礦井通風(fēng)阻力測試技術(shù)的探討與合理性分析

李永寶

摘 要：礦井通風(fēng)阻力是衡量礦井通風(fēng)狀況的主要指標(biāo)，礦井通風(fēng)阻力測定則是礦井通風(fēng)技術(shù)管理的一項(xiàng)基礎(chǔ)工作，介紹了礦井通風(fēng)阻力的測定方法， 對礦井通風(fēng)阻力測定中的幾個(gè)問題進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：礦井通風(fēng)阻力 伯努利方程 等積孔

一：礦井通風(fēng)阻力測定原理：能量方程

能量方程表達(dá)了空氣在流動過程中的靜壓能、動能和位能的變化規(guī)律，是能量守恒和轉(zhuǎn)換定律在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用。在流體力學(xué)中，對理想流體，當(dāng)從1點(diǎn)流到2點(diǎn)時(shí)，采用伯諾利方程（也叫通風(fēng)能量方程）：

p1+ρm1gZ1+ρm1v12/2=p2+ρm2gZ2+ρm2 v22/2

但對于實(shí)際中的空氣流動，由于空氣具有粘性，在流動過程中必然產(chǎn)生內(nèi)外磨擦力而損失部分能量；另外，空氣還具有可壓縮性，在流動過程中氣體的密度會有變化，在實(shí)際應(yīng)用中的通風(fēng)能量方程可用下式表示：

p1+ρm1gZ1+ρm1v12/2=p2+ρm2gZ2+ρm2 v22/2+h阻1-2

式中 h阻1-2 ——空氣從斷面1流到斷面2所損失的能量，即兩點(diǎn)間的通風(fēng)阻力，Pa

上述能量方程表示了風(fēng)流在任意兩斷面間的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系，指出兩點(diǎn)間的能量損失就是兩點(diǎn)間的通風(fēng)阻力。該方程在礦井通風(fēng)中應(yīng)用極為廣泛，是研究礦井通風(fēng)的理論基礎(chǔ)。

二：測定方案的確定

本次礦井通風(fēng)阻力測定前，根據(jù)礦井通風(fēng)系統(tǒng)的實(shí)施情況，經(jīng)與礦方共同協(xié)商，選定通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)最長的路線，采用通風(fēng)參數(shù)儀法進(jìn)行測定。

三：測定方法：氣壓計(jì)法（礦井通風(fēng)參數(shù)儀）

用精密氣壓計(jì)測量兩測點(diǎn)間的靜壓差，測算兩斷面的動壓差和位壓差，從而計(jì)算出兩測點(diǎn)間的通風(fēng)阻力。

實(shí)施阻力測定前，按煤礦現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)，并結(jié)合礦井實(shí)際生產(chǎn)地點(diǎn)選擇測定路線及標(biāo)注井下測點(diǎn)標(biāo)號、量取測點(diǎn)斷面和兩測點(diǎn)間斜距、記錄井巷支護(hù)形式等。

第二步，依次測定井下各測點(diǎn)的風(fēng)速、絕對大氣壓力、空氣干溫度、空氣濕溫度及相對于基點(diǎn)（進(jìn)風(fēng)井口）的靜壓差，具體測定步驟如下：

①精密氣壓計(jì)A、B及測定所用的其他儀器、儀表的操作做好人員分工。在基點(diǎn)（進(jìn)風(fēng)井口）處，將精密氣壓計(jì)A、B置于同一水平面，開機(jī)后約20分鐘即可同時(shí)讀取精密氣壓計(jì)A、B在地面的大氣壓值。

②精密氣壓計(jì)B入井后測第一點(diǎn)時(shí)，待儀器顯示讀數(shù)穩(wěn)定后，讀取絕對大氣壓力、空氣干溫度、空氣濕溫度及相對于基點(diǎn)（進(jìn)風(fēng)井口）的靜壓差、時(shí)間等，同時(shí)將其顯示讀數(shù)一一記錄在原始記錄上。

四：測定準(zhǔn)備工作

1. 測定路線的選擇

選擇能夠反映該礦井通風(fēng)系統(tǒng)特征的最長通風(fēng)路線作為主要測定路線。

2. 測點(diǎn)的布置

首先在通風(fēng)系統(tǒng)圖上按選定測定路線布置測點(diǎn)，并按順序編號。然后再按井下實(shí)際情況確定測點(diǎn)位置，并作標(biāo)記。

五：數(shù)據(jù)處理

1.巷道幾何參數(shù)的測算

1.1三心拱斷面的巷道

斷面積：SL=BL×（HL-0.0867BL） 周長：UL=4.10×SL1/2

1.2半圓拱斷面的巷道

斷面積：SL=BL×（HL-0.1073BL） 周長：UL=3.84×SL1/2

1.3矩形斷面的巷道

斷面積：SL=BL×HL 周長：UL= 2×（BL+HL）

1.4梯形斷面的巷道

斷面積：SL= BL×HL 周長：UL=

1.5式中 SL——巷道斷面積，m2

BL——巷道寬度或腰線長度，m

HL——巷道斷面的高，m

2.測點(diǎn)相對靜壓計(jì)算 公式：h靜i=（hJ讀i+⊿h氣）g，Pa

式中 h靜i—測點(diǎn)對基點(diǎn)的相對靜壓，Pa；

hJ讀i—儀器在測點(diǎn)讀出的相對靜壓，mmH2O。當(dāng)測點(diǎn)的絕對壓力高于基點(diǎn)時(shí)，讀數(shù)顯示“+”，低于顯示“-”；

⊿h氣—儀器在測點(diǎn)讀數(shù)時(shí)，地面大氣壓力的變化值，mmH2O。g—9.8m/s2；

3、測點(diǎn)間的位壓計(jì)算 公式： h位i =Z0-1ρ0-1g，

式中：h位i—測點(diǎn)對基點(diǎn)的位壓，Pa；Z0-1—測點(diǎn)與基點(diǎn)的標(biāo)高差，（m）

ρ0-1—測點(diǎn)與基點(diǎn)的平均空氣密度，Kg/m3；g—重力加速度，m/s2；

4.井巷斷面間的動壓計(jì)算 hd =ρ·ν2/2 （ Pa ）

式中 hd ——測點(diǎn)的動壓，Pa

ρ——空氣密度，㎏/m3

ν——測風(fēng)斷面的風(fēng)速，m/s

5、測量路線的阻力計(jì)算

hi-j=hi-j靜壓差+hi-j速壓差+hi-j位壓差

式中 hi-j——測量路線各測點(diǎn)間的阻力，Pa

hi-j靜壓差——測量路線的靜壓差，Pa

hi-j速壓差——測量路線的動壓差，Pa

hi-j位壓差——測量路線的位壓差，Pa

巷道風(fēng)阻及井巷摩擦阻力系數(shù)的計(jì)算

6.1 斷面修正系數(shù) Ks=（S-0.4）/S

6.2 風(fēng)量 Q=KsSV （m3/S）

6.3 兩測點(diǎn)間風(fēng)阻 Rij=hi-j/Q2i-j （N·s2/m8 ）

式中 Qi-j ——測點(diǎn)i，j間風(fēng)量的算術(shù)平均值，m3/s

6.4 兩測點(diǎn)間標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)阻 Rij=1.2Rij/ （N·s2/m8 ）

6.5 巷道百米標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)阻 Rij=100Rij/Lij （N·s2/m8 ）

6.6 摩擦阻力系數(shù) α測=h阻·S3/ULQ2 （N·s2/m4 ）

α標(biāo)=1.2·α測/ρ測 （N·s2/m4 ）

式中 α測——測定時(shí)空氣密度為ρ測時(shí)的巷道摩擦阻力系數(shù)，N·s2/m4

α標(biāo)——換算成礦井標(biāo)準(zhǔn)空氣密度為1.2 kg/m3時(shí)的巷道摩擦阻力系數(shù)，N·s2/m4

h阻——測點(diǎn)間的通風(fēng)阻力，Pa

S——井巷的斷面積，m2

U——井巷的周長，m

L——測段巷道長度，m

7、礦井通風(fēng)總阻力 h總=∑hi-j

式中 h總——礦井通風(fēng)總阻力，Pa

hi-j——測量路線各測點(diǎn)間的阻力，Pa

8、自然風(fēng)壓計(jì)算

采用間接測定法用加全平均計(jì)算進(jìn)、回風(fēng)側(cè)各測點(diǎn)風(fēng)流中平均空氣密度。

礦井自然風(fēng)壓可按下式計(jì)算：hz=Z·（ρ進(jìn)均-ρ回均）g

式中 Z ——礦井垂深，m；

ρ進(jìn)均——進(jìn)風(fēng)段平均密度，kg/m3；

ρ回均——回風(fēng)段平均密度，kg/m3；

g ——重力加速度，g取9.81m/s2

9.礦井通風(fēng)阻力及等積孔

假設(shè)在一個(gè)理想薄壁上開一個(gè)面積為的孔口，當(dāng)孔口通過的風(fēng)量恰好等于礦井的風(fēng)量，由孔口在薄壁兩側(cè)造成的絕對靜壓差等于礦井的通風(fēng)阻力時(shí)，稱孔口面積為礦井等積孔。

式中 A ——礦井等積孔，m2；

Q——礦井總風(fēng)量，m3/s；

h阻——礦井總阻力，Pa。

6：結(jié)論礦井通風(fēng)阻力的測定要根據(jù)礦井規(guī)模、通風(fēng)系統(tǒng)合理地確定測定路線、布置測點(diǎn)， 正確地選擇測定方法。計(jì)算所求得的項(xiàng)目要全面， 測定報(bào)告要給出測定結(jié)論。通過分析， 要對礦井通風(fēng)阻力分布、風(fēng)量分配、漏風(fēng)狀況、通風(fēng)設(shè)施的設(shè)置、管理指出存在的問題， 提出合理化建議， 以達(dá)到礦井通風(fēng)系統(tǒng)降阻減耗的目的， 保證通風(fēng)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)、合理、可靠運(yùn)行。

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