通風參數測量儀表的實驗校準與應用*

張亞平，裴曉東

（1.上海大屯能源股份有限公司江蘇分公司龍東煤礦，江蘇 沛縣 221613；2.中國礦業大學安全工程學院，江蘇 徐州 221116）

礦井通風系統是煤礦生產系統中最基本、最重要的系統之一，且礦井通風是保障礦井安全生產的最主要技術手段之一。礦井通風參數的測量主要包括溫濕度、風速和風壓等，其中巷道風流的風速、風壓測定至關重要，這不僅是礦山通風與安全日常管理工作的重要內容，也是礦井通風阻力測定計算及通風系統優化調整的主要依據。準確地測量各用風地點的風速和風壓值需要精準的專用設備，如精密氣壓計、風表等，該類型設備本身精度較高，但是由于使用過程中的磨損、碰撞、污染等原因，使用一段時間后其精度會大大降低，為滿足測量數據精確性，國家相關部門及規范明確要求該類型設備需定期開展校準檢驗[1-4]。本文通過專用檢定裝置開展了相關通風參數測量儀表的實驗校準與應用研究，以保證測量儀表的精度符合相關要求，提高日常通風測量及通風阻力測定數據的準確性，滿足安全生產的需要。

1 精密氣壓計的實驗校準

精密氣壓計是煤礦通風中測量井巷通風壓力的主要設備之一，其分辨率可達1Pa甚至0.1Pa，遠遠高于空盒氣壓計等傳統設備，并且具有讀數快、操作簡便等優點。但儀器在出廠檢驗后的日常使用過程中或多或少都會出現偏差，為保證通風壓力測量的準確性，本文利用中國礦業大學安全生產檢測檢驗中心的YE1-1型氣壓檢定箱開展了在用精密氣壓計設備的實驗校準研究。

1.1 YE1-1型氣壓檢定箱及校準原理

圖1 YE1-1型氣壓檢定箱

YE1-1型氣壓檢定箱是各類氣壓儀器和氣壓傳感器示值檢定、校驗的專用設備，采用振筒氣壓儀作為標準器，由氣壓檢定箱主機和微機系統組成，其外形結構如圖1所示。

校準原理：根據氣壓檢定箱的壓力可調范圍（500～1010hPa），取10hPa作為校準變化梯度，合計60個壓力校準點。將礦上在用待檢的4套CZC5型精密氣壓計分兩批次置于檢定壓力室內，通過微機系統調用氣壓檢定箱參數設置表，依次設置調節壓力室內的標準氣壓值，等檢驗設備的壓力示值穩定后，分別記錄被檢儀器和氣壓檢定箱的氣壓讀數，校準示值與標準值的差異，擬合校準曲線。

1.2 校準實驗結果及分析

以1#和3#待檢氣壓計的校準實驗數據為例，其校準實驗數據如表1所列。

表1 1#和3#待檢氣壓計校準實驗數據（校準基點壓力為1020.30hPa）

1#和3#待檢氣壓計的校準曲線如圖2和圖3所示。

圖2 1#待檢氣壓計校準曲線

圖3 2#待檢氣壓計校準曲線

其校準方程分別如下：

從校準結果可見，礦上在用待檢的CZC5型精密氣壓計其壓力測量值與真實壓力值之間成線性函數關系，斜率近似為1。測量值與真實值成正相關，其測量誤差由上述校準方程的常數項決定，誤差范圍在16～26Pa左右，誤差值較大，不能忽略。因此，在該礦日常通風測量及礦井通風阻力測定時，應依據上述校準結果對氣壓計的測量值進行校正，以提高測量準確性。

2 機械式風表的實驗校準

機械式風表是煤礦井下測風的主要儀表，其出廠時均附有風表校正曲線以明確風表示值與真實風速值間的關系。但風表在使用一定時間后，精度會明顯下降，原先的校正曲線已不能使用[5]，需對其進行檢修并重新校準得出新的校正曲線，這對測風數據的準確性至關重要。本文作者利用中國礦業大學安全生產檢測檢驗中心的DHS-500×500/700×700-Ⅰ型閉式環形風硐開展了在用風表設備的實驗校準研究。

2.1 閉式環形風硐及校準原理

風硐是能人工產生和控制氣流以模擬物體周圍氣體的流動,用于各種測風儀器的檢定以及進行空氣動力學實驗的一種管道狀設備[6]。校準實驗使用的閉式環形低速風硐DHS-500×500/700×700-Ⅰ型外形尺寸為8.9m×3.2m×2.0m，其工作段實體如圖4所示。

圖4 DHS-500×500/700×700-Ⅰ型風硐工作段實體圖

校準原理：將待檢風表安裝于工作段內，如圖5所示。啟動風硐系統的風機，在工作段形成一個均勻、穩定、紊流度較低的流場，運用皮托管測風法測得工作段風速作為標準風速，與待檢風表的讀數進行比較、校驗，擬合新的校準曲線。

圖5 待檢風表安裝圖

2.2 校準實驗結果及分析

以在用的1塊待檢風表為例，選擇“機械式風表自動檢定”模式，待檢風表的校準數據如表2所列，其校準曲線如圖6所示。

表2 待檢機械式風表的校準實驗數據

從校準結果可見，在用待檢風表起動風速符合要求，新校準曲線方程為V實=0.9929V示+0.0987，R2為0.99998，線性度好。校準后的風表設備可用于礦井日常通風測量及通風阻力測定工作，提高了測量準確性。

圖6 待檢風表的校準曲線

3 工程應用實踐

利用校準后的精密氣壓計和風表，采用基點氣壓計法實測了某礦全礦井通風阻力數值，實測結果如下：

1）按1#主測路線（7221綜采工作面系統）計，該系統風機房水柱計讀數hs=1570Pa，實測風峒內測壓斷面上的平均速壓hv=41.25Pa，自然風壓hn=97.8Pa，實測該系統通風總阻力h=1660.663Pa。實測總回風量為134.233m3/s，等積孔A7221綜采工作面系統=3.920m2。

2）按2#主測路線（1021工作面系統）計，該系統風機房水柱計讀數hs=1570Pa，

實測風峒內測壓斷面上的平均速壓hv=41.25Pa，自然風壓hn=87.45Pa，實測該系統通風總阻力h=1650.480Pa。實測總回風量為134.233m3/s，等積孔A7221綜采工作面系統=3.932m2。

測量精度分析：

通風系統阻力測定精度計算公式如下。

式中：δ為阻力測定相對誤差，%；h'為阻力的理論計算值，h'=hs-hv+hn，Pa；hs為風機房水柱計讀數，Pa；hv為風硐內測壓斷面處的速壓，Pa；h為全礦通風阻力實測值，Pa；hn為礦井自然風壓，Pa。

故實測礦井通風阻力測量精度見表3。

表3 實測礦井通風阻力測量精度檢驗結果

4 結束語

通風參數測量儀表的校準是煤礦通風安全儀器儀表使用與管理的一項重要工作，通過專用檢定裝置的實驗校準可準確檢驗其精度并得出校準曲線及方程，可以滿足日常通風參數測量及通風阻力測定等工作要求，對提高測量數據準確性具有十分重要的意義，能夠更好地服務煤礦安全生產。