礦井通風阻力測試技術的探討與合理性分析

李永寶

摘 要：礦井通風阻力是衡量礦井通風狀況的主要指標，礦井通風阻力測定則是礦井通風技術管理的一項基礎工作，介紹了礦井通風阻力的測定方法， 對礦井通風阻力測定中的幾個問題進行了分析。

關鍵詞：礦井通風阻力 伯努利方程 等積孔

一：礦井通風阻力測定原理：能量方程

能量方程表達了空氣在流動過程中的靜壓能、動能和位能的變化規律，是能量守恒和轉換定律在礦井通風中的應用。在流體力學中，對理想流體，當從1點流到2點時，采用伯諾利方程（也叫通風能量方程）：

p1+ρm1gZ1+ρm1v12/2=p2+ρm2gZ2+ρm2 v22/2

但對于實際中的空氣流動，由于空氣具有粘性，在流動過程中必然產生內外磨擦力而損失部分能量；另外，空氣還具有可壓縮性，在流動過程中氣體的密度會有變化，在實際應用中的通風能量方程可用下式表示：

p1+ρm1gZ1+ρm1v12/2=p2+ρm2gZ2+ρm2 v22/2+h阻1-2

式中 h阻1-2 ——空氣從斷面1流到斷面2所損失的能量，即兩點間的通風阻力，Pa

上述能量方程表示了風流在任意兩斷面間的能量轉化關系，指出兩點間的能量損失就是兩點間的通風阻力。該方程在礦井通風中應用極為廣泛，是研究礦井通風的理論基礎。

二：測定方案的確定

本次礦井通風阻力測定前，根據礦井通風系統的實施情況，經與礦方共同協商，選定通風網絡最長的路線，采用通風參數儀法進行測定。

三：測定方法：氣壓計法（礦井通風參數儀）

用精密氣壓計測量兩測點間的靜壓差，測算兩斷面的動壓差和位壓差，從而計算出兩測點間的通風阻力。

實施阻力測定前，按煤礦現通風系統，并結合礦井實際生產地點選擇測定路線及標注井下測點標號、量取測點斷面和兩測點間斜距、記錄井巷支護形式等。

第二步，依次測定井下各測點的風速、絕對大氣壓力、空氣干溫度、空氣濕溫度及相對于基點（進風井口）的靜壓差，具體測定步驟如下：

①精密氣壓計A、B及測定所用的其他儀器、儀表的操作做好人員分工。在基點（進風井口）處，將精密氣壓計A、B置于同一水平面，開機后約20分鐘即可同時讀取精密氣壓計A、B在地面的大氣壓值。

②精密氣壓計B入井后測第一點時，待儀器顯示讀數穩定后，讀取絕對大氣壓力、空氣干溫度、空氣濕溫度及相對于基點（進風井口）的靜壓差、時間等，同時將其顯示讀數一一記錄在原始記錄上。

四：測定準備工作

1. 測定路線的選擇

選擇能夠反映該礦井通風系統特征的最長通風路線作為主要測定路線。

2. 測點的布置

首先在通風系統圖上按選定測定路線布置測點，并按順序編號。然后再按井下實際情況確定測點位置，并作標記。

五：數據處理

1.巷道幾何參數的測算

1.1三心拱斷面的巷道

斷面積：SL=BL×（HL-0.0867BL） 周長：UL=4.10×SL1/2

1.2半圓拱斷面的巷道

斷面積：SL=BL×（HL-0.1073BL） 周長：UL=3.84×SL1/2

1.3矩形斷面的巷道

斷面積：SL=BL×HL 周長：UL= 2×（BL+HL）

1.4梯形斷面的巷道

斷面積：SL= BL×HL 周長：UL=

1.5式中 SL——巷道斷面積，m2

BL——巷道寬度或腰線長度，m

HL——巷道斷面的高，m

2.測點相對靜壓計算 公式：h靜i=（hJ讀i+⊿h氣）g，Pa

式中 h靜i—測點對基點的相對靜壓，Pa；

hJ讀i—儀器在測點讀出的相對靜壓，mmH2O。當測點的絕對壓力高于基點時，讀數顯示“+”，低于顯示“-”；

⊿h氣—儀器在測點讀數時，地面大氣壓力的變化值，mmH2O。g—9.8m/s2；

3、測點間的位壓計算 公式： h位i =Z0-1ρ0-1g，

式中：h位i—測點對基點的位壓，Pa；Z0-1—測點與基點的標高差，（m）

ρ0-1—測點與基點的平均空氣密度，Kg/m3；g—重力加速度，m/s2；

4.井巷斷面間的動壓計算 hd =ρ·ν2/2 （ Pa ）

式中 hd ——測點的動壓，Pa

ρ——空氣密度，㎏/m3

ν——測風斷面的風速，m/s

5、測量路線的阻力計算

hi-j=hi-j靜壓差+hi-j速壓差+hi-j位壓差

式中 hi-j——測量路線各測點間的阻力，Pa

hi-j靜壓差——測量路線的靜壓差，Pa

hi-j速壓差——測量路線的動壓差，Pa

hi-j位壓差——測量路線的位壓差，Pa

巷道風阻及井巷摩擦阻力系數的計算

6.1 斷面修正系數 Ks=（S-0.4）/S

6.2 風量 Q=KsSV （m3/S）

6.3 兩測點間風阻 Rij=hi-j/Q2i-j （N·s2/m8 ）

式中 Qi-j ——測點i，j間風量的算術平均值，m3/s

6.4 兩測點間標準風阻 Rij=1.2Rij/ （N·s2/m8 ）

6.5 巷道百米標準風阻 Rij=100Rij/Lij （N·s2/m8 ）

6.6 摩擦阻力系數 α測=h阻·S3/ULQ2 （N·s2/m4 ）

α標=1.2·α測/ρ測 （N·s2/m4 ）

式中 α測——測定時空氣密度為ρ測時的巷道摩擦阻力系數，N·s2/m4

α標——換算成礦井標準空氣密度為1.2 kg/m3時的巷道摩擦阻力系數，N·s2/m4

h阻——測點間的通風阻力，Pa

S——井巷的斷面積，m2

U——井巷的周長，m

L——測段巷道長度，m

7、礦井通風總阻力 h總=∑hi-j

式中 h總——礦井通風總阻力，Pa

hi-j——測量路線各測點間的阻力，Pa

8、自然風壓計算

采用間接測定法用加全平均計算進、回風側各測點風流中平均空氣密度。

礦井自然風壓可按下式計算：hz=Z·（ρ進均-ρ回均）g

式中 Z ——礦井垂深，m；

ρ進均——進風段平均密度，kg/m3；

ρ回均——回風段平均密度，kg/m3；

g ——重力加速度，g取9.81m/s2

9.礦井通風阻力及等積孔

假設在一個理想薄壁上開一個面積為的孔口，當孔口通過的風量恰好等于礦井的風量，由孔口在薄壁兩側造成的絕對靜壓差等于礦井的通風阻力時，稱孔口面積為礦井等積孔。

式中 A ——礦井等積孔，m2；

Q——礦井總風量，m3/s；

h阻——礦井總阻力，Pa。

6：結論礦井通風阻力的測定要根據礦井規模、通風系統合理地確定測定路線、布置測點， 正確地選擇測定方法。計算所求得的項目要全面， 測定報告要給出測定結論。通過分析， 要對礦井通風阻力分布、風量分配、漏風狀況、通風設施的設置、管理指出存在的問題， 提出合理化建議， 以達到礦井通風系統降阻減耗的目的， 保證通風系統的經濟、合理、可靠運行。

[ 參考文獻]

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