通风阻力测定讲解.doc

《矿井通风》课程体验式教学教案
任务一：通风阻力的测定 计划学时：2
授课地点
云岩210
授课时间

教研室审核

班级

授课教师

教学目标
使学生了矿井通风阻力测定的原理，并会用压差计法和气压计法测定矿井通风阻力。
任务要求
1.分组进行矿井通风阻力的测定。
2.以组为单位，遵守纪律、听从安排，认真完成实训。
3.遵守实训室制度，注意安全，小心操作，保护好仪器，保持实训室干净整洁。
实训设备
1.补偿式微压计(U形水柱计，Y--61压差计)；
2.胶皮管；
3.皮托管；
4.中速风表；
5.秒表；
6.湿度计；
7.空盒气压计；
8.皮尺；
9.恒温气压计；
10.精密气压计。
教学方法
学训一体
教学组织
资讯 — 计划— 决策 — 实施— 检查— 评价
任务实施步骤
一、资讯
1.矿井通风阻力测定的原理
矿井通风阻力测定工作是通风技术管理的重要内容之一，其目的在于检查通风阻力的分布是否合理，某些巷道或区段的阻力是否过大，为改善矿井通风系统，减少通风阻力，降低矿井通风机的电耗以及均压防灭火提供依据。此外，通过阻力测量，还可求出矿井各类巷道的风阻值和摩擦阻力系数值，以备通风技术管理和通风计算时使用。
通风阻力的测量方法常用的有两种，一为压差计测量法，二为气压计测量法。
1）测定方法的选择
用压差计法测量通风阻力时，只测定压差计读数和动压差值，就可以测量出该段通风阻力，不需要测算位压，数据整理比较简单，测量的结果比较精确，一般不会返工，所以，在标定井巷风阻和计算摩擦阻力系数时，多采用压差计法。但这种方法收放胶皮管的工作量很大，费时较多，尤其是在回采工作面、井筒内或者行人困难井巷及特长距离巷道，不宜采用此方法。
用气压计法测量通风阻力，不需要收放胶皮管和静压管，测定简单。
由于仪器有记忆功能（矿井通风综合参数检测仪），在井下用一台数字气压计就可以将阻力测量的所有参数测出，省时省力，操作简单，但位压很难准确测算，精度较差，故一般适用于无法收放胶皮管或大范围测量矿井通风阻力分布的场合。
2）通风阻力测定的基本内容及要求：
①测算井巷风阻。
②测算摩擦阻力系数。
③测算通风阻力的分布情况。
3）测定目的
《煤矿安全规程》第一百—十九条规定，新井投产前必须进行1次矿井通风阻力测定，以后每3年至少进行1次。矿井转入新水平生产或改变一翼通风系统后，必须重新进行矿井通风阻力测定。
主要目的有以下3点：
①掌握矿井通风阻力的分布情况，为改善矿井通风系统、减少通风阻力、降低矿井通风机的能耗及为采用均压技术防灭火等提供依据。
②为通风设计和通风技术管理提供资料。
③为发生事故时选择风流控制方法提供必要的参数。
4）测量阻力原理
欲测某倾斜巷道1、2两断面之间的通风阻力，仪器布置如图2-9所示。如果将单管倾斜压差计放在2点之后（a图），则作用在压差计“+”接头的压力为, 作用在压差计“-”接头的压力为,故将压差计的读数L读换算成垂直mm，再换算成Pa值应为：

（图2-9 单管倾斜压差计测量阻力布置图）
KL读g＝-=（-）- （2-36）
如果将单管倾斜压差计放在1点之后（b图），则作用在压差计“+”接头的压力为，作用在压差计“-”接头的压力为+，故：
KL读g=-=（-）- （2-37）
上两式说明：用单管倾斜压差计测出的压差值为1、2两断面的静压差与位压差之和，或叫1、2两断面的势压差。而且不论将单管倾斜压差计放在2点之后，1点之前或1、2两点之间，其测量结果是相同的。根据能量方程式，1、2两断面之间的通风阻力为：
（2-38）
因为Kg=（-）-zg
所以用单管倾斜压差计测量阻力的计算公式为：
Pa （2-39)
式中　　——单管倾斜压差计的读数，mm；
　　　　 K——单管倾斜压差计的校正系数；
　　　　——两断面动压之差，Pa。当1断面的平均动压大于2断面的平均动压时，为正值，反之，为负值。
上式（2-39）同样适用于用其它压差计测量任意两测点的通风阻力。
4.资源库
（1）皮托管；
（2）湿度计；
（3）气压计；
（4）补偿式微压计；
（5）数字式气压计；
（6）通风阻力测定方法；
（7）矿井通风阻力测定、测定路线选择和测点布置；
（8）用皮托管和压差计测风；
（9）压差计法测算巷道的通风阻力。
二、计划
在这一阶段中，学生针对本任务，以小组方式工作，独立地寻找与任务相关的信息，制定完成任务的方法。将学生分为*组，每组3人。以组为单位进行实训。
三、决策
1.压差计法：
用压差计和皮托管测定井巷通风阻力的布置方式：在测点m和n安设皮托管，用胶皮管分别将两个皮托管上的静压接在压差计上，此时压差计的读数值应为两点的静压差和位压差之和，分析如下：
可知，皮托管将m点的绝对静压接受过来并经胶皮管传到压差计右侧液面上，由于胶皮管内空气柱的压力作用，其压力要减少(Z+△Z)ρ毫米水柱，所以右侧液面所受的压力为：

同理，压差计左侧液面所受的压力：

压差计液面上升高度就是两液面上的压力差所造成的，故：

式中：Pm——测点m的空气绝对静压，毫米水柱
Pn——测点n的空气绝对静压，毫米水柱
Z——两测点的高差，m
ρ——胶皮管中的空气密度，kg/m3
测定时，如果胶皮管中空气的温度和巷道中空气的温度一致，即，那么，由此可得：

根据伯诺里方程式，测点m和n间的通风阻力应为

对照上述两式可知，只要，则

式中：L读——压差计读数，毫米水柱
K——压差计校正系数
vm,vn——两测点上的平均风速，m/s
ρm，ρn——两测点上的空气密度，kg/m3
上式就是用皮托管和压差计测定通风阻力计算式，所以还要用风表测定两点的平均风速，同时测量巷道的气压、温度、湿度，以计算空气密度。
具体测定的做法时,从第一个测点开始，在前后两测点处各设置一个静压管(或皮托管)，在后测点的下风侧6—8m处安设压差计，将压差计调整水平并调零，长胶皮管的一端接m点的静压管(或皮托管的静压端)，另一端接在压差计的“+”接管上-短胶皮管一端接n点的静压管，另一端接在压差计的“－”接管上，此时待压差计液面稳定后可读数。如果液面波动，可连续读几个数求平均值。
在测定压差的同时，其他小组应进行风速、大气条件和巷道几何参数的测量。
2.气压计法
气压计法是用恒温气压计或精密气压计测定两点间的绝对静压差，再加上两测点的位压差、速压差以计算通风阻力。
A、恒温气压计法：
(1)定基点：将装好冰块并经过校正的恒温气压计2台，带到地面井口附近，将油柱吹到一定高度，同时关闭开关，待油柱稳定后，同时读取两台仪器的油柱高度值()作为基点读数，并计下读数的时间。
(2)测定：将一台仪器留在原地，作为大气压变化校正用，由一个人每隔5分钟读一次油柱高度值并作好记录，另一台提至第二测点，待油柱稳定后读一个油柱值并记录读数时间，如果地面大气压和通风状况都没有发生变化，这两点的读数差经校正，就是两测点间的绝对静压差，即：

式中：P1--第一点的绝对静压，毫米水柱，
P2——第二点的绝对静压，毫米水柱，
——第一点恒温气压计读数值，毫米油柱；
——第二点恒温气压计读数值，毫米油柱，
K——恒温气压计的校正系数。
如果大气压发生变化，井下任一点的绝对静压也随之发生变化，这就必须根据基点设置的恒温气压计读数对两测点的绝对静压进行校正，即，

式中：——地面恒温气压计校正系数
——读取时，校正用恒温气压计的读数
——读取时，校正用恒温气压计的读数
其余符号同前。
上式经过两测点的速压校正、位压校正后得到两测点间的通风阻力，即：
式中：Z1,Z2——分别为两测点的标高，m
——测点间空气的平均密度，kg/m3
V1,V2——分别为两测点的平均风速，m/s
,——分别为两测点的空气密度，kg/m3
其余符号同前。
B、精密气压计法
用精密气压计法测算通风阻力，也是气压计法中的一种方法。其原理与恒温气压计法基本相同，只是绝对静压差由数值显示的KYI型精密气压计来测定，KYI型的气压计示意图：该仪器的原理是利用真空膜合由于气压变化产生的位移带动差动变压器铁芯移动，其输出电压随着变化的道理，实现对气压的测定。整机为矿用本质安全型电路。
(1)仪器的操作方法
a、气压差显示：将仪器电源开关⑥拔至“开”，转换开关⑧拨至“压差”挡且调零电位计不动，当气压发生变化时，仪器即可以毫米水柱为单位显示出大气压力的瞬间变化值。
b、气压值显示：将仪器电源开关⑥拨至“开”，转换开关⑧拨至“压差”档，调节“调零”电位计⑦，使仪器显示为零，此时将转换开关⑧拨到“气压”档，仪器显示的数值与基准气压值950毫巴相加，即可得到当地当时的大气压力值。
(2)调试标定方法
a、压差灵敏度校正：将仪器电源开关⑥拨至“开”，转换开关⑧拨至“压差”档，调整仪器“调零”电位计⑦，使仪器显示为负值，此时将一标准压力200mmH2O送至“气压咀”④，仪器应显示200，如显示值与外加压力值有误差时，即调节压差灵敏度调整电位计①，使仪器显示为200(显示值＝原负值+200)。
b、气压零点校正:将仪器电源开关⑥拨至“开”，转换开关⑧拨至“压差’档，调整仪器“调零”电位计，使仪器显示为零，此时将转换开关⑧拨至“气压’档，仪器显示的读数与950毫巴基准气压值相加，即为当地当时大气压力值。如与标准水银气压计读数差值超过仪器的精度指标，(压差显示精确度：士(0.3mmH2O+1％×读数)，气压显示精确度：100毫巴范围内，平均误差< 0.5毫巴)，此时即调整气压零点调整电位计②即可。
c、气压灵敏度校正：将仪器电源开关⑥拨至“开”，转换开关⑧拨至“压差”档，调整仪器“调零”电位计⑦使仪器显示为零，又将转换开关⑧拨至“气压”挡，此时仪器的气压显示值记为Pl，再将转换开关⑧拨至“压差”档，调整“调零”电位计⑦，使仪器显示为158毫米水柱，再将转换开关⑧拨至“气压”档，此时仪器气压显示值记为P2，计算P2－Pl值应为15毫巴，如有误差，则调整气压灵敏度调整电位计③。
(3)阻力测定方法
使用KYl型矿用徽气压计测定通风系统阻力及分布，可分三个步骤进行。
①按通风系统拟定测定路线，进行实地调查，布置测点，并从地测图上查出各测点标高。
②通风系统实测。
⑧根据实际测量数据，进行数据整理，计算各测点间的各区段通风阻力值。
在井下用微气压计实际测定，大致可分为两种方法，即同时法与基点法，下面分别介绍：
A.同时法：
将两台气压计带入井下，在同一地点读取气压计的读数，确定读数系统差，然后二人分另进入A点与B点，在同一时刻测定两点气压，并且测定风速和温度、湿度，依次序测完通风系统内选定的线路，将数据列入表内，出井后进行数据处理。
两点间的大气压力差为：
，毫巴。
式中：，——测点A与B在同一时刻的气压计读数差，毫巴
，——两台气压计在同一地点同一时刻的读数，毫巴
——在测点A与测点B两台气压计读数系统差校正，毫巴
mmH2O
根据上式，两点间的全压差为：
mmH2O
因此我们看出，用同时法测定全压差时，数据处理包括两测点的气压计读数差，两台气压计读数差校正，高程差校正和动压差等项。
,——分别为A、B两测点的空气密度，kg/m3
VA,VB——分别为A、B两测点的平均风速，m/s
g——重力加速度9.8lm／s2
B.基点法
这种方法只需带一台气压计到井下，测定者顺着测定路线在各测点读取气压计读数，并测取温度与风速。由于各测点不能同一时刻测定，而地表大气压力又是时刻变化的,因此需在地面井口或井底车场设一基点，放置另一台气压计，以监测大气压力的变化，并随时记录仪器的读数。
在井下巡回测定者，应准确记下读取气压计读数的时刻，并列入表内，最后到井上进行数据处理。
两点间的大气压力差为：

式中：，——分 别为测定A、B点大气压时刻的基点大气压力，毫巴
——基点大气压力变动校正，毫巴
因此两点间的全压差为：

从上式看出：用基点法测定全压差时，数据处理包括两测点的气压计读数差、基点大气压力变化校正、高程差校正与动压差等项。静压差及全压差为正值时，风向与巡回方向相同，为负值时，巡回方向相反。
同时法是在同一时刻测定某一区间两端的气压不需要校正大气压力的变动。通风系统的某些变动对其影响较小。基点法是在不同时刻测定某一区段两端的气压，通风系统的短暂风波动，可能引起较大误差。
注：空气比重的求算：按kg/m3计算，P为大气压力，mmHg,T为绝对温度，273+t，K。
四、实施
1.分组进行矿井通风阻力测定；
2.各组对照互查测定结果；
3.进行实训结果分析。
五、检查
将实训完成情况进行反馈，小组讨论，教师检查。
六、评价
教师进行评价总结，评价各小组完成效果，解答学生提出的疑问并对重要环节进行强调。
拓展作业
1.煤矿生产中在什么情况下必须进行矿井通风阻力测定？
2.进行矿井通风阻力测定时的测点如何选择？
备注
该实训项目也可用于《工业通风与除尘》实训教学