礦用風(fēng)速表檢定中標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速影響因素的分析

萬金筆 陸馗樞

【摘要】礦用風(fēng)速表應(yīng)用于礦井巷道中，對礦井巷道中風(fēng)速進(jìn)行有效測量。礦井通風(fēng)可為井下提供新鮮空氣，排出有毒有害氣體以及粉塵。礦用風(fēng)速表屬于安全防護(hù)類型計量器具，其量值的準(zhǔn)確關(guān)乎煤礦安全生產(chǎn)。所以在檢定中我們要注意那些產(chǎn)生測量誤差的相關(guān)因素，確保經(jīng)量值溯源的礦用風(fēng)速表示值準(zhǔn)確可靠。準(zhǔn)確的礦用風(fēng)速表可以保證礦井穩(wěn)定運營和安全生產(chǎn)，為煤炭開采企業(yè)的安全生產(chǎn)保駕護(hù)航。本文針對礦用風(fēng)速表在檢定過程中實際標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速的影響因素進(jìn)行探討。

【關(guān)鍵詞】礦用風(fēng)速表；標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速；影響因素

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2023.06.013

Analysis of Influencing Factors of Standard Wind Speed in Mine Anemometer Verification

WAN Jinbi， LU Kuishu*

（Zunyi Product Quality Inspection and Testing Institute， Zunyi 563000， China）

Abstract：The mine anemometer is applied in the mine tunnel to effectively measure the wind speed in the mine tunnel. Mine ventilation can provide fresh air for the underground， expel toxic and harmful gases as well as dust. The mine anemometer belongs to the type of safety protection measuring instrument， and its accuracy is related to the safety production of coal mines. So in the verification process， we need to pay attention to the relevant factors that cause measurement errors， and ensure that the mine wind speed represented by the traceable values is accurate and reliable. An accurate mine anemometer can ensure stable operation and safe production of the mine， providing a safeguard for the safety production of coal mining enterprises. This article explores the factors that affect the actual standard wind speed during the calibration process of mining anemometers.

Key words：mine anemometer； standard wind speed； influence factor

提到“以風(fēng)定產(chǎn)”就不得不提礦井通風(fēng)。在對大量的煤礦事故進(jìn)行調(diào)查分析中，我們不難發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)瓦斯爆炸的原因都涉及礦井通風(fēng)的問題，這就突顯了礦井通風(fēng)在煤礦安全生產(chǎn)中的重要性。

目前煤礦井下風(fēng)速測量的儀表主要有機(jī)械式風(fēng)速表、機(jī)械式電子風(fēng)速表、電子風(fēng)速表和風(fēng)速傳感器等。各種風(fēng)速儀表在下井之前都必須到國家授權(quán)的機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢定，檢定合格或校準(zhǔn)符合要求后方可使用。由于煤礦井下環(huán)境惡劣，以及在使用中發(fā)生碰撞、震動等都會造成風(fēng)速表不能準(zhǔn)確測量實際風(fēng)速。這不僅會嚴(yán)重影響礦井通風(fēng)工作，而且也無法正確掌握礦井通風(fēng)情況，給煤礦安全生產(chǎn)帶來嚴(yán)重的隱患。

所以，我們每個礦用風(fēng)速表檢定工作人員，不僅應(yīng)懂得風(fēng)速儀表的結(jié)構(gòu)原理，還應(yīng)了解影響風(fēng)速表檢定過程的各種因素，盡自己最大的努力做好計量工作，為煤礦安全生產(chǎn)作出自己的貢獻(xiàn)。

機(jī)械葉片式風(fēng)速表是被普遍使用，主要用來測量煤礦井下平均風(fēng)流速度的一種儀表，主要分為高速風(fēng)表、中速風(fēng)表、低速風(fēng)表3種。高速風(fēng)表的測量范圍為0.8～25 m/s，起動風(fēng)速不大于0.6 m/s；中速風(fēng)表的測量范圍為0.5～10 m/s，起動風(fēng)速不大于0.4 m/s；低速風(fēng)表的測量范圍為0.3～5 m/s，起動風(fēng)速不大于0.2 m/s。

機(jī)械式風(fēng)速表是煤礦井下運用最廣的風(fēng)速測量儀表。機(jī)械式風(fēng)速表主要由翼輪、渦輪、渦輪軸、計數(shù)器、指示針、回零裝置離合閘、護(hù)殼、提環(huán)、底座等組成。翼輪是由8個葉片按照與旋轉(zhuǎn)軸的垂直平面呈一定角度安裝組成，翼輪軸安裝在2個三腳架中的剛玉軸眼中。翼輪轉(zhuǎn)動時，通過渦輪、渦輪軸將運動傳給計數(shù)器，計數(shù)器指針轉(zhuǎn)動指示出翼輪轉(zhuǎn)動速度，翼輪轉(zhuǎn)動速度與實際風(fēng)速之間的關(guān)系記載于風(fēng)表的曲線圖標(biāo)上。表頭上部有2支杠桿，頂端1支圓帽形的圓柱杠桿是回零閘壓桿，將它輕輕壓下能使長短指針立即恢復(fù)零位，另1支為離合閘，將它左右推動能使計數(shù)器與翼軸連接或分開。

根據(jù)所測地點的風(fēng)速，選擇合適的風(fēng)表。取出風(fēng)表和秒表，將風(fēng)表和秒表指針回零，然后使風(fēng)表迎著風(fēng)流，并與風(fēng)流方向垂直，風(fēng)表空轉(zhuǎn)30 s后同時打開風(fēng)表和秒表開關(guān)，開始測定。

選用風(fēng)表移動路線：可以采用折線法（六線法）、四線法、迂回八線法、12點法、標(biāo)準(zhǔn)線路法等方法。測風(fēng)過程中，風(fēng)表移動要平穩(wěn)、勻速。風(fēng)表在移動時，測風(fēng)員持表姿勢應(yīng)采用側(cè)身法。機(jī)械式風(fēng)表在1 min時同時關(guān)閉風(fēng)表、秒表開關(guān)，讀出表速。在同一斷面處測風(fēng)不得少于3次，每次的結(jié)果誤差不應(yīng)超過5%。

礦用風(fēng)速表檢定裝置主要由風(fēng)洞、微差壓變送器、皮托管、溫度計等組成。測量下限不大于0.2 m/s，測量上限不小于25 m/s。JJG（煤炭）01—96《礦用風(fēng)速表檢定規(guī)程》中要求：風(fēng)洞的風(fēng)速測量范圍大于風(fēng)速表的測量范圍，風(fēng)洞氣流均勻性不大于1.50%，風(fēng)洞氣流穩(wěn)定性不大于0.50%；微差壓計測量范圍不小于500 Pa，誤差0.8 Pa；皮托管校準(zhǔn)系數(shù)0.998～1.004，準(zhǔn)確度為二等；大氣壓力計最小分度值10 Pa，誤差±40 Pa；溫度計測量范圍為0～50℃，在檢定一只風(fēng)速表環(huán)境溫度變化不超過1℃。

風(fēng)速表誤差應(yīng)符合表1規(guī)定。

在檢定過程中，其標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速值與皮托管、微差壓變送器、大氣壓力表、溫度計的準(zhǔn)確度以及風(fēng)洞的穩(wěn)定性有關(guān)。

6.1微差壓變送器的影響

6.1.1微差壓計變送器零點偏差的影響

假如微差壓變送器量程為500 Pa，準(zhǔn)確度等級為0.1級時最大允許誤差為0.5 Pa，符合規(guī)程要求；假如微差壓變送器量程為1000 Pa，準(zhǔn)確度等級為0.1級時最大允許誤差為1.0 Pa，不符合規(guī)程要求。所以在配備微差壓變送器時要注意準(zhǔn)確度等級的同時要合理選擇滿足規(guī)程要求的量程。

6.2皮托管的影響

從JJG（煤炭）01—96《礦用風(fēng)速表檢定規(guī)程》可知，皮托管安裝在風(fēng)洞工作段距離內(nèi)壁應(yīng)大于1/8工作段直徑的風(fēng)速均勻區(qū)，皮托管側(cè)頭迎風(fēng)正對氣流，測頭與氣流軸向最大偏角為±3°。

皮托管校準(zhǔn)系數(shù)在0.998～1.004，假設(shè)其他要素均為恒定情況下，空氣密度ρ= 1kg/m3，皮托管系數(shù)對標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速的影響系數(shù)為0.998～1.002，對于低速風(fēng)表最大測量點5 m/s時，標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速范圍為4.99～5.01 m/s；對于中速風(fēng)表最大測量點10 m/s時，標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速范圍為9.98～10.02 m/s；對于高速風(fēng)表最大測量點25 m/s時，標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速范圍為24.95～25.05 m/s。從上述數(shù)據(jù)可知皮托管系數(shù)對標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速的影響量很小。

6.3大氣壓力的影響

大氣壓隨著高度的升高而降低，而空氣密度則隨著高度的升高而降低，所以大氣壓高則空氣密度大，反之也是。

從JJG（煤炭）01—96《礦用風(fēng)速表檢定規(guī)程》可知，大氣壓力表最大允許誤差40 Pa，由公式（2）可知大氣壓力值的變化主要影響介質(zhì)空氣的密度。假設(shè)其他要素均為恒定情況下，通過公式計算大氣壓力表最大允許誤差對介質(zhì)密度的影響系數(shù)為0.96～1.04，對標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速的影響系數(shù)為0.98～1.02。

6.4溫度的影響

當(dāng)空氣溫度升高時，在質(zhì)量一定的情況下，空氣因膨脹而體積變大，所以其密度會變小，相反則變大。假設(shè)其他要素均為恒定情況，規(guī)程規(guī)定檢定一只風(fēng)表環(huán)境溫度變化不超過1℃，根據(jù)實驗可知一般溫度變化1℃，標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速變化0.05 m/ s。所以在檢定過程中嚴(yán)格控制室內(nèi)溫度以及風(fēng)洞內(nèi)溫度，減少檢測室溫度與風(fēng)洞內(nèi)溫差。

6.5風(fēng)洞的影響

由JJG（煤炭）01—96《礦用風(fēng)速表檢定規(guī)程》可知風(fēng)洞氣流均勻性不大于1.50%，風(fēng)洞氣流穩(wěn)定性不大于0.50%。風(fēng)洞不均勻和不穩(wěn)定影響標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速值主要體現(xiàn)在測量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。風(fēng)洞的均勻性和穩(wěn)定性是在重復(fù)性條件下利用標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速表來測量的，通過多次重復(fù)性測量計算其實驗標(biāo)準(zhǔn)偏差。

采用A類方法進(jìn)行評定。測量點為15 m/s，在重復(fù)性條件下測量，重復(fù)性試驗結(jié)果見表2。

綜上所述，在礦用風(fēng)速表的檢定過程中，合理控制好影響標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速值的每一個變量是十分必要的。同時煤礦用風(fēng)速表的種類繁多，外形也各不相同，計量檢定人員只有熟知其工作原理、內(nèi)部構(gòu)造以及使用方法，才能保證礦用風(fēng)速表測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，進(jìn)而為煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)保駕護(hù)航。

【參考文獻(xiàn)】

[1]朱鳳山.礦山安全計量技術(shù)[M].北京：中國計量出版社，2007.

[2]礦用風(fēng)速表：JJG（煤炭）01—96[S].

[3]張悅.礦用風(fēng)速表測量結(jié)果的不確定度評定[J].中國計量，2014（10）：96-97，100.

【作者簡介】

萬金筆，男，1987年出生，高級工程師，學(xué)士，研究方向為計量檢定、校準(zhǔn)以及測試。

通訊作者：陸馗樞，男，1981年出生，高級工程師，碩士，研究方向為礦山安全計量以及溫度、壓力，郵箱：843416412@qq. com。

（編輯：李加鵬）