基于相对压力的煤矿通风阻力测定数据处理方法

石强

冀中能源邯矿集团郭二庄煤矿 河北邯郸 056303

近年来，智能矿山建设已经成为煤炭行业转型升级、创新发展的主旋律，“智慧矿山” 概念的提出，则为煤矿智能化建设奠定了发展方向。在煤矿通风方面，也在探索研究通风方案智能制定与通风系统智能控制 。通风系统智能控制依赖于通风方案智能制定，而后者实现的一个必要前提是准确获取巷道风量、风压等通风参数，但现有自动检测手段无法获取满足精度要求的上述参数，人工测定通风阻力依然是目前唯一可靠的手段。煤矿通风阻力测定方法包括压差计法和气压计法，其中气压计法分为基点法和同步法[1]。

1 矿井通风系统阻力测定

1.1 仪器选择

矿井通风阻力测定采用的仪器设备主要有CZC5便携式多参数测定器、中速风表、微速风表、机械秒表和钢卷尺。将一台便携式多参数测定器留在井口监测大气压的变化值，其余的随身携带按测点顺序进行测量，每个测点井上和井下仪器同时读数，用于消除地面气压变化造成的误差。将所用的便携式多参数测定器开机预热30分钟，校对仪器时间，将1台多参数测定器设为基点测量，并放置井口，仪器会每隔1分钟自动读取并记录相对压力值，其余多参数测定器设为节点测量。测定路线上的第一测点，置于稳定的环境，待测试界面数据稳定后，同时测量风速和巷道断面，在界面上输入风速值，输入测点号，保存数据，同时记录巷道断面形状与支护形式，并在必要时需描绘实际的地形草图。

1.2 可靠通风基础参数获取流程

根据数据处理的复杂程度，煤矿通风基础参数大致可分为2类：①根据矿井通风阻力原始测定数据直接或经简单处理即可获得可靠结果的参数，如巷道的风量、长度、断面积、断面形状、支护方式、空气温湿度，通风机运行工况等。其中测定的巷道风量数据一般需要与矿井同期测风报表比对，修正一些有偏差的数据，从而获得可靠数据。②对矿井通风阻力原始测定数据进行初步处理后，还需借助通风网络解算软件进行模拟解算，并通过修正相关参数直至与矿井通风现状匹配良好，才能获得可靠结果的参数，如巷道的摩擦阻力系数、风阻、阻力等[2]。

1.3 基点 - 同步测定

这种通风阻力测定的方法有效结合了同步测定与基点测定两种方法，需选择使用型号规格相同的三台气压计。将其中的一台在进风井口外部基点处固定，主要的功能就是校正大气压力的变化。而另外两台气压计固定于井下沿预定测点位置，通过上述两种方法的结合运用，根据时钟整5min倍数的规定对数据进行同步读取，进而计算实际的通风阻力。通过对基点-同步测定方法的应用，可确保测定的精准度，且在长通风路线且所需较长测定时间的大型矿井中具有较高的适用性。针对沿一条主风路对通风阻力进行测量的过程中，同样要测定其他处于并联状态的风路风量，为风阻的计算与风量的校核提供必要便利。

2 应用示例

以图1所示的简单通风系统网络为例，对基于相对压力的煤矿通风阻力测定数据处理方法的应用进行说明。

（1）选取相对压力零点。若采用抽出式通风方法，则选取测点1作为相对压力零点；若采用压入式通风方法，则选取测点6作为相对压力零点。本文以抽出式通风方法为例进行说明。选取测点1作为相对压力零点后，pr1=0。

（2）计算其他测点的相对压力。按式（2）分别计算出测点2-6的相对压力pr2-pr6。

（3）修正测点的相对压力。按图2中风流方向，正确的测点相对压力应符合pr1＞pr2＞pr3＞pr5＞pr6，pr1＞pr2＞pr4＞pr5＞pr6。煤矿通风基础参数获取如果测点相对压力不符合上述原则，以pr3＜pr5为例，修正方法：首先根据测点2和测点5之间的巷道阻力h25和2条巷道的物理参数，估算测点2与测点3、测点3与测点5之间的巷道阻力h23，h35（h25，h23，h35满足h25=h23＋h35）；然后根据pr2-h23或pr5＋h35结果计算出测点3的修正相对压力p'R3；最后将p'R3替代pr3。

（4）计算巷道风阻。根据步骤（3）得到的相对压力计算所有巷道阻力h12，h23，h35，h56，h24，h45，然后计算所有巷道风阻R12，R23，R35，R56，R24，R45。

（5）修正巷道风阻。将所有巷道风阻、主要通风机工况数据输入矿井通风网络解算软件，进行矿井通风网络模拟解算，得到所有巷道的解算风量。将解算风量与阻力测定期间对应巷道的实际风量进行对比：若误差在5%以内，说明步骤（4）中得到的巷道风阻是可靠的；若误差在5%以上，则需要对相应巷道风阻进行修正，直至解算风量与阻力测定期间对应的实际风量误差在5%以内[3]。

图1 简单通风系统网络

3 结语

通风系统改造后，5a内风井通风状况良好，5a后运输大巷风速可能会出现超限的情况，届时可通过对运输大巷进行修护改造，突破巷道通风阻力瓶颈，在增强回风能力的同时降低通风负压，实现风量合理，项目可行。