復(fù)雜條件下的煤礦主通風(fēng)機(jī)重要參數(shù)測(cè)試

在遇到風(fēng)硐過(guò)短、渦流嚴(yán)重、天氣寒冷等復(fù)雜情況下，現(xiàn)場(chǎng)條件無(wú)法滿足檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的煤礦主通風(fēng)機(jī)測(cè)試要求。依據(jù)理論公式推導(dǎo)出在不同測(cè)試截面、不同方法測(cè)試風(fēng)量和風(fēng)壓的計(jì)算公式，即可較準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)煤礦主通風(fēng)機(jī)一些關(guān)鍵參數(shù)的測(cè)試。

1.引言：

在對(duì)煤礦主通風(fēng)機(jī)的安全性能檢測(cè)檢驗(yàn)中，依據(jù)《煤礦在用主通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)安全檢測(cè)檢驗(yàn)規(guī)范》AQ1011-2005的規(guī)定，風(fēng)量測(cè)定截面應(yīng)選擇無(wú)渦流的、流線接近平行且垂直于該截面的位置。而在實(shí)際檢測(cè)檢驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)，井下風(fēng)流途經(jīng)的風(fēng)硐往往彎度急、距離短，由此造成氣體渦流嚴(yán)重；此外北方冬天U型管壓力計(jì)裝水易結(jié)冰，不能使用。本文依據(jù)理論推導(dǎo)出的測(cè)試方法和公式，完全可以在上述復(fù)雜條件下達(dá)到煤礦在用主通風(fēng)機(jī)參數(shù)測(cè)試精度要求。

2.各測(cè)試截面間的風(fēng)量換算：

上圖為環(huán)形風(fēng)管正視圖，氣流由I-I風(fēng)硐截面流向II-II圓形截面，經(jīng)III-III環(huán)形截面（II-II截面和III-III截面在風(fēng)葉的同一側(cè)）、風(fēng)機(jī)葉片后，最終經(jīng)過(guò)圓形截面IV-IV流出風(fēng)機(jī)。

在上述各截面，采用適當(dāng)?shù)姆椒?，均可?shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)流量的測(cè)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(xiàn)象，應(yīng)該利用理想氣體狀態(tài)方程P1V1T1=P2V2T2（∵進(jìn)出風(fēng)機(jī)的氣流溫度幾乎相同，∴ P1Q1=P2Q2）來(lái)統(tǒng)一換算至檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的風(fēng)硐處（截面I-I）。

例如，已測(cè)的風(fēng)硐處（截面I-I）靜壓為-3000Pa；風(fēng)葉后（截面IV-IV）的靜壓為+300 Pa，風(fēng)量為200m3/s。當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?0000Pa。那么該風(fēng)機(jī)流量就是：

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

3.風(fēng)速、靜壓測(cè)點(diǎn)的布置：

風(fēng)速測(cè)點(diǎn)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(kuò)散器環(huán)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(gè)小塊來(lái)計(jì)算總面積。測(cè)點(diǎn)布置在每個(gè)小塊的重心上。

靜壓測(cè)點(diǎn)的布置：圓形斷面的測(cè)點(diǎn)布置在水平、垂直的兩條直徑與硐壁的交點(diǎn)處；矩形斷面的測(cè)點(diǎn)布置在高、寬中線與硐壁的交點(diǎn)處；環(huán)形斷面的測(cè)點(diǎn)布置在水平、垂直的兩條直徑與硐壁和芯筒外緣的交點(diǎn)處。測(cè)點(diǎn)根據(jù)巷道斷面的近似形狀布置在巷道壁上。

4.風(fēng)量測(cè)試的幾種方法：

風(fēng)杯法測(cè)定：該方法是標(biāo)準(zhǔn)推薦的測(cè)試方法，所得風(fēng)量不需要再進(jìn)行截面間的換算，是風(fēng)機(jī)風(fēng)量測(cè)試的首選方法。該方法只適用于在很長(zhǎng)、很規(guī)整風(fēng)硐處（截面I-I）測(cè)試。按照3.1風(fēng)速測(cè)點(diǎn)進(jìn)行布置，由各點(diǎn)得來(lái)的平均風(fēng)速乘以截面積，即為該煤礦在用主通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量。但在現(xiàn)實(shí)的煤礦在用主通風(fēng)機(jī)安全性能測(cè)試中，測(cè)試截面I-I往往距離測(cè)試進(jìn)風(fēng)口和風(fēng)機(jī)很近，由此造成氣體渦流嚴(yán)重，測(cè)試結(jié)果誤差極大，使測(cè)試工作失去了意義。為此本文推薦其他幾種方法供實(shí)際測(cè)試工作中采用。

皮托管測(cè)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(cè)得的風(fēng)量需換算至截面I-I處。

vi=2Pdiρ 式中：vi—第i點(diǎn)的氣體流速m/s；Pdi—第i點(diǎn)的動(dòng)壓Pa；

ρ—第i點(diǎn)的空氣密度kg/m3。

ρ=3.484×10-3P0-0.3779фPsat273+t 式中：P0—?dú)怏w壓力Pa；ф—空氣相對(duì)濕度%；

Psat—溫度為t℃時(shí)空氣的絕對(duì)飽和水蒸氣壓力Pa。

中溫風(fēng)速儀、電子微壓計(jì)測(cè)定法：該方法是數(shù)顯直讀風(fēng)速法，利用測(cè)試探頭的伸縮測(cè)得各點(diǎn)的風(fēng)速。由于探頭伸縮桿不長(zhǎng)，該方法只能在截面II-II～截面IV-IV使用，且測(cè)得的風(fēng)量需換算至截面I-I處。

修正壓差測(cè)定法：在考慮到阻力修正系數(shù)的情況下，依據(jù)柏努利方程推導(dǎo)出修正靜壓差法測(cè)試風(fēng)量的計(jì)算公式。在煤礦主通風(fēng)機(jī)安全性能檢測(cè)中，只需測(cè)量風(fēng)道兩截面間的直徑和靜壓差，即可求解通風(fēng)機(jī)風(fēng)量這一關(guān)鍵參數(shù)。該方法只適用于在截面II-II～截面III-III間（在風(fēng)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(dāng)量直徑m ；d3—III-III截面的當(dāng)量直徑m；

Δp—II-II截面～I(xiàn)II-III截面間的靜壓差Pa。

需要注意的是，測(cè)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(jì)來(lái)測(cè)量，即有兩支皮托管各自放置在兩截面測(cè)點(diǎn)處，其軟管同時(shí)接入微壓計(jì)來(lái)讀數(shù)。

關(guān)于該方法的具體推導(dǎo)和使用，詳見(jiàn)筆者所編寫的《修正壓差法測(cè)量煤礦主通風(fēng)機(jī)風(fēng)量》。

5.0℃以下的壓力測(cè)量：

北方冬季天氣寒冷，水在0℃以下自然結(jié)冰，因此裝有水的U型管壓力計(jì)不能使用，只能采用其他方法變通測(cè)量。

電子微壓計(jì)測(cè)定法：儀器直讀壓力數(shù)據(jù)，不受氣溫在0℃以下的影響。

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

此時(shí)的壓力讀數(shù)就需要轉(zhuǎn)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(xiàn)場(chǎng)壓力的實(shí)際值即為：P水=P玻璃水G玻璃水G水

6.煤礦在用通風(fēng)機(jī)重要參數(shù)測(cè)試的綜合應(yīng)用：

例如：在對(duì)一個(gè)煤礦的主通風(fēng)機(jī)安全檢測(cè)過(guò)程中，采用防爆帽短路風(fēng)加阻法。由于風(fēng)硐的測(cè)試截面I-I距離測(cè)試進(jìn)風(fēng)口和風(fēng)機(jī)很近，造成氣體渦流嚴(yán)重，無(wú)法正常測(cè)試，只能選取在截面IV-IV處用皮托管法進(jìn)行測(cè)定。由于測(cè)試氣溫在0℃以下，用某品牌玻璃水測(cè)量壓力（G玻璃水/G水=1.05）?，F(xiàn)已測(cè)得當(dāng)?shù)卮髿鈮?00hPa；氣溫-10℃；平均動(dòng)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(fēng)機(jī)的風(fēng)量。

解：∵氣溫<0℃，空氣相對(duì)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(xiàn)任陽(yáng)煤集團(tuán)山西科林公司副總經(jīng)理）