井巷中風(fēng)速和風(fēng)量的測定要求

1、井巷中風(fēng)速和風(fēng)量的測定要求題綱教學(xué)內(nèi)容： 概述 一、井巷斷面上的風(fēng)速分布 二、測風(fēng)儀表 三、測風(fēng)方法及步驟 四、微風(fēng)測量教學(xué)目標(biāo)：能正確選用測風(fēng)儀表、能根據(jù)巷道特點(diǎn)選擇正確測風(fēng)方法及步驟并會計算、校正。概述單位時間內(nèi)通過井巷斷面的空氣體積叫做風(fēng)量，它等于井巷的斷面積與通過井巷的平均風(fēng)速的乘積。因此，測量風(fēng)量時必然測定風(fēng)速。風(fēng)速和風(fēng)量測定是礦井通風(fēng)測定技術(shù)中的重要組成部分，也是礦井通風(fēng)管理中的基礎(chǔ)性工作。 規(guī)程規(guī)定：礦井必須建立測風(fēng)制度，每10天進(jìn)行一次全面測風(fēng)。對采掘工作面和其它用風(fēng)地點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要隨時測風(fēng)，每次測風(fēng)結(jié)果應(yīng)記錄并寫在測風(fēng)地點(diǎn)的記錄牌上。礦井應(yīng)根據(jù)測風(fēng)結(jié)果采取措施，進(jìn)行風(fēng)量調(diào)

2、節(jié)。一、井巷斷面上的風(fēng)速分布空氣在井巷中流動時，風(fēng)速在巷道斷面上的分布是不均勻的。一般來說，位于巷道軸心部分的風(fēng)速最大，靠近巷道周壁部分的風(fēng)速最小，如圖1-6所示，通常所謂巷道內(nèi)的風(fēng)速都是指平均風(fēng)速v均。平均風(fēng)速v均與最大風(fēng)速v大的比值叫做巷道的風(fēng)速分布系數(shù)（速度場系數(shù)），用K速表示，其值與井巷粗糙程度有關(guān)，巷道周壁越光滑，K速就越大，即斷面上的風(fēng)速分布越均勻。據(jù)調(diào)查，對于砌碹巷道，K速；木棚支護(hù)巷道，K速；無支護(hù)巷道，K速。 圖1-6 巷道中的風(fēng)速分布需要注意的是，由于受到井巷斷面形狀、支護(hù)形式、直線程度及障礙物的影響，最大風(fēng)速不一定正好位于井巷的中軸線上，風(fēng)速分布也不一定具有對稱性。二、測

3、風(fēng)儀表測量井巷風(fēng)速的儀表叫風(fēng)表，又稱風(fēng)速計。目前，煤礦中常用的風(fēng)表按結(jié)構(gòu)和原理不同可分為機(jī)械式、熱效式、電子葉輪式和超聲波式等幾種。（一）機(jī)械式風(fēng)表機(jī)械式風(fēng)表是目前煤礦使用最廣泛的風(fēng)表。它全部采用機(jī)械結(jié)構(gòu)，多用于測量平均風(fēng)速，也可以用于點(diǎn)風(fēng)速的測定。按其感受風(fēng)力部件的形狀不同，又分為葉輪式和杯式兩種，其中，杯式主要用于氣象部門，也可用于煤礦井下；葉輪式在煤礦中應(yīng)用廣泛，是本節(jié)介紹的重點(diǎn)。機(jī)械葉輪式風(fēng)表由葉輪、傳動蝸輪、蝸桿、計數(shù)器、回零壓桿、離合閘板、護(hù)殼等構(gòu)成，如圖1-7所示。 圖1-7 機(jī)械葉輪式風(fēng)表1葉輪；2蝸桿軸；3計數(shù)器；4離合閘板；5回零壓桿；6護(hù)殼風(fēng)表的葉輪由8個鋁合金葉片組成，

4、葉片與轉(zhuǎn)軸的垂直平面成一定的角度，當(dāng)風(fēng)流吹動葉輪時，通過傳動機(jī)構(gòu)將運(yùn)動傳給計數(shù)器3，指示出葉輪的轉(zhuǎn)速。離合閘板4的作用是使計數(shù)器與葉輪軸聯(lián)結(jié)或分開，用來開關(guān)計數(shù)器?；亓銐簵U5的作用是能夠使風(fēng)表的表針回零。風(fēng)表按風(fēng)速的測量范圍不同分為高速風(fēng)表（0.825m/s）、中速風(fēng)表（0.510m/s）和微（低）速風(fēng)表（0.35m/s）三種。三種風(fēng)表的結(jié)構(gòu)大致相同，只是葉片的厚度不同，起動風(fēng)速有差異。由于風(fēng)表結(jié)構(gòu)和使用中機(jī)件磨損、腐蝕等影響，通常風(fēng)表的計數(shù)器所指示的風(fēng)速并不是實(shí)際風(fēng)速，表速（指示風(fēng)速）v表與實(shí)際風(fēng)速（真風(fēng)速）v真的關(guān)系可用風(fēng)表校正曲線來表示。風(fēng)表出廠時都附有該風(fēng)表的校正曲線，風(fēng)表使用一段時間

5、后，還必須按規(guī)定重新進(jìn)行檢修和校正，得出新的風(fēng)表校正曲線。圖1-8為風(fēng)表校正曲線示意圖。圖1-8 風(fēng)表校正曲線示意圖風(fēng)表的校正曲線還可用下面的表達(dá)式來表示： v真abv表 （1-2）式中 v真真風(fēng)速，m/s； a表明風(fēng)表啟動初速的常數(shù)，決定于風(fēng)表轉(zhuǎn)動部件的慣性和摩擦力； b校正常數(shù)，決定于風(fēng)表的構(gòu)造尺寸； v表風(fēng)表的指示風(fēng)速，m/s。目前我國生產(chǎn)和使用的葉輪式風(fēng)表主要有：DFA2型（中速）、DFA3型（微速）、DFA4型（高速）、AFC121（中、高速）、EM9（中速）等。機(jī)械葉輪式風(fēng)表的特點(diǎn)是體積小，重量輕，重復(fù)性好，使用及攜帶方便，測定結(jié)果不受氣體環(huán)境影響；缺點(diǎn)是精度低，讀數(shù)不直觀，不能滿

6、足自動化遙測的需要。（二）熱效式風(fēng)表 我國目前生產(chǎn)的主要是熱球式風(fēng)速計。它的測風(fēng)原理是，一個被加熱的物體置于風(fēng)流中，其溫度隨風(fēng)速大小和散熱多少而變化，通過測量物體在風(fēng)流中的溫度便可測量風(fēng)速。由于只能測瞬時風(fēng)速，且測風(fēng)環(huán)境中的灰塵及空氣濕度等對它也有一定的影響，所以這種風(fēng)表使用不太廣泛，多用于微風(fēng)測量。（三）電子葉輪式風(fēng)表 電子葉輪式風(fēng)表由機(jī)械結(jié)構(gòu)的葉輪和數(shù)據(jù)處理顯示器組成。它的測定原理是，葉輪在風(fēng)流的作用下旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速與風(fēng)速成正比，利用葉輪上安裝的一些附件，根據(jù)光電、電感等原理把葉輪的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)變成電量，利用電子線路實(shí)現(xiàn)風(fēng)速的自動記錄和數(shù)字顯示。它的特點(diǎn)是讀數(shù)和攜帶方便，易于實(shí)現(xiàn)遙測。如MSF1型風(fēng)

7、速計就是利用電感變換元件的電子葉輪式風(fēng)速計。（四）超聲波風(fēng)速計超聲波風(fēng)速計是利用超聲波技術(shù)，通過測量氣流的卡蔓渦街頻率來測定風(fēng)速的儀器，目前主要用于集中監(jiān)控系統(tǒng)中的風(fēng)速傳感器。它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，壽命長，性能穩(wěn)定，不受風(fēng)流的影響，精度高，風(fēng)速測量范圍大。三、測風(fēng)方法及步驟（一）測風(fēng)地點(diǎn)井下測風(fēng)要在測風(fēng)站內(nèi)進(jìn)行，為了準(zhǔn)確、全面的測定風(fēng)速、風(fēng)量，每個礦井都必須建立完善的測風(fēng)制度和分布合理的固定測風(fēng)站。對測風(fēng)站的要求如下：（1）應(yīng)在礦井的總進(jìn)風(fēng)、總回風(fēng)，各水平、各翼的總進(jìn)風(fēng)、總回風(fēng)，各采區(qū)和各用風(fēng)地點(diǎn)的進(jìn)、回風(fēng)巷中設(shè)置測風(fēng)站，但要避免重復(fù)設(shè)置。（2）測風(fēng)站應(yīng)設(shè)在平直的巷道中，其前后各10m范圍內(nèi)不得

8、有風(fēng)流分叉、斷面變化、障礙物和拐彎等局部阻力。（3）若測風(fēng)站位于巷道斷面不規(guī)整處，其四壁應(yīng)用其它材料襯壁呈固定形狀斷面，長度不得小于4m。（4）采煤工作面不設(shè)固定的測風(fēng)站，但必須隨工作面的推進(jìn)選擇支護(hù)完好、前后無局部阻力物的斷面上測風(fēng)。（5）測風(fēng)站內(nèi)應(yīng)懸掛測風(fēng)記錄板（牌），記錄板上寫明測風(fēng)站的斷面積、平均風(fēng)速、風(fēng)量、空氣溫度、大氣壓力、瓦斯和二氧化碳濃度、測定日期以及測定人等項(xiàng)目。（二）測風(fēng)方法 為了測得平均風(fēng)速，可采用線路法或定點(diǎn)法。線路法是風(fēng)表按一定的線路均勻移動，如圖1-9所示；定點(diǎn)法是將巷道斷面分為若干格，風(fēng)表在每一個格內(nèi)停留相等的時間進(jìn)行測定，如圖1-10所示，根據(jù)斷面大小，常用的有

9、9點(diǎn)法、12點(diǎn)法等。圖1-9 線路法測風(fēng)圖1-10 定點(diǎn)法測風(fēng)測風(fēng)時，根據(jù)測風(fēng)員的站立姿勢不同又分為迎面法和側(cè)身法兩種。迎面法是測風(fēng)員面向風(fēng)流，將手臂伸向前方測風(fēng)。由于測風(fēng)斷面位于人體前方，且人體阻擋了風(fēng)流，使風(fēng)表的讀數(shù)值偏小，為了消除人體的影響，需將測得的真風(fēng)速乘以的校正系數(shù)，才能得到實(shí)際風(fēng)速。側(cè)身法是測風(fēng)員背向巷道壁站立，手持風(fēng)表將手臂向風(fēng)流垂直方向伸直，然后在巷道斷面內(nèi)作均勻移動。由于測風(fēng)員立于測風(fēng)斷面內(nèi)減少了通風(fēng)面積，從而增大了風(fēng)速，測量結(jié)果較實(shí)際風(fēng)速偏大，故需對測得的真風(fēng)速進(jìn)行校正。校正系數(shù)K由下式計算： （1-3）式中 ：S測風(fēng)站的斷面積，m2； 測風(fēng)員阻擋風(fēng)流的面積，m2。（三）

10、用機(jī)械式風(fēng)表測風(fēng)步驟（1）測風(fēng)員進(jìn)入測風(fēng)站或待測巷道中，先估測風(fēng)速范圍，然后選用相應(yīng)量程的風(fēng)表。（2）取出風(fēng)表和秒表，先將風(fēng)表指針和秒表回零，然后使風(fēng)表葉輪平面迎向風(fēng)流，并與風(fēng)流方向垂直，待葉輪轉(zhuǎn)動正常后（約2030s），同時打開風(fēng)表的計數(shù)器開關(guān)和秒表，在1min的時間內(nèi)，風(fēng)表要均勻地走完測量路線（或測量點(diǎn)），然后同時關(guān)閉秒表和計數(shù)器開關(guān)，讀取風(fēng)表指針讀數(shù)。為保證測定準(zhǔn)確，一般在同一地點(diǎn)要測三次，取平均值，并按下式計算表速： （1-4）式中 v表風(fēng)表測得的表速，m/s； n風(fēng)表刻度盤的讀數(shù)，取三次平均值，m； t測風(fēng)時間，一般60s。（3）根據(jù)表速查風(fēng)表校正曲線，求出真風(fēng)速v真。（4）根據(jù)測風(fēng)

11、員的站立姿勢，將真風(fēng)速乘以校正系數(shù)K得實(shí)際平均風(fēng)速v均，即： v均=Kv真 ，m/s （1-5）（5）根據(jù)測得的平均風(fēng)速和測風(fēng)站的斷面積，按下式計算巷道通過的風(fēng)量： Q=v均S （1-6）式中 Q測風(fēng)巷道通過的風(fēng)量，m3/s； S測風(fēng)站的斷面積，m2，按下列公式測算：矩形和梯形巷道：S=HB （1-7）三心拱巷道： S=B（HB） (1-8)半圓拱巷道： S=B（HB） （1-9）H巷道凈高，m； B梯形巷道為半高處寬度，拱形巷道為凈寬，m。（四）測風(fēng)時應(yīng)注意的問題（1）風(fēng)表的測量范圍要與所測風(fēng)速相適應(yīng)，避免風(fēng)速過高、過低造成風(fēng)表損壞或測量不準(zhǔn)；（2）風(fēng)表不能距離人體和巷道壁太近，否則會引起較

12、大誤差；（3）風(fēng)表葉輪平面要與風(fēng)流方向垂直，偏角不得超過10，在傾斜巷道中測風(fēng)時尤其要注意；（4）按線路法測風(fēng)時，路線分布要合理，風(fēng)表的移動速度要均勻，防止忽快忽慢，造成讀數(shù)偏差；（5）秒表和風(fēng)表的開關(guān)要同步，確保在1min內(nèi)測完全線路（或測點(diǎn)）；（6）有車輛或行人時，要等其通過后風(fēng)流穩(wěn)定時再測；（7）同一斷面測定三次，三次測得的計數(shù)器讀數(shù)之差不應(yīng)超過5%，然后取其平均值。例1-3 在某礦井井下的測風(fēng)站內(nèi)測風(fēng)，測風(fēng)站的斷面積是2，用側(cè)身法測得的三次讀數(shù)分別為325、338、340，每次測風(fēng)時間均是1min。求算該測風(fēng)站的風(fēng)速和通過測風(fēng)站的風(fēng)量各是多少？（風(fēng)表校正曲線如圖1-8所示）解：（1）檢驗(yàn)三次測量結(jié)果的最大誤差是否超過5%E=（最大讀數(shù)最小讀數(shù)）/最小讀數(shù)100% =（340325）/325100% =4.62%5%三次測量結(jié)果的最大誤差小于5%，測量數(shù)據(jù)精度符合要求。(2)計算風(fēng)表的表速n =（n1+n2+n3）/3 =（325+328+340）/3 =334m/minv表=n/t（3）查風(fēng)表校正曲線，求真風(fēng)速根據(jù)v表，查圖1-8可得真風(fēng)速為。（4）求平均風(fēng)速v均=Kv真其中 K=（S）/S=（） v均（5）計算通過測風(fēng)站的風(fēng)量 Q = v均S 3/s經(jīng)計算得知，測風(fēng)站內(nèi)的風(fēng)速為4.94 m/s，通過的風(fēng)量為3/s。四、微風(fēng)測量當(dāng)風(fēng)速很?。ǖ陀冢r，可以采用煙霧