本發(fā)明涉及礦井通風(fēng)與安全領(lǐng)域，具體涉及一種集約化礦井通風(fēng)阻力測算方法。

背景技術(shù)：

目前，礦井通風(fēng)阻力測定的常用方法有氣壓計(jì)法和壓差計(jì)法兩種方法。兩種方法相比，氣壓計(jì)法的測量精度較低，導(dǎo)致測定結(jié)果誤差較大；壓差計(jì)法的測量難度大，不適合全礦性大規(guī)模測量。無論哪種方法，都需要一定數(shù)量的專業(yè)技術(shù)人員對全礦進(jìn)行人工普查式測量。而礦井通風(fēng)的風(fēng)網(wǎng)解算已經(jīng)發(fā)展到可以利用計(jì)算機(jī)編程實(shí)現(xiàn)，如礦井通風(fēng)仿真軟件(ventilationsimulationexpert)。由此可見，現(xiàn)階段礦井通風(fēng)阻力測定的方法已經(jīng)嚴(yán)重限制礦井通風(fēng)與安全數(shù)字化、智能化的發(fā)展。

在我國所有煤礦均裝備了安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的背景下，煤礦指揮中心可以通過監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)獲取并儲存大量數(shù)據(jù)，如瓦斯?jié)舛取L(fēng)速等。一般情況下，煤礦井下巷道數(shù)量較多、實(shí)況復(fù)雜，監(jiān)測數(shù)據(jù)無法覆蓋井下全部地點(diǎn)，只能重點(diǎn)監(jiān)測部分關(guān)鍵地點(diǎn)。近年來，隨著“一井一面”理念在煤礦安全高效生產(chǎn)的探索實(shí)踐中不斷深入，井下每一條獨(dú)立的巷道都建立通風(fēng)阻力測定子系統(tǒng)是完全可以實(shí)現(xiàn)的。一旦將礦井通風(fēng)阻力測定系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)對接，就可以實(shí)現(xiàn)一井一面通風(fēng)阻力測定實(shí)時監(jiān)測。能夠節(jié)省目前壓差計(jì)法測礦井通風(fēng)阻力所需的資源，避免人為因素造成的測量誤差，實(shí)現(xiàn)高精度礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)在線解算，有利于礦井通風(fēng)系統(tǒng)的智能調(diào)控與超前預(yù)警。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種集約化礦井通風(fēng)阻力測算方法，該方法能夠節(jié)省目前壓差計(jì)法測礦井通風(fēng)阻力所需要的資源，能避免人為因素所造成的測量誤差，能實(shí)現(xiàn)高精度礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)在線解算，有利于礦井通風(fēng)系統(tǒng)的智能調(diào)控與超前預(yù)警。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種集約化礦井通風(fēng)阻力測算方法，包括以下步驟：

步驟一：在井下巷道中以每條獨(dú)立的巷道為對象建立若干通風(fēng)阻力測定子系統(tǒng)，并選定pvc鋼絲軟管作為阻力測定子系統(tǒng)內(nèi)的測壓管線，測壓管線分為長管線和短管線；

步驟二：使井下互為并聯(lián)的兩條或多條巷道，共用始節(jié)點(diǎn)和末節(jié)點(diǎn)，在巷道的始節(jié)點(diǎn)和末節(jié)點(diǎn)處均安設(shè)皮托管，其中使皮托管頭部垂直巷道斷面并正對風(fēng)流方向；在進(jìn)風(fēng)井中、通風(fēng)井中均設(shè)置有風(fēng)速傳感器；

步驟三：在每個通風(fēng)阻力測定子系統(tǒng)中，使長管線沿巷道內(nèi)壁腰線固定布設(shè)，其進(jìn)風(fēng)端與始節(jié)點(diǎn)處皮托管的+端連接，靠近進(jìn)風(fēng)口處的皮托管所在的斷面記為斷面i，靠近出風(fēng)口處的皮托管所在的的斷面記為斷面ii，長管線的進(jìn)風(fēng)端位于斷面i內(nèi)，短管線沿巷道內(nèi)壁腰線固定布設(shè)，其進(jìn)風(fēng)端與末節(jié)點(diǎn)處皮托管的+端連接，短管線的進(jìn)風(fēng)端位于斷面ii內(nèi)；

步驟四：設(shè)礦井最大通風(fēng)阻力路線上共有i條巷道，在這i條巷道中都布設(shè)有通風(fēng)阻力測定子系統(tǒng)，在每條巷道中，使長管線的出風(fēng)端、短管線的出風(fēng)端分別與壓差傳感器的兩測量接口連接，壓差傳感器的示數(shù)即是巷道斷面i和斷面ii的全壓差，即巷道的通風(fēng)阻力hi；

步驟五：計(jì)算礦井通風(fēng)阻力h，具體步驟如下：

(1)通過設(shè)置在進(jìn)風(fēng)井和回風(fēng)井中的風(fēng)速傳感器獲得進(jìn)風(fēng)井風(fēng)速vin和回風(fēng)井風(fēng)速vout；

(2)計(jì)算進(jìn)風(fēng)井風(fēng)量qin和回風(fēng)井風(fēng)量qout，其中qin＝vin·sin，qout＝vout·sout，

式中，sin、sout分別為進(jìn)風(fēng)井和回風(fēng)井的斷面積，單位m²；

(3)計(jì)算進(jìn)風(fēng)井通風(fēng)阻力hin和回風(fēng)井通風(fēng)阻力hout，其中hin＝rin·qin²，hout＝rout·qout²，

式中，rin、rout分別為進(jìn)風(fēng)井和回風(fēng)井風(fēng)阻，為已知定值，單位ns²/m⁸；

(4)計(jì)算礦井通風(fēng)阻力h，計(jì)算公式為h＝hin+(h1+h2+…+hi)+hout；

步驟六：計(jì)算出每條巷道的風(fēng)阻ri，具體步驟如下：

(1)在通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖獨(dú)立分支所對應(yīng)的巷道中均布置風(fēng)速傳感器；

(2)計(jì)算出各個獨(dú)立分支巷道的風(fēng)量qn，其中qn＝vn·sn，

式中，vn為各獨(dú)立分支巷道的巷道風(fēng)速，由風(fēng)速傳感器示數(shù)獲得；

sn為各獨(dú)立分支巷道的巷道斷面積，單位m²；

(3)根據(jù)布置在獨(dú)立分支巷道中的風(fēng)速傳感器并結(jié)合節(jié)點(diǎn)風(fēng)量平衡方程計(jì)算出非獨(dú)立分支所有巷道的風(fēng)量，節(jié)點(diǎn)風(fēng)量平衡方程的矩陣形式為：qm＝c^t·qy，

式中，c^t為獨(dú)立回路矩陣c的轉(zhuǎn)置，對于給定的巷道通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)，c已知；

qy為獨(dú)立分支巷道的風(fēng)量qn組成的矩陣列向量；

(4)計(jì)算出每條巷道的風(fēng)阻ri，

所述步驟一中，在并聯(lián)的巷道中選定最短的一條巷道布設(shè)通風(fēng)阻力測定子系統(tǒng)。

所述步驟六中的(1)中的風(fēng)速傳感器布置的位置與巷道進(jìn)風(fēng)口處的皮托管的位置相同，對于無法布置風(fēng)速傳感器的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖獨(dú)立分支所對應(yīng)的巷道，將風(fēng)速傳感器布置在與其等效的其他通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖獨(dú)立分支所對應(yīng)的巷道，對于有必要重點(diǎn)監(jiān)測而沒有布置的巷道，額外增設(shè)風(fēng)速傳感器；對于給定的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)，在全礦井布置的風(fēng)速傳感器的最少數(shù)量與通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖獨(dú)立分支個數(shù)n相等，其中，n＝n-m+1

式中，n為通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖的所有分支數(shù)；m為巷道中的所有節(jié)點(diǎn)數(shù)。

所述步驟二中的始節(jié)點(diǎn)處皮托管安設(shè)在巷道進(jìn)風(fēng)口下風(fēng)側(cè)8倍巷道寬度的巷道斷面內(nèi)，末節(jié)點(diǎn)處皮托管安設(shè)在巷道出風(fēng)口上風(fēng)側(cè)3倍巷道寬度的巷道斷面內(nèi)。

所述的皮托管安設(shè)位置前后3m內(nèi)巷道支護(hù)完好，無堆積物。

所述的皮托管安設(shè)位置所在巷道斷面內(nèi)，由錨固在巷道頂板上的剛性支架將pvc鋼絲軟管和皮托管從巷道內(nèi)壁延伸到斷面水平中間位置，皮托管尖端距巷道頂板中心線的高度為300mm。

所述步驟四的壓差傳感器安設(shè)在末節(jié)點(diǎn)處皮托管下風(fēng)側(cè)6m處的巷道內(nèi)壁上。

所述的皮托管、壓差傳感器與pvc鋼絲軟管連接處，均采用法蘭密封連接。

所述步驟二中的在巷道節(jié)點(diǎn)處布置氣壓傳感器。

本發(fā)明所述方法能夠節(jié)省目前壓差計(jì)法測礦井通風(fēng)阻力所需的資源，避免人為因素造成的測量誤差，能實(shí)現(xiàn)集約化礦井通風(fēng)阻力高精度測算，有利于礦井通風(fēng)系統(tǒng)的智能調(diào)控與超前預(yù)警。所述方法測定礦井通風(fēng)阻力，簡便可行，尤其適用一井一面高度集約化新建礦井。該方法可以有利于礦井通風(fēng)阻力的實(shí)時在線測算，能夠避免人工測算過程的繁瑣工序，也能降低人為因素所產(chǎn)生的誤差。該方法可以便于與煤礦現(xiàn)有的安全監(jiān)測系統(tǒng)對接，通過該方法的應(yīng)用，相當(dāng)于在煤礦里的安全監(jiān)測系統(tǒng)里增加了一個監(jiān)控模塊，能實(shí)時在線地獲取礦井通風(fēng)阻力。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的巷道中通風(fēng)阻力測定子系統(tǒng)的布設(shè)示意圖；

圖2是本發(fā)明應(yīng)用于弧頂形巷道中的皮托管處的斷面示意圖；

圖3是本發(fā)明應(yīng)用于方頂形巷道中的皮托管處的斷面示意圖；

圖4是本發(fā)明中并聯(lián)巷道中通風(fēng)阻力測定子系統(tǒng)的布設(shè)路線示意圖。

圖中：1、長管線，2、短管線，3、皮托管，4、壓差傳感器，5、測壓管線，6、剛性支架，7、污風(fēng)，8、新鮮風(fēng)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

如圖1所示，一種集約化礦井通風(fēng)阻力測算方法，以每條獨(dú)立的巷道為對象建立通風(fēng)阻力測定子系統(tǒng)，并合理布置風(fēng)速傳感器，巷道節(jié)點(diǎn)處布置氣壓傳感器和壓差傳感器4，短管線2的部位同時也是長管線1和短管線2的重合部位，具體包括以下步驟：

步驟一：在井下巷道中以每條獨(dú)立的巷道為對象建立若干通風(fēng)阻力測定子系統(tǒng)，并選定pvc鋼絲軟管作為阻力測定子系統(tǒng)內(nèi)的測壓管線5，測壓管線5分為長管線1和短管線2；

步驟二：使井下互為并聯(lián)的兩條或多條巷道，共用始節(jié)點(diǎn)和末節(jié)點(diǎn)，在巷道的始節(jié)點(diǎn)和末節(jié)點(diǎn)處均安設(shè)皮托管3，其中使皮托管3頭部垂直巷道斷面并正對風(fēng)流方向；在進(jìn)風(fēng)井中、通風(fēng)井中均設(shè)置有風(fēng)速傳感器；長管線1和短管線2的出風(fēng)端分別與壓差傳感器4連接；利用監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)對阻力測定子系統(tǒng)和等速傳感器進(jìn)行狀態(tài)診斷，能重點(diǎn)監(jiān)測各傳感器是否故障以及pvc鋼絲軟管是否漏氣、進(jìn)水和堵塞，以便及時修復(fù)或更換。由于采用了上述方案，本發(fā)明的通風(fēng)阻力實(shí)時監(jiān)測方法，能夠節(jié)省目前壓差計(jì)法測礦井通風(fēng)阻力所需的資源，避免人為因素造成的測量誤差，能實(shí)現(xiàn)高精度礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)在線解算，有利于礦井通風(fēng)系統(tǒng)的智能調(diào)控與超前預(yù)警。該方案能解決目前礦井通風(fēng)阻力測定的實(shí)施方案已經(jīng)無法很好地與技術(shù)方案相匹配，嚴(yán)重限制礦井通風(fēng)與安全數(shù)字化、智能化趨勢發(fā)展的問題，達(dá)到了本發(fā)明的目的。

步驟三：在每個通風(fēng)阻力測定子系統(tǒng)中，使長管線1沿巷道內(nèi)壁腰線固定布設(shè)，其進(jìn)風(fēng)端與始節(jié)點(diǎn)處皮托管3的+端連接，靠近進(jìn)風(fēng)口處的皮托管3所在的斷面記為斷面i，靠近出風(fēng)口處的皮托管3所在的的斷面記為斷面ii，長管線1的進(jìn)風(fēng)端位于斷面i內(nèi)，短管線2沿巷道內(nèi)壁腰線固定布設(shè)，其進(jìn)風(fēng)端與末節(jié)點(diǎn)處皮托管3的+端連接，短管線2的進(jìn)風(fēng)端位于斷面ii內(nèi)；

步驟四：設(shè)礦井最大通風(fēng)阻力路線上共有i條巷道，在這i條巷道中都布設(shè)有通風(fēng)阻力測定子系統(tǒng)，在每條巷道中，使長管線1的出風(fēng)端、短管線2的出風(fēng)端分別與壓差傳感器4的兩測量接口連接，壓差傳感器4的示數(shù)即是巷道斷面i和斷面ii的全壓差，即巷道的通風(fēng)阻力hi；

步驟五：計(jì)算礦井通風(fēng)阻力h，具體步驟如下：

(1)通過設(shè)置在進(jìn)風(fēng)井和回風(fēng)井中的風(fēng)速傳感器獲得進(jìn)風(fēng)井風(fēng)速vin和回風(fēng)井風(fēng)速vout；

(2)計(jì)算進(jìn)風(fēng)井風(fēng)量qin和回風(fēng)井風(fēng)量qout，其中qin＝vin·sin，qout＝vout·sout，

式中，sin、sout分別為進(jìn)風(fēng)井和回風(fēng)井的斷面積，單位m²；

(3)計(jì)算進(jìn)風(fēng)井通風(fēng)阻力hin和回風(fēng)井通風(fēng)阻力hout，其中hin＝rin·qin²，hout＝rout·qout²，

式中，rin、rout分別為進(jìn)風(fēng)井和回風(fēng)井風(fēng)阻，為已知定值，單位ns²/m⁸；

(4)計(jì)算礦井通風(fēng)阻力h，計(jì)算公式為h＝hin+(h1+h2+…+hi)+hout；

步驟六：因進(jìn)風(fēng)井、回風(fēng)井服務(wù)壽命長、巷道變形小，故認(rèn)為其進(jìn)風(fēng)井風(fēng)阻和回風(fēng)井風(fēng)阻為定值，并根據(jù)常規(guī)阻力測定程序進(jìn)行一次人工測量確定進(jìn)風(fēng)井風(fēng)阻和回風(fēng)井風(fēng)阻值，這個過程僅需要獲取風(fēng)量q值，不需要再布設(shè)阻力測定子系統(tǒng)；對于阻力小于10pa的巷道，也不需要再布設(shè)阻力測定子系統(tǒng)；在全礦井通風(fēng)阻力實(shí)時計(jì)算過程中，進(jìn)風(fēng)井、回風(fēng)井的阻力h計(jì)算依據(jù)為h＝rq²，式中風(fēng)阻r已知；

所以只需要計(jì)算出每條巷道的風(fēng)阻ri，具體步驟如下：

(1)在通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖獨(dú)立分支所對應(yīng)的巷道中均布置風(fēng)速傳感器；

(2)計(jì)算出各個獨(dú)立分支巷道的風(fēng)量qn，其中qn＝vn·sn，

式中，vn為各獨(dú)立分支巷道的巷道風(fēng)速，由風(fēng)速傳感器示數(shù)獲得；

sn為各獨(dú)立分支巷道的巷道斷面積，單位m²；

(3)根據(jù)布置在獨(dú)立分支巷道中的風(fēng)速傳感器并結(jié)合節(jié)點(diǎn)風(fēng)量平衡方程計(jì)算出非獨(dú)立分支所有巷道的風(fēng)量，節(jié)點(diǎn)風(fēng)量平衡方程的矩陣形式為：qm＝c^t·qy，

式中，c^t為獨(dú)立回路矩陣c的轉(zhuǎn)置，對于給定的巷道通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)，c已知；

qy為獨(dú)立分支巷道的風(fēng)量qn組成的矩陣列向量；

(4)計(jì)算出每條巷道的風(fēng)阻ri，依據(jù)

因?yàn)榫禄椴⒙?lián)的兩條或多條巷道，共用始節(jié)點(diǎn)和末節(jié)點(diǎn)，而并聯(lián)巷道的壓力差相等，故所述步驟一中通風(fēng)阻力測定子系統(tǒng)選擇安設(shè)在并聯(lián)巷道的最短巷道中。這樣既節(jié)省了材料和成本，又保證了阻力測定子系統(tǒng)的長期使用性，比如采煤工作面與某巷道并聯(lián)，阻力測定子系統(tǒng)應(yīng)選擇安設(shè)在與采煤工作面并聯(lián)的某巷道中，如圖4所示。圖4中對污風(fēng)7和新鮮風(fēng)8的流向進(jìn)行了標(biāo)識。

所述步驟六中的(1)中的風(fēng)速傳感器布置的位置與巷道進(jìn)風(fēng)口處的皮托管3的位置相同，對于無法布置風(fēng)速傳感器的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖獨(dú)立分支所對應(yīng)的巷道，將風(fēng)速傳感器布置在與其等效的其他通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖獨(dú)立分支所對應(yīng)的巷道，對于有必要重點(diǎn)監(jiān)測而沒有布置的巷道，額外增設(shè)風(fēng)速傳感器；對于給定的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)，在全礦井布置的風(fēng)速傳感器的最少數(shù)量與通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖獨(dú)立分支個數(shù)n相等，其中，n＝n-m+1，

式中，n為通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖的所有分支數(shù)；m為巷道中的所有節(jié)點(diǎn)數(shù)。

所述步驟二中的始節(jié)點(diǎn)處皮托管3安設(shè)在巷道進(jìn)風(fēng)口下風(fēng)側(cè)8倍巷道寬度的巷道斷面內(nèi)，末節(jié)點(diǎn)處皮托管3安設(shè)在巷道出風(fēng)口上風(fēng)側(cè)3倍巷道寬度的巷道斷面內(nèi)。

所述的皮托管3安設(shè)位置前后3m內(nèi)巷道支護(hù)完好，無堆積物。

如圖2和圖3所示，所述的皮托管3安設(shè)位置所在巷道斷面內(nèi)，由錨固在巷道頂板上的剛性支架6將pvc鋼絲軟管和皮托管3從巷道內(nèi)壁延伸到斷面水平中間位置，皮托管3尖端距巷道頂板中心線的高度為300mm。

所述步驟四的壓差傳感器4安設(shè)在末節(jié)點(diǎn)處皮托管3下風(fēng)側(cè)6m處的巷道內(nèi)壁上。

所述的皮托管3、壓差傳感器4與pvc鋼絲軟管連接處，均采用法蘭密封連接。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，方便實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)監(jiān)測礦井通風(fēng)阻力及風(fēng)阻等參數(shù)，并實(shí)時生成阻力測定報(bào)告，本發(fā)明還可用于礦井通風(fēng)智能調(diào)控與超前預(yù)警，有必要指出，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)在本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。