通風(fēng)參數(shù)測(cè)量?jī)x表的實(shí)驗(yàn)校準(zhǔn)與應(yīng)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(guó)礦業(yè)大學(xué)安全工程學(xué)院，江蘇 徐州 221116）

礦井通風(fēng)系統(tǒng)是煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)中最基本、最重要的系統(tǒng)之一，且礦井通風(fēng)是保障礦井安全生產(chǎn)的最主要技術(shù)手段之一。礦井通風(fēng)參數(shù)的測(cè)量主要包括溫濕度、風(fēng)速和風(fēng)壓等，其中巷道風(fēng)流的風(fēng)速、風(fēng)壓測(cè)定至關(guān)重要，這不僅是礦山通風(fēng)與安全日常管理工作的重要內(nèi)容，也是礦井通風(fēng)阻力測(cè)定計(jì)算及通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整的主要依據(jù)。準(zhǔn)確地測(cè)量各用風(fēng)地點(diǎn)的風(fēng)速和風(fēng)壓值需要精準(zhǔn)的專用設(shè)備，如精密氣壓計(jì)、風(fēng)表等，該類型設(shè)備本身精度較高，但是由于使用過(guò)程中的磨損、碰撞、污染等原因，使用一段時(shí)間后其精度會(huì)大大降低，為滿足測(cè)量數(shù)據(jù)精確性，國(guó)家相關(guān)部門(mén)及規(guī)范明確要求該類型設(shè)備需定期開(kāi)展校準(zhǔn)檢驗(yàn)[1-4]。本文通過(guò)專用檢定裝置開(kāi)展了相關(guān)通風(fēng)參數(shù)測(cè)量?jī)x表的實(shí)驗(yàn)校準(zhǔn)與應(yīng)用研究，以保證測(cè)量?jī)x表的精度符合相關(guān)要求，提高日常通風(fēng)測(cè)量及通風(fēng)阻力測(cè)定數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，滿足安全生產(chǎn)的需要。

1 精密氣壓計(jì)的實(shí)驗(yàn)校準(zhǔn)

精密氣壓計(jì)是煤礦通風(fēng)中測(cè)量井巷通風(fēng)壓力的主要設(shè)備之一，其分辨率可達(dá)1Pa甚至0.1Pa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于空盒氣壓計(jì)等傳統(tǒng)設(shè)備，并且具有讀數(shù)快、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。但儀器在出廠檢驗(yàn)后的日常使用過(guò)程中或多或少都會(huì)出現(xiàn)偏差，為保證通風(fēng)壓力測(cè)量的準(zhǔn)確性，本文利用中國(guó)礦業(yè)大學(xué)安全生產(chǎn)檢測(cè)檢驗(yàn)中心的YE1-1型氣壓檢定箱開(kāi)展了在用精密氣壓計(jì)設(shè)備的實(shí)驗(yàn)校準(zhǔn)研究。

1.1 YE1-1型氣壓檢定箱及校準(zhǔn)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(yàn)的專用設(shè)備，采用振筒氣壓儀作為標(biāo)準(zhǔn)器，由氣壓檢定箱主機(jī)和微機(jī)系統(tǒng)組成，其外形結(jié)構(gòu)如圖1所示。

校準(zhǔn)原理：根據(jù)氣壓檢定箱的壓力可調(diào)范圍（500～1010hPa），取10hPa作為校準(zhǔn)變化梯度，合計(jì)60個(gè)壓力校準(zhǔn)點(diǎn)。將礦上在用待檢的4套CZC5型精密氣壓計(jì)分兩批次置于檢定壓力室內(nèi)，通過(guò)微機(jī)系統(tǒng)調(diào)用氣壓檢定箱參數(shù)設(shè)置表，依次設(shè)置調(diào)節(jié)壓力室內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)氣壓值，等檢驗(yàn)設(shè)備的壓力示值穩(wěn)定后，分別記錄被檢儀器和氣壓檢定箱的氣壓讀數(shù)，校準(zhǔn)示值與標(biāo)準(zhǔn)值的差異，擬合校準(zhǔn)曲線。

1.2 校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

以1#和3#待檢氣壓計(jì)的校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為例，其校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所列。

表1 1#和3#待檢氣壓計(jì)校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（校準(zhǔn)基點(diǎn)壓力為1020.30hPa）

1#和3#待檢氣壓計(jì)的校準(zhǔn)曲線如圖2和圖3所示。

圖2 1#待檢氣壓計(jì)校準(zhǔn)曲線

圖3 2#待檢氣壓計(jì)校準(zhǔn)曲線

其校準(zhǔn)方程分別如下：

從校準(zhǔn)結(jié)果可見(jiàn)，礦上在用待檢的CZC5型精密氣壓計(jì)其壓力測(cè)量值與真實(shí)壓力值之間成線性函數(shù)關(guān)系，斜率近似為1。測(cè)量值與真實(shí)值成正相關(guān)，其測(cè)量誤差由上述校準(zhǔn)方程的常數(shù)項(xiàng)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(fēng)測(cè)量及礦井通風(fēng)阻力測(cè)定時(shí)，應(yīng)依據(jù)上述校準(zhǔn)結(jié)果對(duì)氣壓計(jì)的測(cè)量值進(jìn)行校正，以提高測(cè)量準(zhǔn)確性。

2 機(jī)械式風(fēng)表的實(shí)驗(yàn)校準(zhǔn)

機(jī)械式風(fēng)表是煤礦井下測(cè)風(fēng)的主要儀表，其出廠時(shí)均附有風(fēng)表校正曲線以明確風(fēng)表示值與真實(shí)風(fēng)速值間的關(guān)系。但風(fēng)表在使用一定時(shí)間后，精度會(huì)明顯下降，原先的校正曲線已不能使用[5]，需對(duì)其進(jìn)行檢修并重新校準(zhǔn)得出新的校正曲線，這對(duì)測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性至關(guān)重要。本文作者利用中國(guó)礦業(yè)大學(xué)安全生產(chǎn)檢測(cè)檢驗(yàn)中心的DHS-500×500/700×700-Ⅰ型閉式環(huán)形風(fēng)硐開(kāi)展了在用風(fēng)表設(shè)備的實(shí)驗(yàn)校準(zhǔn)研究。

2.1 閉式環(huán)形風(fēng)硐及校準(zhǔn)原理

風(fēng)硐是能人工產(chǎn)生和控制氣流以模擬物體周圍氣體的流動(dòng),用于各種測(cè)風(fēng)儀器的檢定以及進(jìn)行空氣動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)的一種管道狀設(shè)備[6]。校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)使用的閉式環(huán)形低速風(fēng)硐DHS-500×500/700×700-Ⅰ型外形尺寸為8.9m×3.2m×2.0m，其工作段實(shí)體如圖4所示。

圖4 DHS-500×500/700×700-Ⅰ型風(fēng)硐工作段實(shí)體圖

校準(zhǔn)原理：將待檢風(fēng)表安裝于工作段內(nèi)，如圖5所示。啟動(dòng)風(fēng)硐系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)，在工作段形成一個(gè)均勻、穩(wěn)定、紊流度較低的流場(chǎng)，運(yùn)用皮托管測(cè)風(fēng)法測(cè)得工作段風(fēng)速作為標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速，與待檢風(fēng)表的讀數(shù)進(jìn)行比較、校驗(yàn)，擬合新的校準(zhǔn)曲線。

圖5 待檢風(fēng)表安裝圖

2.2 校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

以在用的1塊待檢風(fēng)表為例，選擇“機(jī)械式風(fēng)表自動(dòng)檢定”模式，待檢風(fēng)表的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)如表2所列，其校準(zhǔn)曲線如圖6所示。

表2 待檢機(jī)械式風(fēng)表的校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

從校準(zhǔn)結(jié)果可見(jiàn)，在用待檢風(fēng)表起動(dòng)風(fēng)速符合要求，新校準(zhǔn)曲線方程為V實(shí)=0.9929V示+0.0987，R2為0.99998，線性度好。校準(zhǔn)后的風(fēng)表設(shè)備可用于礦井日常通風(fēng)測(cè)量及通風(fēng)阻力測(cè)定工作，提高了測(cè)量準(zhǔn)確性。

圖6 待檢風(fēng)表的校準(zhǔn)曲線

3 工程應(yīng)用實(shí)踐

利用校準(zhǔn)后的精密氣壓計(jì)和風(fēng)表，采用基點(diǎn)氣壓計(jì)法實(shí)測(cè)了某礦全礦井通風(fēng)阻力數(shù)值，實(shí)測(cè)結(jié)果如下：

1）按1#主測(cè)路線（7221綜采工作面系統(tǒng)）計(jì)，該系統(tǒng)風(fēng)機(jī)房水柱計(jì)讀數(shù)hs=1570Pa，實(shí)測(cè)風(fēng)峒內(nèi)測(cè)壓斷面上的平均速壓hv=41.25Pa，自然風(fēng)壓hn=97.8Pa，實(shí)測(cè)該系統(tǒng)通風(fēng)總阻力h=1660.663Pa。實(shí)測(cè)總回風(fēng)量為134.233m3/s，等積孔A7221綜采工作面系統(tǒng)=3.920m2。

2）按2#主測(cè)路線（1021工作面系統(tǒng)）計(jì)，該系統(tǒng)風(fēng)機(jī)房水柱計(jì)讀數(shù)hs=1570Pa，

實(shí)測(cè)風(fēng)峒內(nèi)測(cè)壓斷面上的平均速壓hv=41.25Pa，自然風(fēng)壓hn=87.45Pa，實(shí)測(cè)該系統(tǒng)通風(fēng)總阻力h=1650.480Pa。實(shí)測(cè)總回風(fēng)量為134.233m3/s，等積孔A7221綜采工作面系統(tǒng)=3.932m2。

測(cè)量精度分析：

通風(fēng)系統(tǒng)阻力測(cè)定精度計(jì)算公式如下。

式中：δ為阻力測(cè)定相對(duì)誤差，%；h'為阻力的理論計(jì)算值，h'=hs-hv+hn，Pa；hs為風(fēng)機(jī)房水柱計(jì)讀數(shù)，Pa；hv為風(fēng)硐內(nèi)測(cè)壓斷面處的速壓，Pa；h為全礦通風(fēng)阻力實(shí)測(cè)值，Pa；hn為礦井自然風(fēng)壓，Pa。

故實(shí)測(cè)礦井通風(fēng)阻力測(cè)量精度見(jiàn)表3。

表3 實(shí)測(cè)礦井通風(fēng)阻力測(cè)量精度檢驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié)束語(yǔ)

通風(fēng)參數(shù)測(cè)量?jī)x表的校準(zhǔn)是煤礦通風(fēng)安全儀器儀表使用與管理的一項(xiàng)重要工作，通過(guò)專用檢定裝置的實(shí)驗(yàn)校準(zhǔn)可準(zhǔn)確檢驗(yàn)其精度并得出校準(zhǔn)曲線及方程，可以滿足日常通風(fēng)參數(shù)測(cè)量及通風(fēng)阻力測(cè)定等工作要求，對(duì)提高測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性具有十分重要的意義，能夠更好地服務(wù)煤礦安全生產(chǎn)。