关于降低机械风表测风误差的分析

2019-03-20于永宁

陕西煤炭 2019年2期

关键词：拱形校正风速

于永宁

(神东煤炭集团大柳塔煤矿，陕西神木 719315)

0 引言

通风系统是矿井最重要的系统，提供准确测风数据，降低测风误差显得尤为重要[1]。煤矿多使用机械式风表作为测量风量的主要工具，测量工具虽不尽相同，但诸多因素影响测量结果[2-4]。现就如何降低误差展开分析。

1 测风地点及测风方法

1.1 合理选择测风地点

选择测风地点应注意下列事项。①矿井的进、回风巷，各水平、各采区的进、回风巷的测风地点应选在测风站；②局部通风机的进风测点，应在确能代表局部通风机工作范围的进风巷道；局部通风机的排风测点应在距出风口20～30 m范围内；③主要通风机的排风量，应在风机扩散器处测定，条件受限制时可在入风侧测定；④回采工作面测风点应固定不变，选择在直线段上，巷道支护必须完整，断面基本一致；⑤每个测风地点必须选择在巷道断面均匀一致，前后10 m内无任何障碍物、拐弯、起伏不平、空帮空顶、淋水之处。

1.2 利用风表测量巷道平均风速的方法

根据测量风速的范围不同，风表可分为高速(>10 m/s)、中速(0.5～10 m/s)和低速(0.3～0.5 m/s)3种。测风员用风表在巷道内测风时可采用迎面法和侧身法两种形式。

迎面法：测风员面向风流，手持风表，将手臂向正前方伸直，随后将风表沿一定路线在巷道断面内均匀移动。用迎面法测量风速时，因测风员立于巷道中间减少通风断面，从而增加了风速，需要乘校正系数(1.14)才能求得真正表速，即V表=1.14V测。

侧身法：测风员背向巷道壁站立，手持风表将手臂向风流垂直方向伸直，然后在巷道断面内作均匀移动。由于测风员立于巷道内减少了通风断面，从而增加了风速，测量结果将较实际风速偏大，故需对测量结果进行校正，即V表=VK测。校正系数K可按下式计算

(1)

式中：S—测风处巷道的断面积，m2；0.4—测风员阻挡风流的面积，m2。

所测风速的校正：在生产矿井中，可将巷道断面积减去0.4 m2，风速采用风表测得的风速，经两种方法校正后，计算出巷道某一断面的风量是相近的。

筒化的测风方法：在实际工作中，迎面法和侧身法这两种方法都不太方便，于是便对测风方法进行了简化，测风时测风员站于巷道内，背向巷道壁，将迎风一侧的手臂伸出，使风表距人身不小于0.6～0.8 m，并放于人身向着风流的前侧约0.2 m，风表仍按线路法均匀移动，这样测出的风速受人体影响很小，可忽略不计，因而不需要再乘以校正系数。

平均风速测风方法：由于风速在巷道断面内的分布是不均匀的，故用风表测风时，必须测出平均风速。为了测得巷道的平均风速，测风方法有线路法和定点法两种。所谓线路法，即将风表按如图1所示的路线均匀移动；定点法，即将巷道分为若干格，使风表在每格内停留相等的时间进行测定，然后算出平均风速，如图2所示。

图1 线路法测风风表移动路线

图2 巷道分格定点发测风

1.3 平均风速的确定

由于空气具有粘性和井巷壁面有一定的粗糙度，使得井巷中空气在流动时会产生内外摩擦力，导致了风速在巷道断面上的分布并非是均匀的。如图3所示，风速在巷壁周边处风速最小，从巷壁向巷道轴心方向，风速逐渐增大。通常在巷道轴心附近风速最大。在井下因井巷断面和支护形式的不同，最大风速往往不在巷道轴心上，风速分布也不对称。在测量巷道平均风速时，如果把风表停留在巷道边壁附近，测量结果将较实际值偏小；风速计位于巷道轴心位置时又使测量结果偏大，因此测定巷道平均风速时，不能使风速计停在某一固定点，而应该在巷道横断面上按着一定路线均匀地测定，其数据才能真实地反映出巷道的平均速。

图3 风速在巷道横断面上的分布

在矿井通风中如未注明是某一点的风速，则所指风速均为巷道平均风速。其含义用式(2)表示

(2)

式中：Q—单位时间通过的风量，m3/s；S—巷道断面积，m2。

为了测得巷道平均风速，测风时可采用线路法(即将风表按一定的路线均匀移动)；或采用分格定点法(即将巷道断面分为若干格、风表在每格内停留相等的时间)进行测定，然后求算出平均风速。

1.4 测算巷道的断面积

在煤矿生产过程中常见的巷道断面形状有矩形、梯形、三心拱形、半圆拱形和圆形等几种。巷道断面形状如图4所示。

矩形巷道断面积

S=B×h

(3)

式中：S—巷道断面积，m2；B—矩形巷道宽度，m；h—矩形巷道高度，m。

梯形巷道断面积

(4)

式中：S—梯形巷道断面积，m2；B1、B2—分别为梯形巷道的上、下底净宽度，m；h—梯形巷道的高度，m。

a-矩形；b-半圆拱形；c-梯形；d-三心拱形；e-圆形拱形；f-圆形图4 巷道断面形状

圆形巷道的断面积

(5)

式中：S—圆形巷道的断面积，m2；D—圆形巷道的直径，m；π—圆周率，π=3.141 59。

三心拱形巷道净断面积

S=B×(0.26B+h)

(6)

式中：S—巷道断面积，m2；B—巷道断面底宽，m；h—由道碴面算起的墙高，m。

半圆拱形的巷道断面积

(7)

式中：S—半圆拱形巷道断面积，m2；B—半圆拱形的直径(巷道宽度)，m；π—圆周率，π=3.141 59；h—拱形底高度或半圆拱巷道的墙高，m。

现在煤矿生产中多采用半圆拱形或圆弧拱形巷道施工。圆弧拱形巷道断面积可利用下式计算

S=B×(0.26b+h)

(8)

式中：S—圆弧形巷道净断面积，m2；B—巷道断面的净宽度，m；h—巷道的拱基高度，m。

2 测量风速的步骤及注意事项

2.1 测量风速步骤

量程：进入测风站或待测巷道测风时，首先要估测巷道的风速，然后再选用相应量程的风表进行测定。如估测巷道的风速为5 m/s左右时，可选用量程为0.5～10 m/s的中速风表。

取出风表和秒表：将风表指针回零，然后使风表迎着风流，并与风流方向垂直，待叶轮转动平稳后，同时打开秒表和风表的计数器，在1 min的时间内均匀走完测量路线(或测量点)，然后关闭秒表和风表，读取风表指针读数(格/min)，并作记录。

测风次数：在某一断面进行测风时，测风次数应不少于3次，每次测量误差不应超过5%，然后取3次测风结果的平均值。如果测量误差大于5%，说明测风结果不符合要求，需追加一次测风。

计算巷道断面：在测得巷道风速后，还必须用皮尺或钢尺细致地量出测风地点的巷道各部尺寸，计算出测风处的巷道断面积。

记录：把测风数据和巷道参数记录于记录表内。

计算表速和巷道的平均风速：风表表速按下式进行计算

V=n/t

(9)

式中：V—测得的表速，格/s；N—3次测风风表刻度盘读数的平均值，格/min；t—测风时间，s；一般为60 s。

根据计算出的表速，查看风表校正曲线，如图5所示，代入曲线方程可求得巷道内平均风速v。

图5 风表校正曲线

根据测量出的巷道参数计算出巷道断面积S，即可计算出通过的风量。

Q=S×v

(10)

式中：Q—通过巷道的风量，m3/s；S—巷道断面积，m2；v—巷道内平均风速，m/s。

2.2 降低人为误差方法

每位测风员应配备一套专属风表，选取其中一名身材匀称的测风员及所属风表(后简称风表1)作为标准数据，用来校正其他测风员测量结果，方法如下。①选择2个风流稳定的测风站(风速均在0.5～10 m/s)；②风表1所属测风员分别在两个测风站开始测量风速，测量3次求得平均值v1、v2；③风表2所属测风员重复上述过程并记录风表平均转数n1、n2；④风表1与风表2在相同地点测得风速应相等，利用此原则计算新曲线方程及新曲线图。

原风表曲线方程式

Vs=x1×VZ+y1

(11)

利用上述数据带入求新方程式

(12)

计算所得新方程式

Vs=x×VZ+y

(13)

式中：Vs—实际风速，m/s；VZ—风表示值，m/s；v1、v2—风表1两处测风站测得风速，m/s；x1、y1—原

风表2一元一次曲线方程定值；x、y—新核定风表2一元一次曲线方程定值；n1、n2—风表2两处测风转数，格/s。图6为新核定风表校正曲线。

同上述过程核定其他测风员所属风表，表1为大柳塔煤矿校正测风员中速风表结果。

图6 新核定风表校正曲线

表1 大柳塔煤矿通风二队中速风表系数校正明细

备注：以王×测风数据为标准，校正其他测风员测风数据。

2.3 测风时应注意的问题

测风时应注意：①风表刻度盘一侧朝向测风员，即测风员能看到度盘，可随时观察指针运行情况；②风表在测量路线应统一标准，移动时速度一定要均匀，如果风表在巷道中心部分停留的时间长，则测量结果较实际风速偏高，反之，测量结果较实际值偏低；③风表的量程应和测定的风速相适应。否则，将造成风表损坏或测量不准确，甚至吹不动叶轮无法测量；④测风地点选择在断面容易测量且无障碍物的地点，如必须在有管路或皮带等地点测风时应利用风量相同地点反算测风断面积；⑤风表定期校正，有效期方可使用。