。其中測定的巷道風量數據一般需要與礦井同期測風報表比對，修正一些有偏差的數據，從而獲得可靠數據。②對礦井通風阻力原始測定數據進行初步處理后，還需借助通風網絡解算軟件進行模擬解算，并通過修正相關參數直至與礦井通風現狀匹配良好，才能獲得可靠結果的參數，如巷道的摩擦阻力系數、風阻、阻力等[2]。

1.3 基點 - 同步測定

這種通風阻力測定的方法有效結合了同步測定與基點測定兩種方法，需選擇使用型號規格相同的三臺氣壓計。將其中的一臺在進風井口外部基點處固定，主要的功能就是校正大氣壓力的變化。而另外兩臺氣壓計固定于井下沿預定測點位置，通過上述兩種方法的結合運用，根據時鐘整5min倍數的規定對數據進行同步讀取，進而計算實際的通風阻力。通過對基點-同步測定方法的應用，可確保測定的精準度，且在長通風路線且所需較長測定時間的大型礦井中具有較高的適用性。針對沿一條主風路對通風阻力進行測量的過程中，同樣要測定其他處于并聯狀態的風路風量，為風阻的計算與風量的校核提供必要便利。

2 應用示例

以圖1所示的簡單通風系統網絡為例，對基于相對壓力的煤礦通風阻力測定數據處理方法的應用進行說明。

（1）選取相對壓力零點。若采用抽出式通風方法，則選取測點1作為相對壓力零點；若采用壓入式通風方法，則選取測點6作為相對壓力零點。本文以抽出式通風方法為例進行說明。選取測點1作為相對壓力零點后，pr1=0。

（2）計算其他測點的相對壓力。按式（2）分別計算出測點2-6的相對壓力pr2-pr6。

（3）修正測點的相對壓力。按圖2中風流方向，正確的測點相對壓力應符合pr1＞pr2＞pr3＞pr5＞pr6，pr1＞pr2＞pr4＞pr5＞pr6。煤礦通風基礎參數獲取如果測點相對壓力不符合上述原則，以pr3＜pr5為例，修正方法：首先根據測點2和測點5之間的巷道阻力h25和2條巷道的物理參數，估算測點2與測點3、測點3與測點5之間的巷道阻力h23，h35（h25，h23，h35滿足h25=h23＋h35）；然后根據pr2-h23或pr5＋h35結果計算出測點3的修正相對壓力p'R3；最后將p'R3替代pr3。

（4）計算巷道風阻。根據步驟（3）得到的相對壓力計算所有巷道阻力h12，h23，h35，h56，h24，h45，然后計算所有巷道風阻R12，R23，R35，R56，R24，R45。

（5）修正巷道風阻。將所有巷道風阻、主要通風機工況數據輸入礦井通風網絡解算軟件，進行礦井通風網絡模擬解算，得到所有巷道的解算風量。將解算風量與阻力測定期間對應巷道的實際風量進行對比：若誤差在5%以內，說明步驟（4）中得到的巷道風阻是可靠的；若誤差在5%以上，則需要對相應巷道風阻進行修正，直至解算風量與阻力測定期間對應的實際風量誤差在5%以內[3]。

圖1 簡單通風系統網絡

3 結語

通風系統改造后，5a內風井通風狀況良好，5a后運輸大巷風速可能會出現超限的情況，屆時可通過對運輸大巷進行修護改造，突破巷道通風阻力瓶頸，在增強回風能力的同時降低通風負壓，實現風量合理，項目可行。