李 賀

(中國礦業(yè)大學(xué) 安全工程學(xué)院，江蘇 徐州 221116)

在煤礦的安全生產(chǎn)中，巷道各用風(fēng)地點(diǎn)風(fēng)速的精確測(cè)定是一個(gè)必要的環(huán)節(jié)。當(dāng)前，礦井測(cè)定巷道內(nèi)平均風(fēng)速時(shí)，測(cè)風(fēng)員會(huì)將風(fēng)表正迎風(fēng)流，按照既定的移動(dòng)路線在整個(gè)斷面內(nèi)均勻移動(dòng)。雖然當(dāng)前的風(fēng)表移動(dòng)路線考慮到了巷道斷面上風(fēng)速的不均勻性，基本覆蓋了全部等風(fēng)速線，但是隨著巷道高度的增加，并考慮到測(cè)風(fēng)員身高的限制，原測(cè)風(fēng)路線已經(jīng)不能覆蓋全部等風(fēng)速線，甚至路線最高點(diǎn)不能達(dá)到巷道最大風(fēng)速點(diǎn)，這就會(huì)導(dǎo)致有效測(cè)風(fēng)區(qū)風(fēng)速偏低，從而導(dǎo)致所測(cè)平均風(fēng)速偏小。為克服上述不足，通過分析巷道斷面的等風(fēng)速分布圖，并結(jié)合礦山通風(fēng)理論設(shè)計(jì)出了新的風(fēng)表移動(dòng)路線，相比于原路線，新路線考慮到了有效測(cè)風(fēng)區(qū)位置偏低的情況，利用設(shè)計(jì)的合理性彌補(bǔ)了實(shí)際操作時(shí)的誤差，提高了風(fēng)速測(cè)量的精度。

1 原移動(dòng)路線誤差分析

由于空氣的黏性和巷道斷面摩擦的影響，巷道斷面上風(fēng)速分布是不均勻的，在貼近壁面處仍存在層流運(yùn)動(dòng)薄層，即層流邊層，其厚度隨著Re的增加而變薄。在層流邊層以外，從巷壁向巷道軸心方向，風(fēng)速逐漸增大，呈拋物線分布，見圖1。

設(shè)斷面上任一點(diǎn)風(fēng)速為Vi，則井巷斷面的平均風(fēng)速V為

式中：

S—斷面面積。

由于受井巷斷面形狀和支護(hù)形式的影響，以及局部阻力物的存在，最大風(fēng)速不一定在井巷的軸線上，等風(fēng)速線因而呈現(xiàn)不規(guī)則的形狀。為計(jì)算方便，忽略上述影響，并將等風(fēng)速線繪制成間隔相等的同心圓，由此繪制出巷道斷面等風(fēng)速線分布圖，見圖2。

由圖2可知，在巷道的軸心部分風(fēng)速最大，而靠近巷道周壁風(fēng)速最小，通常所謂巷道內(nèi)的風(fēng)流的速度是指平均風(fēng)速。因此，測(cè)量風(fēng)速時(shí)，風(fēng)表不能只停留在巷道斷面的某位置，而應(yīng)把風(fēng)表正迎風(fēng)流，在整個(gè)斷面內(nèi)均勻移動(dòng)。目前移動(dòng)路線的幾種形式見圖3。

由圖3可知，隨著巷道高度和測(cè)風(fēng)員作業(yè)疲勞的增加，巷道斷面的有效測(cè)風(fēng)區(qū)會(huì)隨之下移，甚至造成最高測(cè)風(fēng)點(diǎn)會(huì)低于最大風(fēng)速點(diǎn)。由圖2可知，此時(shí)測(cè)得的風(fēng)速會(huì)顯著低于實(shí)際值，從而給通風(fēng)管理帶來誤差和不便。

2 對(duì)原移動(dòng)路線的改進(jìn)

為減小上述測(cè)風(fēng)誤差，需要適當(dāng)增加高測(cè)風(fēng)點(diǎn)測(cè)量時(shí)間，即加長高測(cè)風(fēng)點(diǎn)測(cè)風(fēng)路線，于是對(duì)原風(fēng)表移動(dòng)路線作出改進(jìn)，見圖4。

圖4 改進(jìn)后的風(fēng)表移動(dòng)路線示意圖

這樣就會(huì)在一定程度上彌補(bǔ)移動(dòng)路線偏低造成的測(cè)量值偏小的問題，以減小測(cè)量值與實(shí)際值的誤差。按照兩種移動(dòng)路線測(cè)得的風(fēng)速，見表1。

由表1可知，在對(duì)原移動(dòng)路線改進(jìn)之后，測(cè)得的風(fēng)速誤差顯著減小。

3結(jié)語

在高巷道測(cè)風(fēng)工作中發(fā)現(xiàn)測(cè)得的風(fēng)速比實(shí)際風(fēng)速偏小，結(jié)合巷道斷面風(fēng)速分布規(guī)律，在對(duì)現(xiàn)有礦井高巷道測(cè)風(fēng)風(fēng)表移動(dòng)路線進(jìn)行分析的過程中發(fā)現(xiàn)了

表1 不同風(fēng)表移動(dòng)路線的風(fēng)速測(cè)定誤差表

問題的所在：高巷道導(dǎo)致測(cè)風(fēng)路線的有效測(cè)風(fēng)區(qū)顯著降低，設(shè)計(jì)并試驗(yàn)了改進(jìn)的測(cè)風(fēng)路線。實(shí)地測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)表明，新的測(cè)風(fēng)路線可以大大減小測(cè)風(fēng)誤差，在一定程度上解決了高巷道風(fēng)速測(cè)量值偏低的問題。

［1］ 王德明．礦井通風(fēng)與安全［M］．徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2007：12－15．

［2］ 章慶豐，葛少成，劉雅?。菪蜗锏里L(fēng)速分布數(shù)學(xué)模型的研究［J］．煤礦安全，2001(5)：30－31．

［3］ 周慶生．煤礦巷道風(fēng)速測(cè)量試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］．煤礦機(jī)械，2006(5)：801－802．