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        通風(fēng)參數(shù)測(cè)量?jī)x表的實(shí)驗(yàn)校準(zhǔn)與應(yīng)用*

        2019-06-19 07:23:30張亞平裴曉東
        煤礦現(xiàn)代化 2019年4期
        關(guān)鍵詞:氣壓計(jì)氣壓阻力

        張亞平,裴曉東

        (1.上海大屯能源股份有限公司江蘇分公司龍東煤礦,江蘇 沛縣 221613;2.中國礦業(yè)大學(xué)安全工程學(xué)院,江蘇 徐州 221116)

        礦井通風(fēng)系統(tǒng)是煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)中最基本、最重要的系統(tǒng)之一,且礦井通風(fēng)是保障礦井安全生產(chǎn)的最主要技術(shù)手段之一。礦井通風(fēng)參數(shù)的測(cè)量主要包括溫濕度、風(fēng)速和風(fēng)壓等,其中巷道風(fēng)流的風(fēng)速、風(fēng)壓測(cè)定至關(guān)重要,這不僅是礦山通風(fēng)與安全日常管理工作的重要內(nèi)容,也是礦井通風(fēng)阻力測(cè)定計(jì)算及通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整的主要依據(jù)。準(zhǔn)確地測(cè)量各用風(fēng)地點(diǎn)的風(fēng)速和風(fēng)壓值需要精準(zhǔn)的專用設(shè)備,如精密氣壓計(jì)、風(fēng)表等,該類型設(shè)備本身精度較高,但是由于使用過程中的磨損、碰撞、污染等原因,使用一段時(shí)間后其精度會(huì)大大降低,為滿足測(cè)量數(shù)據(jù)精確性,國家相關(guān)部門及規(guī)范明確要求該類型設(shè)備需定期開展校準(zhǔn)檢驗(yàn)[1-4]。本文通過專用檢定裝置開展了相關(guān)通風(fēng)參數(shù)測(cè)量?jī)x表的實(shí)驗(yàn)校準(zhǔn)與應(yīng)用研究,以保證測(cè)量?jī)x表的精度符合相關(guān)要求,提高日常通風(fēng)測(cè)量及通風(fēng)阻力測(cè)定數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,滿足安全生產(chǎn)的需要。

        1 精密氣壓計(jì)的實(shí)驗(yàn)校準(zhǔn)

        精密氣壓計(jì)是煤礦通風(fēng)中測(cè)量井巷通風(fēng)壓力的主要設(shè)備之一,其分辨率可達(dá)1Pa甚至0.1Pa,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于空盒氣壓計(jì)等傳統(tǒng)設(shè)備,并且具有讀數(shù)快、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。但儀器在出廠檢驗(yàn)后的日常使用過程中或多或少都會(huì)出現(xiàn)偏差,為保證通風(fēng)壓力測(cè)量的準(zhǔn)確性,本文利用中國礦業(yè)大學(xué)安全生產(chǎn)檢測(cè)檢驗(yàn)中心的YE1-1型氣壓檢定箱開展了在用精密氣壓計(jì)設(shè)備的實(shí)驗(yàn)校準(zhǔn)研究。

        1.1 YE1-1型氣壓檢定箱及校準(zhǔn)原理

        圖1 YE1-1型氣壓檢定箱

        YE1-1型氣壓檢定箱是各類氣壓儀器和氣壓傳感器示值檢定、校驗(yàn)的專用設(shè)備,采用振筒氣壓儀作為標(biāo)準(zhǔn)器,由氣壓檢定箱主機(jī)和微機(jī)系統(tǒng)組成,其外形結(jié)構(gòu)如圖1所示。

        校準(zhǔn)原理:根據(jù)氣壓檢定箱的壓力可調(diào)范圍(500~1010hPa),取10hPa作為校準(zhǔn)變化梯度,合計(jì)60個(gè)壓力校準(zhǔn)點(diǎn)。將礦上在用待檢的4套CZC5型精密氣壓計(jì)分兩批次置于檢定壓力室內(nèi),通過微機(jī)系統(tǒng)調(diào)用氣壓檢定箱參數(shù)設(shè)置表,依次設(shè)置調(diào)節(jié)壓力室內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)氣壓值,等檢驗(yàn)設(shè)備的壓力示值穩(wěn)定后,分別記錄被檢儀器和氣壓檢定箱的氣壓讀數(shù),校準(zhǔn)示值與標(biāo)準(zhǔn)值的差異,擬合校準(zhǔn)曲線。

        1.2 校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

        以1#和3#待檢氣壓計(jì)的校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為例,其校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所列。

        表1 1#和3#待檢氣壓計(jì)校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(校準(zhǔn)基點(diǎn)壓力為1020.30hPa)

        1#和3#待檢氣壓計(jì)的校準(zhǔn)曲線如圖2和圖3所示。

        圖2 1#待檢氣壓計(jì)校準(zhǔn)曲線

        圖3 2#待檢氣壓計(jì)校準(zhǔn)曲線

        其校準(zhǔn)方程分別如下:

        從校準(zhǔn)結(jié)果可見,礦上在用待檢的CZC5型精密氣壓計(jì)其壓力測(cè)量值與真實(shí)壓力值之間成線性函數(shù)關(guān)系,斜率近似為1。測(cè)量值與真實(shí)值成正相關(guān),其測(cè)量誤差由上述校準(zhǔn)方程的常數(shù)項(xiàng)決定,誤差范圍在16~26Pa左右,誤差值較大,不能忽略。因此,在該礦日常通風(fēng)測(cè)量及礦井通風(fēng)阻力測(cè)定時(shí),應(yīng)依據(jù)上述校準(zhǔn)結(jié)果對(duì)氣壓計(jì)的測(cè)量值進(jìn)行校正,以提高測(cè)量準(zhǔn)確性。

        2 機(jī)械式風(fēng)表的實(shí)驗(yàn)校準(zhǔn)

        機(jī)械式風(fēng)表是煤礦井下測(cè)風(fēng)的主要儀表,其出廠時(shí)均附有風(fēng)表校正曲線以明確風(fēng)表示值與真實(shí)風(fēng)速值間的關(guān)系。但風(fēng)表在使用一定時(shí)間后,精度會(huì)明顯下降,原先的校正曲線已不能使用[5],需對(duì)其進(jìn)行檢修并重新校準(zhǔn)得出新的校正曲線,這對(duì)測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性至關(guān)重要。本文作者利用中國礦業(yè)大學(xué)安全生產(chǎn)檢測(cè)檢驗(yàn)中心的DHS-500×500/700×700-Ⅰ型閉式環(huán)形風(fēng)硐開展了在用風(fēng)表設(shè)備的實(shí)驗(yàn)校準(zhǔn)研究。

        2.1 閉式環(huán)形風(fēng)硐及校準(zhǔn)原理

        風(fēng)硐是能人工產(chǎn)生和控制氣流以模擬物體周圍氣體的流動(dòng),用于各種測(cè)風(fēng)儀器的檢定以及進(jìn)行空氣動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)的一種管道狀設(shè)備[6]。校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)使用的閉式環(huán)形低速風(fēng)硐DHS-500×500/700×700-Ⅰ型外形尺寸為8.9m×3.2m×2.0m,其工作段實(shí)體如圖4所示。

        圖4 DHS-500×500/700×700-Ⅰ型風(fēng)硐工作段實(shí)體圖

        校準(zhǔn)原理:將待檢風(fēng)表安裝于工作段內(nèi),如圖5所示。啟動(dòng)風(fēng)硐系統(tǒng)的風(fēng)機(jī),在工作段形成一個(gè)均勻、穩(wěn)定、紊流度較低的流場(chǎng),運(yùn)用皮托管測(cè)風(fēng)法測(cè)得工作段風(fēng)速作為標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速,與待檢風(fēng)表的讀數(shù)進(jìn)行比較、校驗(yàn),擬合新的校準(zhǔn)曲線。

        圖5 待檢風(fēng)表安裝圖

        2.2 校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

        以在用的1塊待檢風(fēng)表為例,選擇“機(jī)械式風(fēng)表自動(dòng)檢定”模式,待檢風(fēng)表的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)如表2所列,其校準(zhǔn)曲線如圖6所示。

        表2 待檢機(jī)械式風(fēng)表的校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

        從校準(zhǔn)結(jié)果可見,在用待檢風(fēng)表起動(dòng)風(fēng)速符合要求,新校準(zhǔn)曲線方程為V實(shí)=0.9929V示+0.0987,R2為0.99998,線性度好。校準(zhǔn)后的風(fēng)表設(shè)備可用于礦井日常通風(fēng)測(cè)量及通風(fēng)阻力測(cè)定工作,提高了測(cè)量準(zhǔn)確性。

        圖6 待檢風(fēng)表的校準(zhǔn)曲線

        3 工程應(yīng)用實(shí)踐

        利用校準(zhǔn)后的精密氣壓計(jì)和風(fēng)表,采用基點(diǎn)氣壓計(jì)法實(shí)測(cè)了某礦全礦井通風(fēng)阻力數(shù)值,實(shí)測(cè)結(jié)果如下:

        1)按1#主測(cè)路線(7221綜采工作面系統(tǒng))計(jì),該系統(tǒng)風(fēng)機(jī)房水柱計(jì)讀數(shù)hs=1570Pa,實(shí)測(cè)風(fēng)峒內(nèi)測(cè)壓斷面上的平均速壓hv=41.25Pa,自然風(fēng)壓hn=97.8Pa,實(shí)測(cè)該系統(tǒng)通風(fēng)總阻力h=1660.663Pa。實(shí)測(cè)總回風(fēng)量為134.233m3/s,等積孔A7221綜采工作面系統(tǒng)=3.920m2。

        2)按2#主測(cè)路線(1021工作面系統(tǒng))計(jì),該系統(tǒng)風(fēng)機(jī)房水柱計(jì)讀數(shù)hs=1570Pa,

        實(shí)測(cè)風(fēng)峒內(nèi)測(cè)壓斷面上的平均速壓hv=41.25Pa,自然風(fēng)壓hn=87.45Pa,實(shí)測(cè)該系統(tǒng)通風(fēng)總阻力h=1650.480Pa。實(shí)測(cè)總回風(fēng)量為134.233m3/s,等積孔A7221綜采工作面系統(tǒng)=3.932m2。

        測(cè)量精度分析:

        通風(fēng)系統(tǒng)阻力測(cè)定精度計(jì)算公式如下。

        式中:δ為阻力測(cè)定相對(duì)誤差,%;h'為阻力的理論計(jì)算值,h'=hs-hv+hn,Pa;hs為風(fēng)機(jī)房水柱計(jì)讀數(shù),Pa;hv為風(fēng)硐內(nèi)測(cè)壓斷面處的速壓,Pa;h為全礦通風(fēng)阻力實(shí)測(cè)值,Pa;hn為礦井自然風(fēng)壓,Pa。

        故實(shí)測(cè)礦井通風(fēng)阻力測(cè)量精度見表3。

        表3 實(shí)測(cè)礦井通風(fēng)阻力測(cè)量精度檢驗(yàn)結(jié)果

        4 結(jié)束語

        通風(fēng)參數(shù)測(cè)量?jī)x表的校準(zhǔn)是煤礦通風(fēng)安全儀器儀表使用與管理的一項(xiàng)重要工作,通過專用檢定裝置的實(shí)驗(yàn)校準(zhǔn)可準(zhǔn)確檢驗(yàn)其精度并得出校準(zhǔn)曲線及方程,可以滿足日常通風(fēng)參數(shù)測(cè)量及通風(fēng)阻力測(cè)定等工作要求,對(duì)提高測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性具有十分重要的意義,能夠更好地服務(wù)煤礦安全生產(chǎn)。

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