于永寧

(神東煤炭集團大柳塔煤礦，陜西 神木 719315)

0 引言

通風(fēng)系統(tǒng)是礦井最重要的系統(tǒng)，提供準確測風(fēng)數(shù)據(jù)，降低測風(fēng)誤差顯得尤為重要[1]。煤礦多使用機械式風(fēng)表作為測量風(fēng)量的主要工具，測量工具雖不盡相同，但諸多因素影響測量結(jié)果[2-4]?，F(xiàn)就如何降低誤差展開分析。

1 測風(fēng)地點及測風(fēng)方法

1.1 合理選擇測風(fēng)地點

選擇測風(fēng)地點應(yīng)注意下列事項。①礦井的進、回風(fēng)巷，各水平、各采區(qū)的進、回風(fēng)巷的測風(fēng)地點應(yīng)選在測風(fēng)站；②局部通風(fēng)機的進風(fēng)測點，應(yīng)在確能代表局部通風(fēng)機工作范圍的進風(fēng)巷道；局部通風(fēng)機的排風(fēng)測點應(yīng)在距出風(fēng)口20～30 m范圍內(nèi)；③主要通風(fēng)機的排風(fēng)量，應(yīng)在風(fēng)機擴散器處測定，條件受限制時可在入風(fēng)側(cè)測定；④回采工作面測風(fēng)點應(yīng)固定不變，選擇在直線段上，巷道支護必須完整，斷面基本一致；⑤每個測風(fēng)地點必須選擇在巷道斷面均勻一致，前后10 m內(nèi)無任何障礙物、拐彎、起伏不平、空幫空頂、淋水之處。

1.2 利用風(fēng)表測量巷道平均風(fēng)速的方法

根據(jù)測量風(fēng)速的范圍不同，風(fēng)表可分為高速(>10 m/s)、中速(0.5～10 m/s)和低速(0.3～0.5 m/s)3種。測風(fēng)員用風(fēng)表在巷道內(nèi)測風(fēng)時可采用迎面法和側(cè)身法兩種形式。

迎面法：測風(fēng)員面向風(fēng)流，手持風(fēng)表，將手臂向正前方伸直，隨后將風(fēng)表沿一定路線在巷道斷面內(nèi)均勻移動。用迎面法測量風(fēng)速時，因測風(fēng)員立于巷道中間減少通風(fēng)斷面，從而增加了風(fēng)速，需要乘校正系數(shù)(1.14)才能求得真正表速，即V表=1.14V測。

側(cè)身法：測風(fēng)員背向巷道壁站立，手持風(fēng)表將手臂向風(fēng)流垂直方向伸直，然后在巷道斷面內(nèi)作均勻移動。由于測風(fēng)員立于巷道內(nèi)減少了通風(fēng)斷面，從而增加了風(fēng)速，測量結(jié)果將較實際風(fēng)速偏大，故需對測量結(jié)果進行校正，即V表=VK測。校正系數(shù)K可按下式計算

(1)

式中：S—測風(fēng)處巷道的斷面積，m2；0.4—測風(fēng)員阻擋風(fēng)流的面積，m2。

所測風(fēng)速的校正：在生產(chǎn)礦井中，可將巷道斷面積減去0.4 m2，風(fēng)速采用風(fēng)表測得的風(fēng)速，經(jīng)兩種方法校正后，計算出巷道某一斷面的風(fēng)量是相近的。

筒化的測風(fēng)方法：在實際工作中，迎面法和側(cè)身法這兩種方法都不太方便，于是便對測風(fēng)方法進行了簡化，測風(fēng)時測風(fēng)員站于巷道內(nèi)，背向巷道壁，將迎風(fēng)一側(cè)的手臂伸出，使風(fēng)表距人身不小于0.6～0.8 m，并放于人身向著風(fēng)流的前側(cè)約0.2 m，風(fēng)表仍按線路法均勻移動，這樣測出的風(fēng)速受人體影響很小，可忽略不計，因而不需要再乘以校正系數(shù)。

平均風(fēng)速測風(fēng)方法：由于風(fēng)速在巷道斷面內(nèi)的分布是不均勻的，故用風(fēng)表測風(fēng)時，必須測出平均風(fēng)速。為了測得巷道的平均風(fēng)速，測風(fēng)方法有線路法和定點法兩種。所謂線路法，即將風(fēng)表按如圖1所示的路線均勻移動；定點法，即將巷道分為若干格，使風(fēng)表在每格內(nèi)停留相等的時間進行測定，然后算出平均風(fēng)速，如圖2所示。

圖1 線路法測風(fēng)風(fēng)表移動路線

圖2 巷道分格定點發(fā)測風(fēng)

1.3 平均風(fēng)速的確定

由于空氣具有粘性和井巷壁面有一定的粗糙度，使得井巷中空氣在流動時會產(chǎn)生內(nèi)外摩擦力，導(dǎo)致了風(fēng)速在巷道斷面上的分布并非是均勻的。如圖3所示，風(fēng)速在巷壁周邊處風(fēng)速最小，從巷壁向巷道軸心方向，風(fēng)速逐漸增大。通常在巷道軸心附近風(fēng)速最大。在井下因井巷斷面和支護形式的不同，最大風(fēng)速往往不在巷道軸心上，風(fēng)速分布也不對稱。在測量巷道平均風(fēng)速時，如果把風(fēng)表停留在巷道邊壁附近，測量結(jié)果將較實際值偏??；風(fēng)速計位于巷道軸心位置時又使測量結(jié)果偏大，因此測定巷道平均風(fēng)速時，不能使風(fēng)速計停在某一固定點，而應(yīng)該在巷道橫斷面上按著一定路線均勻地測定，其數(shù)據(jù)才能真實地反映出巷道的平均速。

圖3 風(fēng)速在巷道橫斷面上的分布

在礦井通風(fēng)中如未注明是某一點的風(fēng)速，則所指風(fēng)速均為巷道平均風(fēng)速。其含義用式(2)表示

(2)

式中：Q—單位時間通過的風(fēng)量，m3/s；S—巷道斷面積，m2。

為了測得巷道平均風(fēng)速，測風(fēng)時可采用線路法(即將風(fēng)表按一定的路線均勻移動)；或采用分格定點法(即將巷道斷面分為若干格、風(fēng)表在每格內(nèi)停留相等的時間)進行測定，然后求算出平均風(fēng)速。

1.4 測算巷道的斷面積

在煤礦生產(chǎn)過程中常見的巷道斷面形狀有矩形、梯形、三心拱形、半圓拱形和圓形等幾種。巷道斷面形狀如圖4所示。

矩形巷道斷面積

S=B×h

(3)

式中：S—巷道斷面積，m2；B—矩形巷道寬度，m；h—矩形巷道高度，m。

梯形巷道斷面積

(4)

式中：S—梯形巷道斷面積，m2；B1、B2—分別為梯形巷道的上、下底凈寬度，m；h—梯形巷道的高度，m。

a-矩形；b-半圓拱形；c-梯形；d-三心拱形；e-圓形拱形；f-圓形圖4 巷道斷面形狀

圓形巷道的斷面積

(5)

式中：S—圓形巷道的斷面積，m2；D—圓形巷道的直徑，m；π—圓周率，π=3.141 59。

三心拱形巷道凈斷面積

S=B×(0.26B+h)

(6)

式中：S—巷道斷面積，m2；B—巷道斷面底寬，m；h—由道碴面算起的墻高，m。

半圓拱形的巷道斷面積

(7)

式中：S—半圓拱形巷道斷面積，m2；B—半圓拱形的直徑(巷道寬度)，m；π—圓周率，π=3.141 59；h—拱形底高度或半圓拱巷道的墻高，m。

現(xiàn)在煤礦生產(chǎn)中多采用半圓拱形或圓弧拱形巷道施工。圓弧拱形巷道斷面積可利用下式計算

S=B×(0.26b+h)

(8)

式中：S—圓弧形巷道凈斷面積，m2；B—巷道斷面的凈寬度，m；h—巷道的拱基高度，m。

2 測量風(fēng)速的步驟及注意事項

2.1 測量風(fēng)速步驟

量程：進入測風(fēng)站或待測巷道測風(fēng)時，首先要估測巷道的風(fēng)速，然后再選用相應(yīng)量程的風(fēng)表進行測定。如估測巷道的風(fēng)速為5 m/s左右時，可選用量程為0.5～10 m/s的中速風(fēng)表。

取出風(fēng)表和秒表：將風(fēng)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，待葉輪轉(zhuǎn)動平穩(wěn)后，同時打開秒表和風(fēng)表的計數(shù)器，在1 min的時間內(nèi)均勻走完測量路線(或測量點)，然后關(guān)閉秒表和風(fēng)表，讀取風(fēng)表指針讀數(shù)(格/min)，并作記錄。

測風(fēng)次數(shù)：在某一斷面進行測風(fēng)時，測風(fēng)次數(shù)應(yīng)不少于3次，每次測量誤差不應(yīng)超過5%，然后取3次測風(fēng)結(jié)果的平均值。如果測量誤差大于5%，說明測風(fēng)結(jié)果不符合要求，需追加一次測風(fēng)。

計算巷道斷面：在測得巷道風(fēng)速后，還必須用皮尺或鋼尺細致地量出測風(fēng)地點的巷道各部尺寸，計算出測風(fēng)處的巷道斷面積。

記錄：把測風(fēng)數(shù)據(jù)和巷道參數(shù)記錄于記錄表內(nèi)。

計算表速和巷道的平均風(fēng)速：風(fēng)表表速按下式進行計算

V=n/t

(9)

式中：V—測得的表速，格/s；N—3次測風(fēng)風(fēng)表刻度盤讀數(shù)的平均值，格/min；t—測風(fēng)時間，s；一般為60 s。

根據(jù)計算出的表速，查看風(fēng)表校正曲線，如圖5所示，代入曲線方程可求得巷道內(nèi)平均風(fēng)速v。

圖5 風(fēng)表校正曲線

根據(jù)測量出的巷道參數(shù)計算出巷道斷面積S，即可計算出通過的風(fēng)量。

Q=S×v

(10)

式中：Q—通過巷道的風(fēng)量，m3/s；S—巷道斷面積，m2；v—巷道內(nèi)平均風(fēng)速，m/s。

2.2 降低人為誤差方法

每位測風(fēng)員應(yīng)配備一套專屬風(fēng)表，選取其中一名身材勻稱的測風(fēng)員及所屬風(fēng)表(后簡稱風(fēng)表1)作為標準數(shù)據(jù)，用來校正其他測風(fēng)員測量結(jié)果，方法如下。①選擇2個風(fēng)流穩(wěn)定的測風(fēng)站(風(fēng)速均在0.5～10 m/s)；②風(fēng)表1所屬測風(fēng)員分別在兩個測風(fēng)站開始測量風(fēng)速，測量3次求得平均值v1、v2；③風(fēng)表2所屬測風(fēng)員重復(fù)上述過程并記錄風(fēng)表平均轉(zhuǎn)數(shù)n1、n2；④風(fēng)表1與風(fēng)表2在相同地點測得風(fēng)速應(yīng)相等，利用此原則計算新曲線方程及新曲線圖。

原風(fēng)表曲線方程式

Vs=x1×VZ+y1

(11)

利用上述數(shù)據(jù)帶入求新方程式

(12)

計算所得新方程式

Vs=x×VZ+y

(13)

式中：Vs—實際風(fēng)速，m/s；VZ—風(fēng)表示值，m/s；v1、v2—風(fēng)表1兩處測風(fēng)站測得風(fēng)速，m/s；x1、y1—原

風(fēng)表2一元一次曲線方程定值；x、y—新核定風(fēng)表2一元一次曲線方程定值；n1、n2—風(fēng)表2兩處測風(fēng)轉(zhuǎn)數(shù)，格/s。圖6為新核定風(fēng)表校正曲線。

同上述過程核定其他測風(fēng)員所屬風(fēng)表，表1為大柳塔煤礦校正測風(fēng)員中速風(fēng)表結(jié)果。

圖6 新核定風(fēng)表校正曲線

表1 大柳塔煤礦通風(fēng)二隊中速風(fēng)表系數(shù)校正明細

備注：以王×測風(fēng)數(shù)據(jù)為標準，校正其他測風(fēng)員測風(fēng)數(shù)據(jù)。

2.3 測風(fēng)時應(yīng)注意的問題

測風(fēng)時應(yīng)注意：①風(fēng)表刻度盤一側(cè)朝向測風(fēng)員，即測風(fēng)員能看到度盤，可隨時觀察指針運行情況；②風(fēng)表在測量路線應(yīng)統(tǒng)一標準，移動時速度一定要均勻，如果風(fēng)表在巷道中心部分停留的時間長，則測量結(jié)果較實際風(fēng)速偏高，反之，測量結(jié)果較實際值偏低；③風(fēng)表的量程應(yīng)和測定的風(fēng)速相適應(yīng)。否則，將造成風(fēng)表損壞或測量不準確，甚至吹不動葉輪無法測量；④測風(fēng)地點選擇在斷面容易測量且無障礙物的地點，如必須在有管路或皮帶等地點測風(fēng)時應(yīng)利用風(fēng)量相同地點反算測風(fēng)斷面積；⑤風(fēng)表定期校正，有效期方可使用。

3 結(jié)語

風(fēng)表定期標校僅消除儀器本身誤差，按照測量時的注意問題，將不同人員誤差納入曲線方程進行修正，可達到比較理想的測量結(jié)果。該方法已在大柳塔煤礦活雞兔井使用，風(fēng)量測量誤差明顯降低。