基于關(guān)鍵環(huán)的巷道中紊流流體流量測量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于關(guān)鍵環(huán)的巷道中紊流流體流量測量方法，首先確定巷道的截面形狀，根據(jù)巷道的截面形狀確定其平均風(fēng)速關(guān)鍵環(huán)；然后通過測定關(guān)鍵環(huán)上任意點的風(fēng)速，即得到該截面上的平均風(fēng)速速，根據(jù)平均風(fēng)速即可計算得出巷道中流體的流量。是一種簡單、準確測量巷道流體流量的新技術(shù)。
【專利說明】基于關(guān)鍵環(huán)的巷道中紊流流體流量測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種煤礦巷道中紊流流體流量測量技術(shù)，尤其涉及一種基于關(guān)鍵環(huán)的巷道中紊流流體流量測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]煤炭資源一直以來都是我國重要的能源來源，煤炭在一次能源生產(chǎn)和消費中所占比重一直保持在60%以上，故其開發(fā)的力度是最大。由于我國的露天開采煤礦較少，其中92%的煤炭生產(chǎn)是地下開采，而且經(jīng)過多年的開采，淺部礦產(chǎn)資源日漸枯竭，礦產(chǎn)資源的開采越來越向縱深發(fā)展，目前每年大概以20米的速度向下延伸。同時我國724處國有重點煤礦中，煤與瓦斯突出礦井154處，占21.3% ;高瓦斯礦井152處，占21.0%。隨著礦山開采強度的加大以及開采深度的增加，井下各個中段的掘進面中瓦斯涌出和聚集的程度也在增力口，并且在一定條件下發(fā)生爆炸和燃燒。煤塵亦是井下煤炭開采過程的產(chǎn)物，井下工作人員長期吸入過量的粉塵可以導(dǎo)致塵肺病，并且煤塵在空氣中達到一定的濃度時，遇火源容易發(fā)生粉塵爆炸。除此之外，各類電器、機械設(shè)備的運轉(zhuǎn)狀況不良、電網(wǎng)發(fā)生短路以及明火等，亦可能引燃運輸皮帶、電纜以及木支架，造成井下外因火災(zāi)。因此礦山開采強度以及深度的增加必然會引發(fā)更為嚴重的瓦斯爆炸、火災(zāi)、粉塵事故等其它相關(guān)事故，嚴重威脅著井下的安全生產(chǎn)、工作人員的生命健康和事故防治。
[0003]煤礦事故的頻發(fā)對礦井通風(fēng)系統(tǒng)，也提出了越來越高的要求。通風(fēng)系統(tǒng)是礦井非常重要的輔助系統(tǒng)，它是預(yù)防和治理各種災(zāi)害，實現(xiàn)煤礦安全生產(chǎn)的基本手段。礦井通風(fēng)的目的是為井下的工作人員以及各種用風(fēng)場所提供足夠的新鮮風(fēng)流，稀釋或沖淡隨著礦山開采而出現(xiàn)的各種有毒、有害、爆炸性氣體及粉塵，保證井下作業(yè)空間的良好氣候條件，為井下工作人員建立起一個安全舒適的勞動環(huán)境。事實證明，礦山通風(fēng)系統(tǒng)的好壞與瓦斯事故、火災(zāi)、粉塵治理等關(guān)乎安全生產(chǎn)關(guān)鍵因素的成敗有著密切關(guān)系，許多煤礦的嚴重事故均和通風(fēng)系統(tǒng)管理不善或設(shè)計不合理有著重要關(guān)系。特別是瓦斯(煤塵)爆炸、火災(zāi)事故，這兩類事故一直是煤礦主要的傷亡事故，并且都與通風(fēng)管理有著密切的關(guān)系，通風(fēng)管理不善是造成事故發(fā)生的主要間接原因。歷史上曾發(fā)生多次瓦斯與粉塵爆炸事故，都是由于通風(fēng)不良所引起的。如2012年8月29日，四川省攀枝花市肖家灣煤礦發(fā)生特別重大瓦斯爆炸事故，造成45人死亡、I人失蹤、54人受傷。該事故就是由于通風(fēng)管理混亂，通風(fēng)系統(tǒng)沒的穩(wěn)定可靠性差，回風(fēng)系統(tǒng)的巷道嚴重失修，從而使有效風(fēng)量不足所導(dǎo)致。2007年4月16日，河南省平頂山市王莊煤礦發(fā)生特別重大瓦斯爆炸事故，井下死亡31人、傷9人，救護隊在搶救過程中發(fā)生二次爆炸，造成15名救護隊員受傷。該事故也是由于通風(fēng)管理混亂，局部通風(fēng)機停風(fēng)I個月，使溢出的瓦斯積聚并達到爆炸濃度并遇到明火引起瓦斯爆炸，同時煤塵也參與了爆炸。2000年發(fā)生在貴州省木沖溝礦死亡164人的特大瓦斯爆炸事故就是也是因為現(xiàn)場管理不善出現(xiàn)了循環(huán)風(fēng)所致。因此礦井通風(fēng)在安全生產(chǎn)中起著至關(guān)重要的作用。
[0004]然而目前我國仍有多數(shù)礦井通風(fēng)系統(tǒng)建設(shè)不完善，缺少對于通風(fēng)系統(tǒng)的監(jiān)測，無法有效地保證井下相關(guān)巷道以及采掘工作面的風(fēng)量。因此，研究礦井巷道風(fēng)量準確測量技術(shù)及方法，在正常生產(chǎn)時期和發(fā)生事故時期都具有非常重要的意義。
[0005]在現(xiàn)有技術(shù)中的巷道流體流量的測量方法中，通常采用的是等面積環(huán)法求取平均流速或者通過測得截面最大流速再通過最大流速和平均流速的數(shù)學(xué)關(guān)系計算出截面平均流速，前者的測量和計算均較為繁瑣，而后者一般采用半經(jīng)驗公式且最大流速的測量也有
一定的誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種簡單、準確的基于關(guān)鍵環(huán)的巷道中紊流流體流量測量方法。
[0007]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0008]本發(fā)明的基于關(guān)鍵環(huán)的巷道中紊流流體流量測量方法，包括步驟:
[0009]首先，確定巷道的截面形狀，然后根據(jù)巷道的截面形狀確定其關(guān)鍵環(huán)，所述關(guān)鍵環(huán)處的風(fēng)速等于所述巷道截面上的平均風(fēng)速；
[0010]然后，通過測定關(guān)鍵環(huán)上任意點的風(fēng)速，即得到該截面上的平均風(fēng)速速，根據(jù)平均風(fēng)速即可計算得出巷道中流體的流量。
[0011]由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實施例提供的基于關(guān)鍵環(huán)的巷道中紊流流體流量測量方法，由于根據(jù)巷道內(nèi)紊流流體在管道截面上的速度分布特點，確定出截面上平均流速值的分布曲線，即速度分布“關(guān)鍵環(huán)”，通過測量“關(guān)鍵環(huán)”上任意點的速度值，便可得到該截面上的平均流速值，即可計算得到巷道的流體流量，是一種簡單、準確測量巷道流體流量的新技術(shù)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1a為本發(fā)明實施例中梯形截面的關(guān)鍵環(huán)的位置示意圖；
[0013]圖1b為本發(fā)明實施例中梯形截面的關(guān)鍵環(huán)的區(qū)域分布示意圖；
[0014]圖2a為本發(fā)明實施例中二心拱截面的關(guān)鍵環(huán)的位直不意圖；
[0015]圖2b為本發(fā)明實施例中三心拱截面的關(guān)鍵環(huán)的區(qū)域分布示意圖。
【具體實施方式】
[0016]下面將對本發(fā)明實施例作進一步地詳細描述。
[0017]本發(fā)明的基于關(guān)鍵環(huán)的巷道中紊流流體流量測量方法，其較佳的【具體實施方式】是:
[0018]包括步驟:
[0019]首先，確定巷道的截面形狀，然后根據(jù)巷道的截面形狀確定其關(guān)鍵環(huán)，所述關(guān)鍵環(huán)處的風(fēng)速等于所述巷道截面上的平均風(fēng)速；
[0020]然后，通過測定關(guān)鍵環(huán)上任意點的風(fēng)速，即得到該截面上的平均風(fēng)速速，根據(jù)平均風(fēng)速即可計算得出巷道中流體的流量。
[0021]對于梯形截面，確定其上底邊長、下底邊長和高，根據(jù)下表計算其關(guān)鍵環(huán)的位置:
[0022]
【權(quán)利要求】
1.一種基于關(guān)鍵環(huán)的巷道中紊流流體流量測量方法，其特征在于，包括步驟: 首先，確定巷道的截面形狀，然后根據(jù)巷道的截面形狀確定其關(guān)鍵環(huán)，所述關(guān)鍵環(huán)處的風(fēng)速等于所述巷道截面上的平均風(fēng)速； 然后，通過測定關(guān)鍵環(huán)上任意點的風(fēng)速，即得到該截面上的平均風(fēng)速速，根據(jù)平均風(fēng)速即可計算得出巷道中流體的流量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于關(guān)鍵環(huán)的巷道中紊流流體流量測量方法，其特征在于，對于梯形截面，確定其上底邊長、下底邊長和高，根據(jù)下表計算其關(guān)鍵環(huán)的位置:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于關(guān)鍵環(huán)的巷道中紊流流體流量測量方法，其特征在于，對于三心拱截面，確定三心拱墻高和三心拱下底邊長，根據(jù)下表計算其關(guān)鍵環(huán)的位置:

【文檔編號】G01F1/704GK103557898SQ201310546143
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月6日
【發(fā)明者】何學(xué)秋, 聶百勝, 丁翠, 李祥春, 孟筠青 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)(北京)