阻力测定

阻力测定（精选八篇）

阻力测定 篇1

1 金华山煤矿概况

金华山煤矿改扩建以来, 矿井为多水平阶段石门开拓。矿井通风方式采用中央并列式, 通风方式为抽出式, 矿井现有三个井口, 其中副立井、红土主斜井为进风井, 二号风井为回风井。风井安装主扇两台, 型号为FBCDZ№26, 风叶角度均为零度, 电机功率为2*280KW, 一台工作, 一台备用。矿井总进风量为6 245m3/min左右, 矿井负压146mm水柱左右, 矿井等积孔3.27m2左右, 通风系统较简单。

2 通风阻力测定技术手段

仪器的选用:本次测定采用气压计法, 使用测量范围为83.6-114kpa、最小分度为10pa的精密气压计, 测量计具:干湿球温度计、皮尺、秒表、风表等。

技术要求:在使用前应对精密气压计、风表、干湿球进行检定, 并在有效期内。

测定方法:采用气压基点测定法。在井口调试好两台精密气压计 (Ⅰ、Ⅱ) , 并记录初始读数, 仪器Ⅰ留在原地监视大气压力变化, 每隔10min记录一次读数, 仪器Ⅱ按测点顺序分别测出各测点风流的相对基点的静压, 时间依实际情况以10min倍数为时限。利用风表、干湿球温度计等测得相应测点的参数。

3 通风阻力测定数据及存在问题

从上表中可以看出:矿井828水平的很多巷道通风阻力很大, 为全矿井的风流瓶颈;680水平和570水平风阻相对也高。由于828水平和680水平是矿井早期掘进巷道, 受制于当时施工工艺水平, 巷道施工质量较差, 应该成为治理的重点, 为通风系统优化改造的重点工程

4 降低矿井通风阻力方法

依据矿井通风能力与生产能力相匹配的原则, 技术上要求各用风地点风量充足, 风流稳定, 经济上材料消耗最小化、效益最大化为目的, 确定以下方法。

4.1 最大阻力路线划定

依据测得的阻力数据分析获得最大阻力分布路线图, 确定通风阻力超常的线路, 对其采取一定技术手段降低局部阻力和摩擦阻力。在矿井通风阻力中, 摩擦阻力占据主导地位, 因此降低矿井通风阻力要以降低井巷摩擦阻力为重点, 兼顾降低特殊地点的局部阻力。

(1) 依据矿井实际用风状况绘出矿井通风网络图和通风系统图, 并将通风设施标注其上。 (2) 确定巷道阻力公式。 (3) 依据测得的数据和巷道阻力公式进行巷道阻力计算, 得出最大通风阻力巷道。

4.2 通风现状分析

结合井下通风线路实际情况以及测得的各通风地点的实测数据, 通过对数据的分析整理找出矿井通风系统中存在的问题: (1) 依据得出的各风路的阻力、风阻以及功耗, 得出通风网络的阻力分布状况, 确认高阻力、高风阻以及高耗能的地点区域。 (2) 生产布局存在的不合理因素以及通风构筑物在设计、使用不当方面等对通风系统的影响。

4.3 降阻措施[4]

(1) 合理布局生产, 使通风系统处于最佳状态, 通风系统改造与其他生产环境改造相结合, 做到均衡生产, 简化通风系统。 (2) 降低通风网络阻力。如加强巷道维修, 采取经济断面巷道, 对高阻力路线应采用分区通风、增加并联网络、改变流向、开掘新风路、另打新风井等措施。 (3) 堵截漏风, 提高风量利用率。对于井口、井底车场、煤仓、通风构筑物等地点的漏风应从设计施工到管理上进行综合治理。改进巷道布置, 减少通风构筑物的数量。

5 结论与建议

本次测试主要针对金华山矿的主要进回、风巷道以及工作面, 经过阻力校验, 数据误差在允许范围内 (<10%) , 因此测试结果可靠。基于以上方法, 对金华山矿作出如下结论和建议。

5.1 结论

(1) 随着开采水平的逐年延伸, 矿井通风系统日趋复杂、用风地点日趋多变, 管理难度增加, 通风系统不能满足生产需要。现有综采、机采工作面对风量的需求远远高于炮采工作面;新鲜风流到达用风地点距离太长。

(2) 由于早期矿井施工工艺及管理问题, 导致一水平、二水平矿井通风阻力大, 并且分布严重不平衡。

(3) 全矿井巷道长度达到100多km, 致使井下各用风地点风量不足。

5.2 建议

(1) 通过本次测试发现并指明了矿井通风阻力较大的巷道和测段风阻值较大的巷道, 为矿井优化通风系统指出了详细位置。

(2) 对有杂物堆放的回风巷道进行清理, 扩大回风巷道的有效通风断面, 断面较小巷道进行扩帮起底, 如570三采区运输巷, 680人行巷石门等。

由于掘进工作面太多导致个别工作面风量小, 建议临时密闭570水平西采区运输巷掘进工作面。

6 结语

矿井通风管理好坏是关系到矿井能否安全高效生产的关键环节, 在通风构筑物的设计、施工环节要充分考虑降低矿井通风阻力, 除了加大日常的的通风管理外, 加强巷道的正常维护, 保证足够的通风断面也是通风管理应该重视的环节。

参考文献

[1]张国枢.通风安全学[M].徐州:中国矿业大学出版社, 2000.

[2]黄显东, 刘志梅, 陈世龙等.矿井通风阻力测定方法及应用[J].煤矿安全, 2004 (8) :13-15.

[3]傅贵, 秦跃平等.矿井通风系统分析与优化[M].机械工业出版社, 1995.

流体流动阻力测定实验报告（共） 篇2

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过程工程专业实验流体流动阻力实验 指导老师：

成绩：

实验名称：

实验类型：

同组学生：

一、实验目的和要求（必填）

二、实验容和原理（必填）

三、主要仪器设备（必填）

四、操作方法和实验步骤

五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填）

七、讨论、心得

一、实验目的和要求 装 1.掌握测定流体流经直管、管件（阀门）时阻力损失的一般实验方法。

2.测定直管摩擦系数 λ 与雷诺准数 Re的关系，流体流经管件（阀门）

时的局部阻力系数，验 订 证在一般湍流区 λ 与 Re的关系曲线，考察 ζ 与 Re 是否相关。

线 3.识辨组成管路的各种管件、阀门，并了解其作用 , 获得对 Re，摩擦系数λ，局部阻力系数ζ的感性认识。

二、实验容和原理 1 流量计校核 通过计时称重对涡轮流量计读数进行校核。

2.Re 数：

3.直管阻力摩擦系数 λ 的测定 流体在水平等径直管中稳定流动时，阻力损失为：

.4.局部阻力系数ζ的测定

局部阻力压力降的测量方法：测量管件及管件两端直管（总长度 l“）总的压降 p，减去其直管段的压降，该直管段的压降可由直管阻力 p f（长度 l）实验结果求取。

三、主要仪器设备

.Figure 1 实 1—水箱 2 —离心泵 3、11、12、13、14—压差传感器 —引水漏斗 4 —温度计 21、22—调节阀 5—涡轮流量计 16—粗糙管实验段 17 —光 滑管实验段 18 a b c de f g h —闸阀 19 —截止阀 20 23 —泵出口阀 24 —旁路阀（流量校核）

— 取压点 表格 1 表格 2，名称 类型 直管规格 管径 直管段长度 截止阀 局部阻力 闸阀 闸阀两端直管（粗糙管）ab = 680

光滑管

不锈钢管

光滑直管（mm）（mm）

ef = 1000

粗糙直管 22 bc =1000 粗糙管 镀锌铁管

截止阀两端直管（光滑管）

de = 660

四．操作方法和实验步骤 1.离心泵灌水，关闭出口阀（23），打开电源，启动水泵电机，待电机转动平稳后，把泵的出口阀（23）缓缓开到最大。对压差传感器进行排气，完成后关闭排气阀门，使压差传感器处于测量状态。

2.开启旁路阀（24），关闭光滑管段阀件，选定最小流量 1.00m /h，, 记录最大流量，设定大于 10个数值上等比的流量观测值。自大至小，改变流量，每次改变流量，待流动达到稳定后，记录压 差、流量、温度等数据。粗糙管段测量同光滑管段测量。

3.实验结束，关闭出口阀（23）。

五、实验数据记录和处理 5.1 流量计校核 3-1 仪器读数：

V1=0.61m ·h，空桶质量 m0 =0.46kg

V2= τ =50.00s

时，桶的质量 m 1 =10.22kg，水温 t r =32.1 ℃，ρ =995.0kg/m 实 际 流 速 ：

偏差 E=(0.71-0.61)/0.61 *100%=16.4% 表格 3 光滑管段实验数据记录

No V1/m3 ·h-1 t1/ p11/kpa p12/kPa(加管件)1 0.95 32.1 0.43 9.8 2 1.21 32 0.66 11.6 3 1.44 31.9 0.84 12.9 4 1.71 31.8 1.14 14.8 5 2.05 31.8 1.55 18.2 6 2.26 31.7 1.83 20.4 7 2.71 31.6 2.52 26.5 8 3.23 31.6 3.34 34.6 9 3.74 31.6 4.32 44.2 3

[1]4.5 31.4 6.11 60.8 11 5.25 31.2 7.99 79.5 12 5.39 31.1 8.22 83.6

表格 4 粗糙管段实验数据记录

件)

实验所用流体为水，ρ，μ的计算参考文献值 , 插法处理

t=20 ,;t=30 ,;t=40 , t=28 ,;t=29 ,;t=30 ,;t=31 , No 3-1 V2/m ·h T2/ P21/kpa P22/kPa(加管1 0.97 30.4 1.44 1.05 2 1.24 30.3 2.24 1.73 3 1.44 30.2 3.01 2.43 4 1.7 30.1 4.09 3.42 5 2.05 30 5.83 5.03 6 2.37 29.9 7.67 6.72 7 2.77 29.8 10.395 9.25 8 3.2 29.5 13.2 12.5 9 3.82 29.3 19.87 17.71 10 4.45 29.2 24.93 24.15 11 5.07 28.7 24.83 24.94

t=32 , 表格 5.光滑管段流动阻力参数计算结果

No-1 u/m·s

0.6942 3 ρ /kg ·m

995.0 μ/Pa ·s

0.000766 Re

19828.7 λ

0.03946 δ

39.65707 2 0.8842 995.0 0.000768 25205.1 0.03733 28.67032 3 1.0523 995.0 0.000770 29934.5 0.03355 22.38011 4 1.2496 995.1 0.000771 35474.2 0.03228 18.05326 5

1.4980

995.1

0.000771

42527.6

0.03054

15.35699 6 1.6515 995.1 0.000773 46788.0 0.02967 14.11610 7 1.9803 995.1 0.000774 55989.6 0.02841 12.70268 8 2.3603 995.1 0.000774 66732.9 0.02651 11.66286 9 2.7330 995.1 0.000774 77269.7 0.02557 11.10278 10

3.2883

995.2

0.000778

92593.1

0.02498

10.52757 11 3.8364 995.3 0.000781 107587.3 0.02400 10.11264 12 3.9387 995.3 0.000782 110232.9 0.02342 10.10460

表格

No

粗糙管段流动阻力参数计算结果

-1 3 u/m·s ρ/kg ·m

μ/Pa ·s

Re

λ

δ 1

0.7779 995.6 0.000794 20483.1 0.10038 0.33063

0.9945 995.6 0.000796 26130.6 0.09555 0.51107 3 1.1549 995.6 0.000797 30282.7 0.09520 0.66783 4 1.3634 995.7 0.000799 35676.9 0.09282 0.77871 5 1.6441 995.7 0.000801 42934.0 0.09098 0.87851 6 1.9007 995.7 0.000802 49530.1 0.08955 0.92170 7 2.2215 995.8 0.000804 57766.5 0.08884 0.97242 8 2.5664 995.8 0.000809 66310.9 0.08453 1.15510 9 3.0636 995.9 0.000813 78825.6 0.08928 0.98338 10 3.5689 995.9 0.000815 91632.9 0.08255 1.21348 11 4.0661 996.0 0.000823 103289.4 0.06333 1.03868

Figure 2 ．摩擦系数λ与 Re 的关系曲线（y1 为光滑管摩擦系数，y2 为粗糙管摩擦系数）

.[1] [2]

对照 Moody图，Figure 3 ． Moody 图

查得光滑管段λ 1-Re 图对应的相对粗糙度ε 1/d1=0.002;粗糙管段λ 2-Re 图对应的相对粗糙度ε 2/d2>0.05.绝对粗糙度：ε 1=0.002*21=0.42mm，ε 2>0.05*22=1.10mm;查表 知，中等腐蚀的无缝钢管绝对粗糙度：ε ~0.4mm；普通镀锌钢管绝对粗糙度：ε：

0.1~0.15mm

.Figure 4 ．局部阻力系数ζ与 Re 的关系曲线（y1 为光滑管局部阻力系数，y2 为粗糙管局部阻力系数）

截止阀局部阻力系数 : ζ1=10.70 闸阀局部阻力系数：ζ

2=1.04（两者均取ζ-Re 曲线上平直部分对应的局部阻力系数）

查文献，知截止阀在全开时ζ =6.4，闸阀在全开时ζ =0.17

六．实验结果与分析 1.实验误差分析：

1.1 由对涡轮流量计的校核知，当流速较小时，流量计的测量误差较大，可达 16.4%，因而λ-Re，ζ-Re 图上，Re 值较小时，实验数据点的误差较大。

1.2 实验读数时，由于仪表显示的读数值并不稳定，液体实际的流动不是不可压缩的稳定流动，Δ p，V，t 值随时间变化存在一定程度上的波动。

1.3 温度传感器，流量计，压差传感器的仪器测量误差不可避免。

1.4 调节流量时，流动并未完全稳定读数

1.5 计算局部阻力系数时，采用的公式：，合成不确定度相较摩擦阻力系数测定时，引入的不确定度增加了一项，误差增大。

1.6 所用的水不够洁净，含较多杂质，而实验中都做纯水处理，实际流体的μ，ρ值与计算得到 的值存在一定程度的偏差。

.2.实验结果分析 2.1.实验测得光滑管的绝对粗糙度ε 1=0.42mm, 在给出的参考围 ~0.4mm，粗糙管的绝对粗糙度>1.10mm,偏大，可能原因水管使用较久由于污垢腐蚀而造成绝对粗糙度偏大 2.2

实验测得的截止阀与闸阀在全开时，局部阻力系数较文献值均偏大，可能的原因：

a.实际因为阀件的制造水平，加工精度不同的原因，不同的阀件的局部阻力系数在一定围波动；

b.实验用阀件可能存在积垢，腐蚀的问题，导致局部阻力系数偏大。

3.思考题 3.1 在对装置做排气工作时，是否一定要关闭流程尾部的出口阀？为什么？ 答：是，由离心泵特性曲线知，流量为零时，轴功率最小，电动机负荷最小，不会过载烧毁线 圈。

3.2 ．如何检测管路中的空气已经被排除干净？ 答：关闭出口阀后，打开 U 形管顶部的阀门，利用空气压强使 U形管两支管水往下降，当两支管 液柱水平，证明系统中空气已被排除干净。

3.3 ．以水做介质所测得的λ～ Re 关系能否适用于其它流体？如何应用？ 答：能用，因为雷诺准数是一个无因次数群，它允许 d、u、ρ、μ变化。

3.4.

在不同设备上（包括不同管径），不同水温下测定的λ～ Re 数据能否关联在同一条曲线上？

答：不可以，, 设备改变，相对粗糙度也发生改变，从而λ变化。

3.5 ．如果测压口、孔边缘有毛刺或安装不垂直，对静压的测量有何影响？ 答：有毛刺，增加额外的阻力损失，安装不垂直，增加额外的压差，使测量误差增大。七．参考文献 [1].何潮洪，霄.化工原理（上册）

.[M] 科学：

2013 [2].时均.化学工程手册 上卷.[M] 化学工业：

阻力测定 篇3

宁夏暖泉煤业有限公司煤矿位于韦州矿区中北部, 行政区划属吴忠市太阳山开发区。设计生产能力为0.3Mt/a, 井田可采储量333.73万t, 可采煤层5层, 矿井服务年限7.4a。矿井采用斜井开拓, 主斜井用于原煤的提升运输, 副斜井担负提升矸石、掘进煤、运送人员及下放材料任务, 回风斜井主要用于回风。采煤方法为走向长壁后退式, 采煤工艺为炮采。矿井通风方式为中央并列式, 通风方法为机械抽出式。回风斜井配备了2台FBCDZ№18/2×75型号的轴流式对旋通风机, 电机功率为2×75k W, 额定风量为16.1~50.9m3/s, 额定静压865~2722Pa, 一台运转, 一台备用。矿井总进风量:2963m3/min, 总回风量:3026m3/min。

2 矿井通风阻力测定内容及测定方案

2.1 测定方法及测定路线

通风阻力测定方法是:采用矿井通风阻力测试仪逐点测定法, 矿井通风阻力测试仪的基点定在副井口, 即将三台矿井通风阻力测试仪放置在基点处, 同时读取绝对压力值后, 一台矿井通风阻力测试仪留在基点, 每隔5分钟记录一次气压变化值;另两台矿井通风阻力测试仪用于井下沿预定测定路线逐点测压, 记录测压时间并读取压力变化值, 待全部测定完毕, 重新回到基点, 再次校对矿井通风阻力测试仪的读数。在井下每设定一个测点, 除了压力之外, 同时测量其他通风相关参数。

主测路线:副井→+1184m大巷→2201S二层运输下山→1201工作面运输巷→回风顺槽→二煤回风石门→回风反上山车场→回风井→风硐。

2.2 测定参数及测定仪器仪表

地面主要测量副井口大气压参数 (Pa) ;主通风机房U型压差计读数 (Pa) ;

井下主要测量各测点的巷道形状、断面 (m2) 、温度 (℃) 、湿度 (%) 、绝对静压 (Pa) 、标高 (m) 和风速 (m/s) 等参数。

2.3 通过计算的主要参数

2.3.1 井下测点密度计算

式中:P为大气压力 (k Pa) , φ为空气湿度 (%) , Psat为在温度td下空气的饱和蒸汽压 (k Pa) (通过查表可得) , td为温度 (℃) 。

2.3.2 井下测点风量计算

式中:S为巷道断面 (m2) , V为测点平均风速 (m/min) 。

2.3.3 井下各段阻力计算

式中:为hi~i+1i, i+1测段通风阻力 (Pa) , Pi、Pi+1为测点空气绝对静压 (Pa) , P'i、P''i+1为分别为读取Pi和Pi+1压力值时, 基点校正矿井通风阻力测试仪的相应测值 (Pa) , K1、K2分别为井下测量用矿井通风阻力测试仪与基点校正矿井通风阻力测试仪的校正系数;其余符号意义同前。

2.3.3 矿井总阻力计算

通风系统总阻力为根据最大通风路线上, 顺着风流方向各测段通风阻力的累加, 即:

2.3.3 矿井自然风压计算

2.3.3. 1 进、回风井井口标高相同

2.3.3. 1. 1 冬季自然风压H冬

式中:ρ回冬为冬季回风井筒中湿空气的平均密度 (kg/m3) , ρ进冬为冬季进风井筒中湿空气的平均密度 (kg/m3) , H为井筒垂深 (m) , G为重力加速度 (9.8m/s2) 。

2.3.3. 1. 2 夏季自然风压H夏

式中:ρ回夏为夏季回风井筒中湿空气的平均密度 (kg/m3) , ρ进夏为夏季进风井筒中湿空气的平均密度 (kg/m3) , 其余符号同上。

2.3.3. 2 回风井井口高于进风井井口

2.3.3. 2. 1 冬季自然风压H冬

式中:ρ冬为冬季进风井筒侧地表湿空气的平均密度 (kg/m3) , ρ进冬为冬季进风井筒中湿空气的平均密度 (kg/m3) , ρ回冬为冬季回风井筒中湿空气的平均密度 (kg/m3) , Hc为进、回风井井口标高差 (m) , Hj为进风井筒的垂深 (m) , Hh为回风井筒垂深 (m) 。

2.3.3. 2. 2 夏季自然风压H夏

式中ρ夏为夏季进风井筒侧地表湿空气的平均密度 (kg/m3) , 其余符号同上。

2.3.3. 3 回风井井口低于进风井井口

2.3.3. 3. 1 冬季自然风压H冬H冬= (ρ进冬×Hj-ρ冬×Hc-ρ回冬Hh) ×g

式中符号同上。

2.3.3. 3. 2 夏季自然风压H夏

式中符号同上。

2.3.4 巷道摩擦阻力系数计算

式中:Ri~i+1为巷道风阻 (Ns2/m8) , 其余符号意义同前。

标准巷道摩擦阻力系数计算公式:

式中:αs为巷道标准摩擦阻力系数 (Ns2/m4) , 其余符号意义同前。

2.3.5 矿井等级孔计算

式中:Q为矿井总回风量 (m3/s) , h为矿井总阻力 (Pa) 。

3 矿井通风阻力测定结果及阻力分布分析

3.1 矿井通风阻力测定结果

从该矿通风路线上的阻力分配比例看, 通风系统中存在采区进风段通风阻力所占比例较高, 实测矿井主测路线进风段阻力占总阻力的44.73%, 进风段阻力过高会造成矿井通风不畅、增加通风功耗, 同时对灾变时期的风流控制不利。经分析, 进风段阻力过高主要是由于个别巷道断面偏小、风量较大造成的结果, 如溜煤眼旁的行人通路巷道面积约4.9m2, 巷道倾角约为70°、1201工作面运输巷断面较小 (断面积在6.4m2~4.9m2之间, 且安装有运输皮带) 。

3.2 矿井阻力测定精度验算

检验方法有风量检验法和阻力检验法, 我们在此处采用阻力检验法进行主干线的阻力测定精度检验, 其检验公式为:

式中:ht为矿井总阻力 (Pa) , hs为主通风机风硐入口处测点的相对静压 (Pa) , hN为矿井自然风压 (Pa) , ρc为风硐测点的空气密度 (kg/m3) , υc为风硐测点的风速 (m/s) , ∑hr为主测路线各测段阻力之和 (Pa) 。

通过计算, 该矿主测路线各测段阻力之和∑hr=370.99Pa, 矿井主通风机入风口相对静压hs, 平均值为358.78Pa;计算该矿速压为26.97Pa, 矿井自然风压hN=39.53Pa;

矿井通风总阻力为:ht=358.78-26.97+39.53=371.34Pa

3.4 矿井等级孔计算

矿井主测路线通风阻力为370.99Pa, 总回风量为3028.92m3/min, 即50.48m3/s, 矿井等积孔的计算公式为:

4 结论

通过矿井通风阻力测定, 可以了解矿井阻力分布情况, 发现阻力较大区段和地点, 可以了解矿井风量的分配状况, 了解矿井通风能力和潜力。所以, 测定报告要对井巷的维修、通风设施的管理、风量的合理调配、通风阻力分布和风压消耗、降阻以及如何满足矿井的生产需要, 保证矿井通风系统经济、提出合理化建议。

摘要：测定矿井通风阻力, 主要来验证矿井通风系统可靠性和安全性;通过测定了解矿井通风总阻力、矿井阻力分布情况以及矿井等级孔等参数, 为矿井通风安全提供可靠技术支持。

关键词：暖泉煤矿,通风阻力,阻力分布,矿井等级孔

参考文献

[1]国家安全生产监督管理总局, 国家煤矿安全监察局.煤矿安全规程[S].煤炭工业出版社, 2011.

[2]MT/T 440-2008.矿井通风阻力测定方法[S].2010.

[3]AQ1028-2006.煤矿井工开采通风技术条件[S].2006.

矿井通风系统阻力的测定分析 篇4

伴随近年来煤炭产量的不断增加, 矿井的开采深度与开采范围也不断扩大, 地热、瓦斯等各种危险因素的影响使得矿井通风的重要性愈发突出, 如何实现通风阻力的有效降低, 提升井下通风效率成为所有煤矿工作的重中之重。本文借由对张家矿通风阻力的测定分析, 阐述了通风阻力测定的常规方法, 并通过结果分析对张家矿的通风优化予以指导。

1 矿井概述

张家矿井田范围共计3.52 km2, 矿井可采储量约1 200×104t, 矿井设计生产能力90×104t/a, 井田整体为对称的向斜构造, 其中向斜南翼为倾斜煤层, 煤层倾角12°~25°;向斜北翼为急倾斜煤层, 煤层倾角42°~65°。井田内共有可采煤层3层, 分别为2#、7#、11#, 三煤层均为高瓦斯煤层, 存在爆炸危险。目前矿井主采煤层为11#, 煤厚3.2 m~3.8 m。

矿井通风系统选用中央并列式, 抽出式通风, 地表风机房布设有型号为4-72-11No20B的风机, 配备120 k W电机, 一台运行, 一台备用。全矿为“主立井+暗斜井”开拓, 井下工作面采用长壁采煤法, 垮落法管理顶板。

2 井下通风阻力的测定分析

2.1 测定方法选择

这次张家矿通风阻力的测定选择基点法进行, 这种方法是指将2台气压计分别固定于井上和井下通风系统的某一点上, 前者间隔固定时间进行气压的测量与记录并用以对比调节井下气压;后者则沿设计的路线依次对各点气压值进行测录。式 (1) 为采用基点法测定两测点通风阻力的公式:

式 (1) 中, h12为两侧点间的通风阻力, Pa;K1, K2分别为2台气压计的校正系数;PR1, PR2分别为测量气压计在上、下风点所测的示数, mm H2O;PC1, PC2分别为基点气压计在测量气压计读数PR1时测得的气压指数, Pa;ρ1, ρ2分别为两侧点附近区域的空气密度, kg/m3;V1、V2分别为两侧点风速, m/s;Z1, Z2分别为前后测点的标高, m。

2.2 测定路线的选择

依据通风阻力测定路线选择原则并结合张家矿实际状况, 确定主测路线为:

西侧二水平大巷→二水平进风大巷→行人下山→-300北侧大巷→337石门→3292溜子道→3292工作面→3292材料运输巷道→-350溜煤下山→-425皮带机道→二水平皮带运输大巷→二水平回风大巷→回风立井[1]。

3 通风系统阻力测定结果分析

3.1 阻力测定结果

依据阻力测定计算得知张家矿通风阻力、自然风压及风硐速压分别为1 448.3 Pa、50.02 Pa、56 Pa。结合风机水柱计读数1 480 Pa, 可通过式 (2) 计算出矿井通风阻力的相对误差:

由计算结果可知测定路线上所测的阻力的相对误差不超过5%, 表明此次阻力测定所得结果可达到通风系统分析的精度要求, 能作为井下通风系统改良、优化的参考依据。

3.2 井下通风阻力分布分析

全矿通风系统依照风流的不同位置可划分为进风、用风及回风三段, 其中进风段为进风井至进风大巷;用风段为进风石门至回风石门;回风段为回风石门至回风井。图1所示为计算机处理后绘制处的井下通风测定路线阻力沿程分布状况, 图1中, 9、12、25为井下不同测点编号;表1为不同通风段的风阻百分比统计表。

通过对图1和表1的分析可知, 张家矿通风系统中回风段风阻占据通风阻力总值的58.12%, 用风段风阻占据通风阻力总值的13.78。这显示出井下风阻的分布存在一定的不当, 分析巷道百米阻力值可知不同通风段中回风段风阻最大, 用风段最小, 导致这一现象的发生主要是因为进回风线路过长且局部存在巷道断面过小、巷道日常保养维护状况不佳的现象。总体而言, 张家矿通风系统风阻分布存在不合理性, 有待进一步完善和改良[2]。

3.3 井下风量配给

结合张家矿井下风量汇总实测可知井下通风系统各用风点风量配给状况如表2所示。

自表2分析可见, 全矿井进风总量为38.64 m3/s, 井下通风系统中有效风量为32.44 m3/s, 其有效风量率为83.95%, 井下通风漏风率为16.05%。依据回风井回风总量及风井风机排风量运算可知风井外部漏风率为3.09%;《矿井安全规程》规定:装配有通风机的井口应密封, 其外部漏风率在无提升设备时应小于5%。因此, 张家矿外部漏风率符合安全规程相关规定[3,4]。

4 井下通风中存在的不足与应对措施

依据对张家矿通风阻力测定数据的分析处理及测量路线阻力分布可得出下述结论:a) 回风通道中的二水平皮带巷与二水平回风巷, 其风阻值占据测定路线总阻值的35%, 这表明两巷道的维护工作有待改善;b) 西侧回风大巷、西拾大巷、237轨道下山中回风阻力均相对较大, 这些区域的通风阻力应引起重视;c) 检测中发现部分风门与密闭墙的质量欠佳, 存在严重的漏风现象。

针对上述几点不足, 可通过下述措施予以应对:a) 进一步提升巷道维护质量, 确保巷道原有断面面积的同时对井下巷道中堆放的杂物进行及时清除, 避免由此造成的通风局部阻力;b) 对回风巷道中局部断面不足的区段开展扩巷作业, 其中二水平回风巷道与西侧回风巷道的断面面积分别为4.5 m2和5.1 m2, 可将两者均扩大至7 m2, 如此一来可实现回风巷道中通风阻力的显著降低, 进而实现全矿井通风阻力的降低。同时, 为进一步降低井下巷道风阻, 进行开拓巷道设计时应尽量选择断面积较大的单体巷道模式, 不要选择小断面的多巷道并联模式, 这既有助于提升通风安全性又有助于降低成本;c) 针对巷道中部分地区存在风门漏风、风路串联的现象, 矿方应进一步完善通风管理制度, 安排专人定期对全矿井通风系统进行详实检验, 及时发现潜在的风险因素并予以消除, 以确保风道的始终畅通[5,6]。

5 结语

井下通风作为保障井下生产作业安全持续开展的必要手段, 一直是煤矿管理工作的核心要点之一。而通风阻力作为影响井巷通风有效性的主要因素, 长期以来一直严重威胁着井下生产作业的安全性。针对井巷通风阻力开展深入研究, 通过有效的测定手段, 明确矿井通风系统中的不足之处, 并采取针对性措施, 既有助于井巷风阻的降低, 更有助于降低通风能耗, 促进企业社会效益与经济效益的双赢。

参考文献

[1]王玉和, 张普, 陈文国, 等.气压计基点法在矿井通风阻力测定中的应用[J].煤炭技术, 2015 (3) :196-199.

[2]李雨成, 刘天奇, 周洋, 等.基于风量反演风阻的节点压能解析方法[J].煤炭学报, 2015 (5) :1076-1080.

[3]张长远.海天煤业通风阻力测定及分析[J].煤炭技术, 2015 (8) :189-191.

[4]贺帅, 彭世超, 陈立, 等.郭二庄煤矿通风阻力测定与分析[J].煤炭与化工, 2014 (2) :36-38.

[5]曹永发, 刘贞堂, 于文佳, 等.上深涧煤矿通风系统阻力测定及其探讨[J].煤炭技术, 2014 (6) :84-86.

阻力测定 篇5

一般单桩极限侧摩阻力值qsik及桩端极限阻力值qpk是由工勘报告提供的。它是通过室内土工试验、原位测试数据,根据查规范中相应的承载力表并结合地区经验后确定的,因此有很大的经验性。而通过静载荷试验辅以可靠的测试手段测定的qsik,qpk,较精确可靠,从而可为设计提供更可靠的设计参数,更好地服务于工程建设本身。

1 静载荷试验方法

1.1 测量元器件埋设

桩侧极限摩阻力qsik及桩端极限阻力qpk的测定是根据桩的荷载传递机理,在桩身的各主要岩土层分界面和桩端处埋设应力应变计及压力传感器,在不同的荷载下读取相应的值。同时在桩身中埋设PVC管以测定桩端沉降。

1.2 单桩竖向极限承载力取值

单桩竖向极限承载力确定可由以下几种方法进行取值:Q—S曲线法、S—logt曲线法、S—logQ曲线法、Sb—logQ曲线法及S=50 mm对应的荷载。若桩未处于极限状态,则可通过上述曲线间的关系来推算桩的极限承载力。

2 测试计算方法

2.1 绘制应力应变曲线

通过以上测量元器件所读取的数据,经有关修正以后,可以得出各级荷载下标定面处的轴向应变值和对应的应力计算值,连接并绘制成轴向应力(б)和应变(ε)间的关系曲线。根据两者曲线间的关系,通过拟合,就可以精确地计算出各截面的轴力。

2.2 截面轴力计算

各截面轴力计算可按下式进行计算:

其中,Qi,j为第i截面在第j级荷载作用下的轴力;бi,j为第i截面在第j级荷载作用下的应力;A为桩身平均横截面面积。

2.3 桩身极限摩阻力计算

据各截面的桩身轴力可以计算各岩土层平均极限摩阻力(qsik),计算公式如下:

其中,Si为第i(第i岩土层)桩的侧表面积。一般计算中取Qi,j-Qi+1,j最大者进行计算,即:

2.4 桩端极限阻力计算

根据桩的荷载传递机理,随着荷载的增加,桩端分担的荷载将越来越大。在桩处于极限状态下,桩侧极限摩阻力及桩端极限阻力同时处于极限状态。即:

其中,Quk为单桩竖向极限承载力标准值;Qsk为桩侧总极限摩阻力标准值;Qpk为桩端极限阻力标准。

由式(4)可求得Qpk或通过埋设在桩端的压力盒直接读取。

2.5 与工勘提供的qsik,qpk对比

同一条件下,如桩型相同、施工质量得到保证的情况下,由静载荷试验测定的qsik,qpk与工勘提供的qsik,qpk是存在差异的。一般成孔过程中无法避免会扰动岩土层,从而改变了原来的应力状态,其影响程度有多大,这是岩土工程师们难以确定的。而由静载荷试验测定的qsik,qpk能较精确地反映这种应力状态的改变。

3 工程实例

3.1 工程概况

杭金衢高速公路系浙江省重点交通工程,是连接杭—金华—衢州的重要交通枢纽。金华、衢州沿线广泛分布一套紫红色砂砾碎屑岩。为确保工程质量,优化桥梁桩基设计提供可靠的实测资料,在一勘察孔处专门设计一根试桩。为确保试验资料的真实可靠,试桩采用成孔质量易保证的人工挖孔工艺,设计桩径1 200 mm,桩长10.30 m,设计承载力6 623 kN。试桩埋置的应力传感器位置及所处的工勘资料见表1。

试桩采用平台堆重加载装置,堆重13 000 kN,试验最大荷载11 700 kN,总沉降量为29.20 mm,最后两级沉降量比为1.62,残余沉降量21.42 mm,回弹率为26.64%。由Q—S,S—logt曲线可以看出:Q—S曲线属缓变型,第一拐点不明显;S—logt曲线级间沉降距与荷载量增加成正相关,沉降随时间的变化斜率也逐渐增大,但曲线尾部未出现明显下弯。根据极限承载力判别标准,试桩在最大荷载11 700 kN作用下尚未达到极限承载力。若按Q—S曲线间存在着双曲线关系推算,其极限承载力约为13 560 kN。

3.2 试桩的有关计算

3.2.1 试桩轴力分布计算及分析

由钢筋应力计、土压力盒现场读取的频率值计算бi,j,其由两部分组成,一部分是钢筋计应力бg;另一部分是混凝土应力бc。二者计算式如下:

其中,Kб为应力灵敏度,10-5 MPa/Hz2;fo,fi分别为初始与荷载作用下的频率值,Hz;Ec,Eg均为混凝土钢筋弹性模量,103 MPa。

再由式(1)计算Qi,j,计算结果见表2。

试桩轴力曲线束分布较均匀,收敛部较宽,11 700 kN时桩端阻力为2 679 kN,仅占测试荷载的23.05%,也只占设计端阻力的44.5%,可见端阻力尚有发挥的余地。

3.2.2 极限摩阻力qsik及极限端阻力qpk的确定

由式(1),式(2)计算得qsik见表3。

计算得桩基持力层弱风化泥质粉砂岩极限端阻力qpk=4 560 kPa。

3.3 与工勘提供的qsik,qpk对比分析

很明显,二者之间存在差别,实测qsik大很多。

根据实测资料分析,可能是桩土之间存在承挤压力。众所周知,桩作为荷载传递杆件,在纵向产生压缩的同时,横向会产生侧胀,对桩周土产生挤压。这种挤压会造成桩侧摩阻力大大增加,这是工勘资料无法预测的。本桩极限端阻力qpk存在偏差的原因是试桩未达到极限承载力,因此无法正确计算其值。

4 结语

静载荷试验确定桩极限摩阻力qsik及极限端阻力qpk对具体建设工程具有实际的现实意义,特别是对比较大的工程更有必要性;对确保工程质量、优化设计更有其突出的作用。

摘要：根据静载荷试验原理,通过在桩身中埋置测量元器件来测定应力应变值,经过计算确定桩侧极限摩阻力qsik,并结合工程实例,对照工勘报告中提供的qsik,qpk,分析了两者之间存在差异的原因,进而提出静载荷试验测定桩侧摩阻力及端阻力在实际工作应用中的必要性。

关键词：静载荷试验,桩身轴力,桩侧极限摩阻力,桩端极限阻力

参考文献

[1]JG 94-94,建筑桩基技术规范[S].

[2]王振科.桩的抗拔稳定性分析与研究[J].山西建筑,2008,34(2):110-111.

[3]刘金砺.桩基础设计与计算[M].北京:中国建筑工业出版社,1990.

王行庄煤矿通风阻力测定分析 篇6

河南新能开发有限公司王行庄煤矿矿井年设计生产能力为120万t, 采用主井、副井、回风井三条立井布置, 井口标高+173m, 井筒落底于-293m水平, 井筒深度466m, -293m水平以上采用上山开采, -293m以下水平, 采用下山开采, 主要可采煤层为21、22, 煤层, 工业储量3.43亿吨, 可采储量1.88亿吨。其中21煤层工业储量2.97亿吨, 可采储量1.64亿吨, 占全井田储量的76%, 平均煤厚7.07m, 煤层倾角小于15°。22煤层工业储量0.46亿吨, 可采储量0.43亿吨, 平均煤厚1.33m, 煤层倾角12°～15°。矿井设计服务年限87.6年。矿井采用中央并列抽出法通风方式, 主、副井进风, 风井回风, 对掘进工作面需配备局部通风机及其装备特作如下说明:

(按双风机自动倒台配备) 30×2kW局部通风机11台;15×2kW局部通风机4台;30kW对旋铁质分风器6个;15kW对旋铁质或软质分风器3个;与之配套型号的真空开关, 即一个掘进工作面按双风机自动倒台计算, 2台真空断路开关, 2台倒台开关, 2台启动开关。按6个掘进工作面设备进行配备, 由机电科按设备型号配备;风筒直径1000mm节 10m/节;风筒直径800mm 节 10m/节;风筒直径600mm 节 10m/节。

说明:使用30 KW×2对旋风机前200米购置为加强型风筒。

2行庄煤矿通风阻力测定

2.1参数计算

一、空气密度计算

$\text{ρ}=0.003458\frac{\text{Ρ}}{273+\text{t}}(1-\frac{0.378\text{φ}\text{Ρ}{}_{\text{s}}}{\text{Ρ}})$ (2-1)

二、测段风量计算

在同一测段中, 若风路中间无分岔, 两个测点的平均风量计算, 即:

$\text{Q}{}_{\text{i}\text{f}}=\frac{1}{3}(\text{Q}{}_1+\text{Q}{}_2+\text{Q}{}_3)$ (2-2)

三、测段平均断面积及周长的计算

$\text{U}=\text{C}\sqrt{\text{S}}$

四、通风阻力计算

$\text{h}{}_{\text{r}\text{A}\text{B}}=\frac{\text{Κ}{}_2(\text{Ρ}{}_1-\text{Ρ}{}_2)-\text{Κ}{}_2(\text{Ρ}{}_{01}-\text{Ρ}{}_{02})+1}{2(\text{ρ}{}_1\text{V}{}_1^2-\text{ρ}{}_2\text{V}{}_2^2)+\text{ρ}{}_{1-2}\text{g}(\text{Ζ}{}_1-\text{Ζ}{}_2)}$ (2-3)

式中:hrAB——测点A与B间的通风阻力, Pa;

P1, P2——井下测量气压计在巷道内沿风流方向的始、末测点压力读值, Pa;

P01, P02——读取PI及P2压力值时, 基点校正气压计的相应读值, Pa;

K1, K2——井下测量用气压计与基点校正气压计的仪器校正系数;

V1, V2——始、末测点处的平均风速, m/s;

ρ1, ρ2——始、末测点的空气密度, kg/m3;

Z1, Z2——始末测点的标高, m;

ρ1-2——始末测点的空气平均密度, kg/m3;

$\frac{\text{ρ}{}_1\text{v}{}_1^2}{2}‚\frac{\text{p}{}_2\text{v}{}_2^2}{2}$;——风流断面1, 2处断面的平均速压。

五、测段风阻计算

$\text{R}{}_{\text{A}\text{B}}(100)=\frac{\text{h}{}_{\text{r}\text{A}\text{B}}}{\text{Q}{}_{\text{A}\text{B}}{}^2}$ (2-4)

六、测段百米风阻的计算

$\text{R}{}_{\text{A}\text{B}}(100)=\frac{100\text{R}{}_{\text{A}\text{B}}}{\text{L}}$ (2-5)

式中L——测段长度, m

七、摩擦阻力系数a的计算

$\text{α}{}_{\text{A}\text{B}}=\frac{\text{R}{}_{\text{A}\text{B}}\text{S}{}_{\text{A}\text{B}}^3}{\text{L}{}_{\text{A}\text{B}}\text{U}{}_{\text{A}\text{B}}}$ (2-6)

八、自然风压的计算

按式 (2-4) 计算。

HN=∫${}_0^2$ρ1gdz-∫${}_3^5$ρ2gdz(2-7)

式中:Z ——矿井最高至最低水平的距离, m;

g ——重力加速度, m/s2 ρ1, ρ2——分别为井巷中dz段空气密度, ㎏/m3

2.2通风阻力测定结果分析与建议

一、通风阻力测定评价

实测矿井通风总阻力:

h阻测=∑h阻AB (2-8)

主测路线实测阻力的相对误差:

Δh1= (h阻1-h阻测) ×100% (2-9)

本矿为抽出式通风, 根据矿井通风阻力与风机装置压力关系, 由风机房水柱计读数推算的矿井通风阻力h阻j为:

h阻1=HS+HN=hs2-hv2+HN (2-10)

式中:HS——风机装置静压, Pa;

HN——矿井自然风压, Pa;

hs2——风机房静压仪读数, Pa;

hv2——风峒中传压管处断面上的速压, Pa;

风井运行主要通风机的U形水柱计读数为:940.0Pa。由矿井通风阻力测定汇总表得主测线路的基本情况:

h阻测=∑h1-2-3-……-6-7-……-12-13=911.1Pa

hv2=197.1Pa

HN=∑hN1-2-3-……-6-7-……-12-13=120.6Pa

从上述测定结果可以看出, 主测路线的阻力测定误差为:4.38% <5%。

$\text{Δ}\text{h}{}_{\text{Ι}}=\left|\frac{872.9-911.1}{872.9}\right|\times 100\%=4.38\%$

2.3井等积孔与总风阻

由矿井等积孔计算公式:

$\text{A}=1.19\frac{\text{Q}}{\sqrt{\text{h}}}$ (2-11)

$\begin{array}{l}\text{R}=\frac{\text{h}}{\text{Q}{}^2}(2-12)\\ \text{A}=1.19\frac{\text{Q}}{\sqrt{\text{h}}}=1.19\frac{124.83}{\sqrt{911.1}}=4.92\text{m}{}^2\end{array}$

王行庄煤矿矿井担负通风系统的风阻为:

$\text{R}=\frac{\text{h}}{\text{Q}{}^2}=\frac{911.1}{124.74{}^2}=0.0586\text{n}\text{s}{}^2/\text{m}{}^8$

从矿井等积孔和矿井总风阻来看, 新郑市王行庄煤矿的通风系统难易程度为容易。

3 结论

一、 阻力测定结果的相对误差为4.38%, 能够满足通风系统优化和通风设计及工程应用的精度。

二、从阻力分布情况来看, 矿井三段 (进风段、用风段、回风段) 通风阻力分别占总阻力的22.32%、49.66%、28.02%, 基本合理。

三、矿井等积孔为4.92m2, 风阻为0.0586N·S2/m8, 通风难易程度为容易。

四、矿井通风总阻力为911.1Pa, 总进风量7357.2m3/min, 总回风量为7484.4m3/min。有效风量率为95.81%, 外部漏风率为2.93%, 符合《规程》要求。

摘要：依据测定结果, 对王行庄煤矿通风系统进行了合理分析。通过对测定数据的整理分析, 揭示了矿井通风阻力分布的状况, 并对矿井通风系统阻力状况进行了分析, 为矿井通风系统优化提供了可靠的基础依据。

关键词：矿井通风系统,阻力,基点法,等积孔,风量,回风

参考文献

[1]程根银, 等.晋普山煤矿通风系统阻力测定与分析[J].中国安全科学学报, 2005, 09.

长广七矿通风阻力测定及分析 篇7

关键词：通风阻力,矿井,安全管理

1 引言

长广七矿是浙江省长广集团(有限)公司下属的一座小型煤矿,距安徽省广德县35km,距浙江省长兴县42km。矿井设计能力0.45Mt/a,1988年建成投产,2004年核定生产能力0.16Mt/a。矿井主采龙潭系C煤层,该煤层赋存极不稳定、地质构造复杂,经常出现鸡窝状构造,断层纵横交错。矿井采用主副立井、水平大巷、集中上下山开拓布置。现开采水平为-850m水平,开采深度超过1000m。通风系统采用中央并列与南翼对角混合式通风方式,抽出式通风。矿井绝对瓦斯涌出量12.51m3/min,相对瓦斯涌出量56.82m3/t,该矿属于高瓦斯矿井,煤尘具有爆炸危险性,自燃发火等级为Ⅰ级。

矿井通风阻力测定是矿井通风安全管理工作的重要内容之一。因此,《煤矿安全规程》第119条规定:新井投产前必须进行一次矿井通风阻力测定,以后每3年至少进行一次。通过对全矿井通风阻力的测定和系统分析,可以了解矿井通风系统的阻力分布和风量分配情况,发现阻力异常的地段和漏风严重的区域,为矿井的通风管理提供科学的依据和基础数据。通风阻力测定获得的结果对于矿井通风系统的调整也是不可缺少的基础数据。长广七矿是一个地质构造复杂、开采难度大的千米高温深井,为了保证矿井的安全生产,将对该矿包括通风系统在内的矿井主要生产系统进行全面的技术改造。为了给该矿的技术改造提供必要的技术资料,有必要对该矿的通风系统进行全矿井通风阻力测定并进行全面的系统分析。

2 通风阻力测定

2.1 测风方法及原理

矿井通风阻力测定根据测定的目的、测定要求以及所用仪器的不同,常常采用气压计和压差计两种方法。本次测定采用气压计基点法。其具体做法是:将一台气压计留在基点(通常放置在进风井口附近),以钟表的整5分钟开始为基准,并以5分钟为间隔,记录气压计读数,用来监测地面大气压力的变化,以便对井下的气压计读数值进行校正。另一台气压计沿预定的路线,携带至测点,待仪器稳定后读取气压计的读数和读取的时间(其读数时间也要求是钟表的整5分钟,以便尽可能地消除地面大气压变化给井下测算值带来的误差)。同时,测定测段内的巷道断面、风速、干球温度等参数。依据通风阻力定律,该测段的通风阻力可按下列公式计算[1,2,3,4]:

undefined

式中:hi-j——测定段的通风阻力,Pa;

K,k—— 基点与测点气压计校正系数;

Hi,Hj—— 测定i,j测点时基点的大气压力值,Pa;

hi,hj—— 测点i,j的大气压力值,Pa;

zi,zj—— 测点的标高,m;

ρi,ρj—— 测点的空气密度,kg/m3;

vi,vj ——测点的风速,m/s;

g—— 重力加速度,9.8m/s2;

ρi-j—— 测点的空气平均密度,kg/m3。

通风系统的总阻力(即矿井通风总阻力)等于该系统从进风井口到出风井口间,沿任一风流路线各测段通风阻力之和,即:

undefined

式中:hr——矿井通风实测总阻力,Pa。

2.2 测点及侧线的选择与布置

测定路线沿矿井通风线路长、通过风量大的主干线路布置。测点布置的通常原则是按照分风点和汇风点选择,但对风量变化不大、距离相近巷道,由于对阻力影响不大,可以进行必要的合并和简化。此外,还要考虑风门等通风设施的影响。测定路线的选择原则如下[5]:

(1)在所有并联风路中,应选择风量较大且通过回采工作面的风流风路作为测定路线;

(2)选择路线较长且包含有较多井巷类型和支护形式的线路作为测定路线;

(3)选择沿主风流方向且便于测定工作顺利进行的线路作为测定路线;

(4)测风点的速度场分布均匀,断面规则,离局部阻力物的距离要求是:之前3~4倍巷宽,之后8~12倍巷宽,巷道壁面较粗糙时,距离可适当缩短;

(5)测压点应设在可以查出标高的地点,一般布置在巷道交叉处;

根据上述原则,结合七矿实际,选取了有代表性的南翼和北翼两条测线作为主要测定线路。

2.3 测定仪器

实测之前,所用测定中涉及的仪器、仪表都经过了严格的检验,所需的仪器、仪表和用品如表1所示。

2.4 通风参数测定与计算

在获取了所有测点的测定原始数据后,首先对JY-2型矿井通风参数测定仪、风表等仪器的读数进行校正,然后按下述步骤计算各项参数。

(1)计算测点空气密度

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式中:Pi——测点i的大气压力校正值,Pa;

td—— 测点i空气的干温度,℃;

φi—— 测点i空气的相对湿度,%;

Pvi—— 空气干温度下的饱和水蒸气压力,Pa。

(2)计算测点速压hvi

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式中:vi——测点i断面上的平均风速,m/s;

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V表—— 表读数,m/s;

a、b—— 常数;

k—— 测风方法校正系数。

(3)核查和推算测点标高zi

选择的测点标高绝大多数可以从地质资料直接查找获得,个别测点的标高,由地测人员根据标高控制的基点标高推算出,所给出的标高均为底板标高。

(4)巷道几何参数的获取

巷道断面积、周长的计算如表2所示。

注:HL——巷道净高,m;h——为巷道拱基高,m;BL——巷道中心宽度,m;R——圆半径,m;π——圆周率,取3.142。

以上参数均以实测为准,巷道长度、标高由地质测定资料查找获得。如果所计算的巷道内有胶带运输机,则巷道面积等于计算面积减去0.5m2,如果有风筒则减去0.3m2,另外各断面要减去测风员所占面积0.4m2。

(5)矿井漏风率

如果通风机的工作风量为Qf,则:

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式中:Qef——矿井有效风量,m3/min,即独立回风的用风地点实际得到的风量总和;

Qtl—— 矿井的总漏风量,m3/min。

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式中:Qel——矿井的外部漏风量,m3/min;

Qil—— 矿井的内部漏风量,m3/min。

矿井的外部漏风率为Le:

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矿井的内部漏风率为Li:

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矿井的有效风量率为Ef:

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3 测定结果及分析

通过对巷道实测数据进行整理,经计算,得到矿井总体阻力及其分布情况,如表3所示。

通过对进回风和有效风量进行计算,得到矿井漏风情况,如表4所示。

根据上述测定结果及测定得到的原始数据,对该矿的通风能力及阻力分布进行分析,得出以下主要结论:

(1)矿井总进风量为4850.81m3,矿井总风量偏小。有些巷道风速太低,甚至处于无风状态,对于像七矿这样的具有多种危险源的高瓦斯、高温深井,很不安全。造成这种情况的主要原因是矿井主要通风机的能力有限、井巷断面较小、阻力较大。因此,有必要对矿井通风系统进行必要的改造和调整,需要更换主要通风机,在确定主要通风机能力的时候,除了考虑到通风、瓦斯涌出等因素外,考虑到该矿井是高温矿井,风机的能力应该留有一定的余地。同时,对主要通风巷道需进行必要的改造。

(2)由表3可知北翼测定线路所测总通风阻力是2883.785Pa,其进风段、用风段和回风段的通风阻力分别为947.615Pa(占总阻力的32.86%)、95.0474Pa(占总阻力的3.2959%)和1841.122Pa(占总阻力的63.843%)。由此可见北翼线路中回风段的阻力占有较大的比列。经分析和现场勘察,造成此种情况的主要原因是其回风段的巷道断面偏小,受地压的影响支护破坏比较严重。因此,在安全整改中应该对北翼的重要回风巷道进行必要的整修。

(3)从表4中可以看出,矿井内外部漏风率均偏大,从而导致总漏风率偏大。造成这种现象的主要原因是由于矿井采掘工作面比较少,特别是采煤工作面少,主要的风流是用于巷道的掘进和其他用风地点,这样就必然要设置一定数量的通风设施,而通风设施增多,导致漏风率增大。在进行技术改造中应该对有关的通风设施进行必要的整修,对于风井附近的通风设施进行重点的修复,以便提高矿井的有效风量。

(4)由于受地质条件的限制,该矿的采煤工作面普遍较小、产量不高、服务年限短。这样必然需要开掘比地质条件好的矿井多的巷道,在有些巷道废弃以后,这些巷道的密封必须引起高度重视的。如果密封不及时或者工程质量不好,一方面会造成矿井有效风量率的降低,更为严重的是有可能引发矿井内因火灾的发生。由此,应该对矿井的各个密闭地点进行排查,及时密封有漏风的地点。

参考文献

[1]黄显东,刘志梅,陈世龙等.矿井通风阻力测定方法及应用[J].煤矿安全2004,35(8):13~15.Huang Xian-dong,Liu Zhi-mei,Cheng Shi-long,et al.Methods and Applications of Resistance in VentilationSystem of Coal Mine[J].Safety in coal mines,2004,Vol.35,No.8,13~15.

[2]樊九林,朱高平.通风阻力测定与分析[J].煤炭科技,2006,1,54~55.Fan Jiu-lin,Zhu Gao-ping.Measurement and Analysis ofResistance in Ventilation System of Coal Mine[J].Coalscience&technology magazine,2006,No.1,54~55.

[3]郭东相,韩玉春.李雅庄矿通风阻力测定及系统分析[J].华北科技学院学报,2004,1(3):4~6.Guo Dong-xiang,Han Yu-chun.Measurement and Analy-sis of Resistance in Ventilation System of Liyazhuang CoalMine[J].Journal of north China institute of science andtechnology.2004,Vol.1,No.3:4~6.

[4]程根银,朱锴,石建军等.晋普山煤矿通风系统阻力测定与分析[J].中国安全科学学报,2005,15(9):67~72.Cheng Gen-yin,Zhu Kai,Shi Jian-jun,et al.Measure-ment and Analysis of Resistance in Ventilation System ofJinpushan Coal Mine[J].China Safety Science Journal.2005,Vol.15,No.9:67~72.

阻力测定 篇8

关键词：矿井通风,阻力测定,压差计,四台矿

矿井通风阻力测定是矿山通风与安全技术管理工作的重要内容之一, 是获取实际井巷风阻和矿井阻力分布的唯一手段, 是进行矿井通风系统优化和改造的基础工作[1,2,3,4,5,6,7]。《煤矿安全规程》 ( 2012 版) 第119 条规定: 新井投产前应进行1 次矿井通风阻力测定, 以后每3 年至少进行1 次; 在矿井转入新水平或改变一翼通风系统后, 都必须重新进行矿井通风阻力测定。通过阻力测定不仅可以了解矿井通风系统现状 ( 阻力分布状况、通风功耗情况和风机运行工况等) , 实现矿井通风的科学管理, 而且为矿井通风系统调整、优化以及各项安全技术措施的制订与实施提供了可靠的技术基础资料。

1 矿井概况

四台矿隶属于同煤集团, 于1984 年正式动工兴建, 1991 年12 月13 日建成投产, 是国家“七五”建设重点工程之一。矿井井田南北长12 km, 东西宽7km, 井田面积约65. 4 km2, 矿井设计生产能力500万t/a。2012 年瓦斯等级鉴定绝对瓦斯涌出量为46. 48 m3/ min, 为高瓦斯矿井。煤层自然发火期为6 个月, 煤尘爆炸性指数为30% 。

矿井地质储量6. 26 亿t, 可采储量3. 6 亿t, 井田内共赋存上下两大煤系, 即侏罗纪煤系和石炭二叠纪煤系。历年累计采出资源储量1 809. 7 万t, 动用资源储量为2 399. 8 万t, 损失资源储量为590. 1万t。资源采出率75. 4% 。

四台矿采用斜井 ( 1 主1 副) 立井混合式开拓方式, 井田内设1 个水平开采全部煤层。井田现划分为303、307、402、404、408、410、412 共7 个盘区 ( 其中303 盘区已结束回采) , 各盘区均采用斜井绞车配合小绞车或连续牵引车形成辅助运输系统, 盘区胶带巷铺设胶带输送机与1045 胶带大巷连通形成运输系统。

矿井通风方式为分区式通风。整个矿井共有15 个井筒, 其中主斜井、副斜井、副立井、杨树湾回风斜井 ( 风机已拆除, 现为进风井) 、前窑进风斜井、后所沟进风斜井、杨树湾进风斜井、马家村进风斜井和412 进风斜井共9 个进风井, 二台村回风斜井、黄土坡回风斜井、前窑回风斜井、后所沟回风斜井、马家村回风斜井、412 回风斜井共6 个回风井。四台矿布置1045 轨道大巷、胶带大巷贯穿整个矿井, 各盘区通过石门及暗斜井与1045 大巷沟通。1045 水平大巷风向从南到北, 107 轨道石门风向汇合到12#层307 层材料斜井底, 107 胶带石门风向汇合到14#层307 辅胶带巷口。

各盘区的通风系统: 采用三巷布置, 即盘区轨道巷、胶带巷、回风巷, 回风巷为专用回风巷。各掘进工作面都有各自回风绕道, 回采工作面设风门、风桥、调节等通风设施均形成分区通风系统, 盘区内各硐室均为分区通风。

四台矿各进风井名称、风量、服务范围见表1, 各主要通风机名称、型号、运行角度、风量、负压、功率、服务盘区等参数见表2。

2 测定方法及测定方案设计

2. 1 测定原理与方法

2. 1. 1 压差计法测定原理

矿井通风阻力测定的常用方法有压差计法和气压计法2 种。此方案采用压差计法测量矿井通风阻力, 压差计测量方法在铺设胶皮管的工作量大, 费时较多, 但在测定过程中无需测点标高, 测量精度高, 数据整理也较简单。

压差计法测定基本原理: 用倾斜压差计测出测段前后两测点间的静压差和位压差, 用精密气压计测量出测段前后两测点的绝对静压, 同时测量测段内巷道风速、断面、干湿温度等参数, 从而计算出两测点间的通风阻力。

用式 ( 1) 计算两测点间的压差hij:

式中, hij为两测点间压力差; k为倾斜压差计系数; L为倾斜压差计读数; g为重力加速度。

两测点间摩擦阻力和局部阻力均按式 ( 2) 计算:

式中, hrij为两测点间的通风阻力; hvi为测点i的动压值; hvj为测点j的动压值。

2. 1. 2 仪器及仪表

根据压差计法测定标准要求, 需要准备的主要测试仪器仪表名称、型号见表3。

2. 1. 3 测量操作程序

测定顺序可以从进风到回风, 也可以从回风到进风逐段进行。在平巷和倾斜巷道测量时, 测量的具体操作程序如下。

( 1) 风压测量。从测点1 开始, 在测点1、测点2两处各设置一个皮托管, 一般在测点2 的下风侧6~ 8 m处安设倾斜压差计。皮托管应设置在风流稳定的地点, 正对风流。倾斜压差计应靠近巷道壁, 安设平稳, 调零或记下初读数。橡胶管要防止折叠和被水、污物等堵塞, 待橡胶管内的空气温度等于巷道内的空气温度后, 将两个橡胶管连接在倾斜压差计上, 待倾斜压差计液面稳定后读数, 并记录。测点1、测点2 测完后, 倾斜压差计可以不动, 进行测点2、测点3 间的测量。依次按测点的顺序进行测量, 直至巷道测完为止。测量顺序可按顺风流进行, 也可按逆风流方向进行。

( 2) 风速测量。用风表测量风速, 需测量3 次, 计算其平均值作为该测点的风速值填入表中。

( 3) 大气物理参数测量。用精密气压计测量大气压力, 用通风干湿球温度计测量空气的干球温度和湿球温度, 并填入表中。

( 4) 巷道断面测量。按测风点的巷道断面形状, 用皮尺进行测量, 并填入表中。

( 5) 测点间距测量。用皮尺量取两测点间的距离, 并填入表中。

2. 2 测定方案设计

2. 2. 1 测点布置

选择测点的条件是由这些测点构成的风网应能反映矿井巷道系统的实际状况, 两测点之间不宜太近, 否则难以准确测定两测点之间的阻力。井下测点要做出明显的编号标记。

为了取得可靠的测定数据, 在测定路线的风流分岔点之前或后及局部阻力大的地点前后均布置了测点, 测点位置选择在巷道支护完好、断面规整、前后无杂物、风流稳定的断面内。

2. 2. 2 测定路线

根据山西大同煤矿集团有限责任公司四台矿的具体情况, 经过分析确定出以下8 条测定路线: ①14#8719 工作面通风路线; ②12#8706 备采面通风路线; ③12#8027 工作面通风路线; ④14#8221 工作面通风路线; ⑤14#81216 备采面通风路线; ⑥14#81017工作面通风路线; ⑦14-3#81029 备采面通风路线; ⑧14#81103 工作面通风路线。

2. 3 人员组织分工

( 1) 铺设胶皮管小组。任务是在两测点间铺设胶皮管并在其中不安设仪器 ( 压差计) 的测点安设静压管。

( 2) 测压组。任务是安装压差计和静压管, 并把来自2 个测点的胶皮管与仪器连接起来, 读数并记录。

( 3) 其他参数测量小组。任务是测量测段长度、测点的断面积、测点所在断面的平均风速和大气参数。

3 误差计算分析

由于测定仪器本身的精度及环境等因素的影响, 测定误差的产生是难免的, 但是只要测定误差在一定范围内, 则测定结果是可靠的。测定期间马家村回风斜井风机负压为1 900 Pa, 风硐平均动压为34. 92 Pa; 黄土坡回风斜井风机负压为2 450 Pa, 风硐平均动压为23. 77 Pa; 南山回斜风井风机负压为1 650 Pa, 风硐平均动压为36. 61 Pa; 412 回风斜井风机负压为2 000 Pa, 风硐平均动压为106. 50 Pa, 结合各测定路线的自然风压, 计算出的矿井各系统实际通风阻力及测定误差见表4。

根据表4 误差计算, 可总结出测定误差由以下原因引起: ①在测定过程中, 风门开启是引起测定误差的主要原因; ②个别测点风流不稳, 气压读数波动较大, 造成读数误差; ③在测风期间有巷道贯通。

4 矿井风阻测定结论

将各测定线路通风阻力数据处理结果汇总, 并计算总风阻、等积孔结果 ( 表5) 。

由表5 数据可知, 四台矿各风井担负系统的矿井通风难易程度属容易; 另计算得四台矿全矿总风阻为0. 004 N·s2/ m8, 全矿总等积孔为18. 805 4 m2, 可知四台矿全矿的矿井通风难易程度属容易。

根据AQ1028—2006《煤矿井工开采通风技术条件》, 马家村回风井总回风量为6 583 m3/ min, 实测通风系统阻力为1 887. 76, 1 783. 97 Pa; 矿井通风系统黄土坡回风井总回风量为5 700 m3/ min, 实测通风系统阻力为2 426. 55, 2 448. 61 Pa; 矿井通风系统412 回风斜井总回风量为11 505. 78 m3/ min, 实测通风系统阻力为1 892. 97, 1 939. 14 Pa; 矿井通风系统南山回风井总回风量为6 674 m3/ min, 实测通风系统阻力为1 616. 12, 1 509. 80 Pa。以上实测通风系统阻力均符合要求。

5 建议

( 1) 从矿井通风阻力的实测结果可知, 矿井通风阻力分布基本合理, 部分回风巷道失修老化, 应注意维护进回风巷道的断面和支护状况, 减小进回风段的通风阻力, 建议将某些巷道内材料堆积加以整理, 尽量不形成通风瓶颈。

( 2) 建议对全矿通风系统进行详细调查, 封闭不需要的贯眼或硐室, 减少风门或密闭的漏风, 对产生局部阻力的地点进行优化处理。

( 3) 经14#8719 工作面路线的部分回风巷道粉尘很大, 应加强粉尘治理。

( 4) 部分回风巷道顶板垮落严重, 巷道严重变形, 建议及时维护清理巷道, 并对风量大、断面小的地点进行扩刷, 以降低阻力。

( 5) 矿井通风系统图应随着矿井采掘生产作业的推进、采掘作业区域的更替及矿井通风设施的调整及时更新, 尤其是通风设施布置发生变化时, 应及时在图上加以修改, 以便准确反映矿井通风系统的动态变化情况。

参考文献

[1]程磊, 党海波, 彭信山.矿井通风网络分析研究现状及趋势[J].煤炭工程, 2011, 25 (3) :14-18.

[2]华宁, 陈喜山, 曹娥, 等.矿井通风网络解算软件研究综述[J].青岛理工大学学报, 2011, 32 (1) :33-35.

[3]王德明.基于面向对象技术开发的矿井通风图形系统[J].煤炭学报, 2000, 25 (5) :26-29.

[4]黄力波, 刘彦伟, 李志强, 等.矿井通风网络图[J].焦作工学院学报:自然科学版, 2002, 21 (1) :32-33.

[5]王惠宾, 胡卫民, 李湖生.矿井通风网络理论与算法[M].徐州:中国矿业大学出版社, 1996.

[6]傅贵, 秦跃平, 杨伟民, 等.矿井通风系统分析与优化[M].北京:机械工业出版社, 1995.