复杂条件下的煤矿主通风机重要参数测试

在遇到风硐过短、涡流严重、天气寒冷等复杂情况下，现场条件无法满足检测标准规定的煤矿主通风机测试要求。依据理论公式推导出在不同测试截面、不同方法测试风量和风压的计算公式，即可较准确实现煤矿主通风机一些关键参数的测试。

1.引言：

在对煤矿主通风机的安全性能检测检验中，依据《煤矿在用主通风机系统安全检测检验规范》AQ1011-2005的规定，风量测定截面应选择无涡流的、流线接近平行且垂直于该截面的位置。而在实际检测检验现场，井下风流途经的风硐往往弯度急、距离短，由此造成气体涡流严重；此外北方冬天U型管压力计装水易结冰，不能使用。本文依据理论推导出的测试方法和公式，完全可以在上述复杂条件下达到煤矿在用主通风机参数测试精度要求。

2.各测试截面间的风量换算：

上图为环形风管正视图，气流由I-I风硐截面流向II-II圆形截面，经III-III环形截面（II-II截面和III-III截面在风叶的同一侧）、风机叶片后，最终经过圆形截面IV-IV流出风机。

在上述各截面，采用适当的方法，均可实现风机流量的测定。由于气体在不同的压力和温度下存在膨胀或者压缩的现象，应该利用理想气体状态方程P1V1T1=P2V2T2（∵进出风机的气流温度几乎相同，∴ P1Q1=P2Q2）来统一换算至检测标准规定的风硐处（截面I-I）。

例如，已测的风硐处（截面I-I）静压为-3000Pa；风叶后（截面IV-IV）的静压为+300 Pa，风量为200m3/s。当地大气压为90000Pa。那么该风机流量就是：

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

3.风速、静压测点的布置：

风速测点的布置：圆形巷道断面按GB/T10178中6.4.3.1条要求布置；矩形巷道断面按GB/T10178中6.4.3.3条要求布置；扩散器环形断面按GB/T10178中6.4.3.2条要求布置；其他形状的巷道断面是将同一断面划分成若干个小块来计算总面积。测点布置在每个小块的重心上。

静压测点的布置：圆形断面的测点布置在水平、垂直的两条直径与硐壁的交点处；矩形断面的测点布置在高、宽中线与硐壁的交点处；环形断面的测点布置在水平、垂直的两条直径与硐壁和芯筒外缘的交点处。测点根据巷道断面的近似形状布置在巷道壁上。

4.风量测试的几种方法：

风杯法测定：该方法是标准推荐的测试方法，所得风量不需要再进行截面间的换算，是风机风量测试的首选方法。该方法只适用于在很长、很规整风硐处（截面I-I）测试。按照3.1风速测点进行布置，由各点得来的平均风速乘以截面积，即为该煤矿在用主通风机的风量。但在现实的煤矿在用主通风机安全性能测试中，测试截面I-I往往距离测试进风口和风机很近，由此造成气体涡流严重，测试结果误差极大，使测试工作失去了意义。为此本文推荐其他几种方法供实际测试工作中采用。

皮托管测定法：该方法在截面I-I～截面IV-IV均可使用，但在截面II-II～截面IV-IV处测得的风量需换算至截面I-I处。

vi=2Pdiρ 式中：vi—第i点的气体流速m/s；Pdi—第i点的动压Pa；

ρ—第i点的空气密度kg/m3。

ρ=3.484×10-3P0-0.3779фPsat273+t 式中：P0—气体压力Pa；ф—空气相对湿度%；

Psat—温度为t℃时空气的绝对饱和水蒸气压力Pa。

中温风速仪、电子微压计测定法：该方法是数显直读风速法，利用测试探头的伸缩测得各点的风速。由于探头伸缩杆不长，该方法只能在截面II-II～截面IV-IV使用，且测得的风量需换算至截面I-I处。

修正压差测定法：在考虑到阻力修正系数的情况下，依据柏努利方程推导出修正静压差法测试风量的计算公式。在煤矿主通风机安全性能检测中，只需测量风道两截面间的直径和静压差，即可求解通风机风量这一关键参数。该方法只适用于在截面II-II～截面III-III间（在风叶后的变径处也可）。

Q =3.14v2（d22 ）2= 23.67d22d32Δp500d24-426d34 （m3/s）

式中：d2—II-II截面的当量直径m ；d3—III-III截面的当量直径m；

Δp—II-II截面～III-III截面间的静压差Pa。

需要注意的是，测试两截面的有效面积相差要在20%以上；静压差Δp要由微压计来测量，即有两支皮托管各自放置在两截面测点处，其软管同时接入微压计来读数。

关于该方法的具体推导和使用，详见笔者所编写的《修正压差法测量煤矿主通风机风量》。

5.0℃以下的压力测量：

北方冬季天气寒冷，水在0℃以下自然结冰，因此装有水的U型管压力计不能使用，只能采用其他方法变通测量。

电子微压计测定法：仪器直读压力数据，不受气温在0℃以下的影响。

液体替代测定法：即在采用U型管压力计的情况下，将管内液体由水改换为不易结冰且不易挥发的其他液体，比如汽车专为冬天使用的防冻型玻璃水（-20℃时仍能使用）。

此时的压力读数就需要转化，具体方法为：将一定容器装满水，分别称量空容器和装满水的容器重量，求出水的净重；同样方法求出玻璃水净重。那么现场压力的实际值即为：P水=P玻璃水G玻璃水G水

6.煤矿在用通风机重要参数测试的综合应用：

例如：在对一个煤矿的主通风机安全检测过程中，采用防爆帽短路风加阻法。由于风硐的测试截面I-I距离测试进风口和风机很近，造成气体涡流严重，无法正常测试，只能选取在截面IV-IV处用皮托管法进行测定。由于测试气温在0℃以下，用某品牌玻璃水测量压力（G玻璃水/G水=1.05）。现已测得当地大气压900hPa；气温-10℃；平均动压300Pa（玻璃水显示值）； IV-IV截面积8m2，静压+200Pa（玻璃水显示值）；I-I截面静压-3000Pa（玻璃水显示值）；求该风机的风量。

解：∵气温<0℃，空气相对湿度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

（作者李今明现任阳煤集团山西科林公司副总经理）