通风阻力测定方法分析

崔景昆 付明明 王月星 陈志彬 武江河 洛 锋

(河北工程大学,河北省邯郸市,056038)

通风阻力测定方法分析

崔景昆 付明明 王月星 陈志彬 武江河 洛 锋

(河北工程大学,河北省邯郸市,056038)

分析了现阶段各种测定通风阻力方法的优缺点,提出了压差计法和基点法结合使用的新方法。通过对邯郸矿业集团陶一矿通风阻力测定和数据处理,最终表明,将压差计法和基点法结合使用,不仅能够减小测定数据的误差,而且能够解决井筒和积水处的通风阻力测定问题。

通风系统 通风阻力 压差计法 比值校正法 基点法

矿井通风阻力是衡量矿井通风状况的主要指标,通风阻力产生的原因是空气沿巷道流动时,由于风流分子粘滞性和惯性及巷道壁面的粗糙性,对风流的阻滞、扰动作用而形成通风阻力,造成风流损失。依据《煤矿安全规程》规定:新建矿井在投产前必须进行一次通风阻力测定,以后每3年至少测1次。矿井新水平生产或改变一翼通风系统后,必须重新进行通风阻力测定。目前所采用的阻力测定方法主要是压差计法和基点法,但是这两种方法都有局限性。

1 通风阻力测定方法

1.1 比值校正法

比值校正法的基本原理是在地面井口附近设监测点,测定地面气压在一定时间Δt内的变化量ΔP0,由此对井下测点i处气压计测得的静压在同一时间内的变化值进行校正。

1.2 压差计法

压差计法的基本原理是在巷道的前后两测点各设置一个皮托管,用胶管把前后两测点连接起来,用压差计测量前后两测点的压差,用风速表测量各测点的风速,通过压差和速压求和计算,可得出该段巷道的阻力。

1.3 基点法

基点法的基本原理是用气压计测量出巷道风流前后两测点的静压差,同时测量测段内巷道风速、断面积、干湿温度等参数,从而计算出两测点间的通风阻力。具体作法是利用2台气压计,1台设在井上,1台设在井下,井上固定在入风井口的基点上,监测地面大气压的变化,井下沿测定路线巡回测定。其测定结果能够满足一般性要求。

2 测定方法优缺点比较

三种方法各有优缺点,有的原理较为简单,易懂易操作,但是误差较大;有的比较精准,但是测定过程复杂,而且受到现场条件限制。为更好地利用其优点,避免其缺陷造成的误差,三种方法的优缺点进行了对比分析,见表3。

表1 通风阻力测定方法优缺点比较

3 采用压差计法测风阻较为准确的理论分析

3.1 公式推导

压差计测风阻中使用的U型管两边所承受的压力之差为:

式中:hre——是酒精表面的倾斜距离,m;

δ——酒精的比重,0.81 kg/m3;

c——压差计的精度校正系数,Pa;

Ps1——1测点的绝对静压,Pa;

Ps2——2测点的绝对静压,Pa;

ρ′1-2——胶皮管内空气的平均密度,kg/m3;

Z——1、2测点的标高差,m;

β1——U型管倾角,(°)

g——空气重力加速度,9.81 m2/s。

根据能量方程,知两端面间的通风阻力为:

式中:hr1-2——1、2测点间的巷道通风阻力,Pa;

V1,V2——分别是起末端面的平均风速,m/s;

ρ1——测点1处空气密度,kg/m3。

ρ2——测点2处空气密度,kg/m3。

ρ1-2——两断面间巷道内的空气密度平均值,kg/m3。

由于巷道内的空气进入皮管内,则皮管内和巷道内的空气密度平均值相等,因而皮管内和巷道内空气柱产生的重力压强相等,即:

由以上三式可得两断面间通风阻力的测算式为:

3.2 公式分析

由上式可以看出,用压差计法所测两点间的读数值是静压与位压的总和,不是单纯静压值,避免了在求取阻力时,先将静压、位压和速压逐一单独求出后,再相加求和,只需用所测读数值与速压相加即可,而速压可根据风速计算得到。由此得出,采用压差计法所得的测量值与两测点间的高差Z无关,采用此种方法测算阻力,不受高差测定过程中产生的误差影响。然而在现场巷道起伏和变形较大,巷道内测点的标高测量误差是不可避免的。因此,为了避免测定高差带来的误差,应尽可能采用测量准确度较高的压差计法进行测定。

基点法中采用的精密气压计精度高,随标高变化灵敏,而且便于携带。基点法测量得到的直接数据是静压值,需要根据标高求得位压值,根据风速求得速压值,三者相加才能得到通风阻力值。而且在测量标高时流程繁琐,存在不可避免的误差,给气压计测量读数造成影响。

同时,压差计法测算也有其局限性,在风井井筒、存在积水地段和风硐口等处无法铺设皮托管测量,而且在积水较深的地方,水容易进入皮托管,给读数造成较大影响。因此,在这些局部位置,应该用基点法来测得这些区域和地点的静压值。

综上所述,压差计法比较准确,在巷道条件允许的情况下,应予以采用,但是不能测到风井、积水处等通风测点;基点法简便,可以在风井、积水处使用。所以,将两种方法结合使用,便可以弥补单一使用时的不足,也能使所得数据也更为合理。

4 综合法测定矿井通风阻力的实践应用

4.1 现场实测

邯郸矿业集团陶一矿位于邯郸市西部,生产能力65万t/a,矿井开采深度600 m,矿井通风方式为中央边界式通风,通风方法为抽出式通风。经过分析确定矿井测定线路为:

主井→井底绕道→井底车场→集中下山→-85大巷→七采区泵房入口→七采区车场→七采区轨道坡头→集中下山与六个连巷交叉口→工作面运输巷→12705采煤工作面→12705回风巷→七采区回风巷→瓦斯泵站→七采总回风上山→风井底→风井→风硐。

由于测定线路长,测量范围大,而且总回风巷部分路段积水较深,无法采用皮托管法测量;风井和风硐口附近也无法拉管测量,所以这些区域采用精密气压计法测量。但为确保测定数据尽可能精准,在其他地段巷道条件允许条件下,应采用压差计法测量。因此,最终采用了基点法和压差计法相结合的方法进行通风阻力测定。

4.2 结果分析

矿井通风阻力按下式计算:hr=∑hi=2367.23 Pa(通风阻力P<2500 Pa,不是高阻矿井)。测定结果见表2。

表2 通风阻力分布表

风机房水柱计读数为2300 Pa,经计算动压为39.75 Pa,自然风压为36.0 Pa,理论计算通风阻力为2300 Pa-39.75 Pa+36 Pa=2296.25 Pa。

风井系统的绝对误差:Δh=|2367.23 Pa-2296.25 Pa|=70.98 Pa

5 结论及建议

由矿井通风阻力测定结果可以看出,矿井通风阻力为2367.23 Pa,系统通风阻力不高,系统通风阻力至风机最大静压工作风阻尚有较大的储备,表明矿井与风机匹配较为合理,矿井通风系统具备一定的稳定性、可靠性和较强的抗灾变能力。

通风系统总阻力为2367.23 Pa,其中进风段通风阻力776.09 Pa,占系统总阻力的33%;用风段阻力700.71Pa,占总阻力的30%;回风段阻力890.43 Pa,占总阻力的37%。实测数据表明,矿井进风、用风段和回风段通风阻力的比例相近,说明矿井阻力分配较为合理。综上数据可以看出,采用两种方法相结合所测数据误差小,符合规程规定,测定的数据更合理、可靠。

该矿具有矿井通风线路长、用风地点多的特点,建议把巷道普查、阻力测定、巷道修复和动态调整做为通风管理的一项内容,以减小井巷局部阻力、减少矿井内部漏风、提高有效风量,稳定矿井通风系统,减少通风成本,提高经济效益。

[1] 鲜林,高朋杰.矿井通风阻力测定结果分析与对策措施[J].中国安全生产科学技术,2010(1)

[2] 黄显东,刘志海.矿井通风阻力测定方法及应用[J].煤矿安全,2004(8)

[3] 黄元平.矿井通风[M].徐州:中国矿业大学出版社,2003

[4] 林兴,何海斌,王海峰.观音堂煤业公司谢村风井降阻分析[J].中州煤炭,2010(1)

Analysis on comprehensive methods for ventilation resistance measurement

Cui Jingkun,Fu Mingming,Wang Yuexing,Chen Zhibin,Wu Jianghe,Luo Feng
(Hebei University of Engineering,Handan,Hebei 056038,China)

The present measuring methods for ventilation resistance were comprehensively analyzed and the combination of differential pressure meter with base point method was used to measure the ventilation resistance.Through the measurement on ventilation resistance in Handan Mining Group such as Taoyi coal mine,the data showed that the combination of differential pressure meter with base point method not only decreased the error,but also solved the problems of ventilation resistance measurement in ventilation shaft and stagnant backwater.

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TD722

B

崔景昆(1960-),男,河北正定人,教授,硕士学位,河北工程大学资源学院矿业工程教研室主任,主要从事采煤新技术及三下采煤等方面的研究。

(责任编辑 梁子荣)