基于相對壓力的煤礦通風(fēng)阻力測定數(shù)據(jù)處理方法

石強(qiáng)

冀中能源邯礦集團(tuán)郭二莊煤礦 河北邯鄲 056303

近年來，智能礦山建設(shè)已經(jīng)成為煤炭行業(yè)轉(zhuǎn)型升級、創(chuàng)新發(fā)展的主旋律，“智慧礦山” 概念的提出，則為煤礦智能化建設(shè)奠定了發(fā)展方向。在煤礦通風(fēng)方面，也在探索研究通風(fēng)方案智能制定與通風(fēng)系統(tǒng)智能控制 。通風(fēng)系統(tǒng)智能控制依賴于通風(fēng)方案智能制定，而后者實現(xiàn)的一個必要前提是準(zhǔn)確獲取巷道風(fēng)量、風(fēng)壓等通風(fēng)參數(shù)，但現(xiàn)有自動檢測手段無法獲取滿足精度要求的上述參數(shù)，人工測定通風(fēng)阻力依然是目前唯一可靠的手段。煤礦通風(fēng)阻力測定方法包括壓差計法和氣壓計法，其中氣壓計法分為基點法和同步法[1]。

1 礦井通風(fēng)系統(tǒng)阻力測定

1.1 儀器選擇

礦井通風(fēng)阻力測定采用的儀器設(shè)備主要有CZC5便攜式多參數(shù)測定器、中速風(fēng)表、微速風(fēng)表、機(jī)械秒表和鋼卷尺。將一臺便攜式多參數(shù)測定器留在井口監(jiān)測大氣壓的變化值，其余的隨身攜帶按測點順序進(jìn)行測量，每個測點井上和井下儀器同時讀數(shù)，用于消除地面氣壓變化造成的誤差。將所用的便攜式多參數(shù)測定器開機(jī)預(yù)熱30分鐘，校對儀器時間，將1臺多參數(shù)測定器設(shè)為基點測量，并放置井口，儀器會每隔1分鐘自動讀取并記錄相對壓力值，其余多參數(shù)測定器設(shè)為節(jié)點測量。測定路線上的第一測點，置于穩(wěn)定的環(huán)境，待測試界面數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，同時測量風(fēng)速和巷道斷面，在界面上輸入風(fēng)速值，輸入測點號，保存數(shù)據(jù)，同時記錄巷道斷面形狀與支護(hù)形式，并在必要時需描繪實際的地形草圖。

1.2 可靠通風(fēng)基礎(chǔ)參數(shù)獲取流程

根據(jù)數(shù)據(jù)處理的復(fù)雜程度，煤礦通風(fēng)基礎(chǔ)參數(shù)大致可分為2類：①根據(jù)礦井通風(fēng)阻力原始測定數(shù)據(jù)直接或經(jīng)簡單處理即可獲得可靠結(jié)果的參數(shù)，如巷道的風(fēng)量、長度、斷面積、斷面形狀、支護(hù)方式、空氣溫濕度，通風(fēng)機(jī)運行工況等。其中測定的巷道風(fēng)量數(shù)據(jù)一般需要與礦井同期測風(fēng)報表比對，修正一些有偏差的數(shù)據(jù)，從而獲得可靠數(shù)據(jù)。②對礦井通風(fēng)阻力原始測定數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理后，還需借助通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算軟件進(jìn)行模擬解算，并通過修正相關(guān)參數(shù)直至與礦井通風(fēng)現(xiàn)狀匹配良好，才能獲得可靠結(jié)果的參數(shù)，如巷道的摩擦阻力系數(shù)、風(fēng)阻、阻力等[2]。

1.3 基點 - 同步測定

這種通風(fēng)阻力測定的方法有效結(jié)合了同步測定與基點測定兩種方法，需選擇使用型號規(guī)格相同的三臺氣壓計。將其中的一臺在進(jìn)風(fēng)井口外部基點處固定，主要的功能就是校正大氣壓力的變化。而另外兩臺氣壓計固定于井下沿預(yù)定測點位置，通過上述兩種方法的結(jié)合運用，根據(jù)時鐘整5min倍數(shù)的規(guī)定對數(shù)據(jù)進(jìn)行同步讀取，進(jìn)而計算實際的通風(fēng)阻力。通過對基點-同步測定方法的應(yīng)用，可確保測定的精準(zhǔn)度，且在長通風(fēng)路線且所需較長測定時間的大型礦井中具有較高的適用性。針對沿一條主風(fēng)路對通風(fēng)阻力進(jìn)行測量的過程中，同樣要測定其他處于并聯(lián)狀態(tài)的風(fēng)路風(fēng)量，為風(fēng)阻的計算與風(fēng)量的校核提供必要便利。

2 應(yīng)用示例

以圖1所示的簡單通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)為例，對基于相對壓力的煤礦通風(fēng)阻力測定數(shù)據(jù)處理方法的應(yīng)用進(jìn)行說明。

（1）選取相對壓力零點。若采用抽出式通風(fēng)方法，則選取測點1作為相對壓力零點；若采用壓入式通風(fēng)方法，則選取測點6作為相對壓力零點。本文以抽出式通風(fēng)方法為例進(jìn)行說明。選取測點1作為相對壓力零點后，pr1=0。

（2）計算其他測點的相對壓力。按式（2）分別計算出測點2-6的相對壓力pr2-pr6。

（3）修正測點的相對壓力。按圖2中風(fēng)流方向，正確的測點相對壓力應(yīng)符合pr1＞pr2＞pr3＞pr5＞pr6，pr1＞pr2＞pr4＞pr5＞pr6。煤礦通風(fēng)基礎(chǔ)參數(shù)獲取如果測點相對壓力不符合上述原則，以pr3＜pr5為例，修正方法：首先根據(jù)測點2和測點5之間的巷道阻力h25和2條巷道的物理參數(shù)，估算測點2與測點3、測點3與測點5之間的巷道阻力h23，h35（h25，h23，h35滿足h25=h23＋h35）；然后根據(jù)pr2-h23或pr5＋h35結(jié)果計算出測點3的修正相對壓力p'R3；最后將p'R3替代pr3。

（4）計算巷道風(fēng)阻。根據(jù)步驟（3）得到的相對壓力計算所有巷道阻力h12，h23，h35，h56，h24，h45，然后計算所有巷道風(fēng)阻R12，R23，R35，R56，R24，R45。

（5）修正巷道風(fēng)阻。將所有巷道風(fēng)阻、主要通風(fēng)機(jī)工況數(shù)據(jù)輸入礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算軟件，進(jìn)行礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)模擬解算，得到所有巷道的解算風(fēng)量。將解算風(fēng)量與阻力測定期間對應(yīng)巷道的實際風(fēng)量進(jìn)行對比：若誤差在5%以內(nèi)，說明步驟（4）中得到的巷道風(fēng)阻是可靠的；若誤差在5%以上，則需要對相應(yīng)巷道風(fēng)阻進(jìn)行修正，直至解算風(fēng)量與阻力測定期間對應(yīng)的實際風(fēng)量誤差在5%以內(nèi)[3]。

圖1 簡單通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

3 結(jié)語

通風(fēng)系統(tǒng)改造后，5a內(nèi)風(fēng)井通風(fēng)狀況良好，5a后運輸大巷風(fēng)速可能會出現(xiàn)超限的情況，屆時可通過對運輸大巷進(jìn)行修護(hù)改造，突破巷道通風(fēng)阻力瓶頸，在增強(qiáng)回風(fēng)能力的同時降低通風(fēng)負(fù)壓，實現(xiàn)風(fēng)量合理，項目可行。