通风压力测定（.doc

模块三 矿井通风 利用机械或自然通风动力，使地面空气进入井下，并在井巷中作定向和定量地流动，最后排出矿井的全过程称为矿井通风。 矿井通风的目的是保证矿井空气的质量符合要求，作用（任务）是①供给井下足够的新鲜空气，满足人员的呼吸；②稀释和排除有毒有害气体及矿尘，保证矿井矿井空气的清洁度和防止瓦斯、煤尘爆炸和矿井火灾事故；③稀释和排除井下热量和水蒸气，维持合适的劳动作业环境；④提高矿井的防灾抗灾能力。 在保证矿井安全生产技术中，矿井通风有着重要的意义，矿井通风工作的好坏，直接关系到矿井正常生产和职工的生命安全与身体健康。同时，矿井通风是矿井安全工作的基础，是煤矿生产中不可缺少的重要环节。 所以通过对本模块的矿井通风压力、矿井通风阻力、矿井通风动力、矿井通风系统、采区通风系统、掘进通风系统、矿井通风管理、矿井通风监测监控等内容的学习，使学生达到以下目标 1、会进行矿井通风测定； 2、会构筑风门、风墙等矿井通风设施； 3、会管理和使用通风仪表和通风设施、设备； 4、会阅读矿井通风系统图； 5、会绘制采掘工作面通风系统图； 6、会计算采掘工作面的需风量。 课题1 矿井通风压力 [任务目标] 测算矿井通风压力 [任务分析] 矿井生产是地下作业，自然条件和生产条件都很复杂。进行矿井通风压力测定，及时、准确地提供井下空气的压力，是搞好矿井通风、预防矿井事故、处理灾害事故和救护人员的重要手段。从事采掘生产的职工，一定要了解测压仪器，掌握矿井通风压力的基本知识，会测定矿井通风压力。本课题的具体任务如下 1、测量绝对静压、速压和绝对全压； 2、测量相对静压、速压和相对全压； 3、测量压差（静压差、全压差）。 要完成以上三个测量任务我们必须知道矿井通风压力的基本概念及分类，必须对测量仪器的种类和结构原理有所了解，一定要掌握测压方法、步骤及注意事项等直接相关的知识。 [基本知识] 一、矿井通风压力的定义和分类 （一）矿井通风压力的定义 井巷内空气借以流动的压力称为通风压力，矿井通风压力就是进风井口断面与出风井口断面的总压之差，它是由主要通风机和自然风压作用造成的。 井巷风流中两断面之间的总压差是造成空气流动的根本原因，空气流动的方向总是从总压大的地点流向总压小的地点。 矿井井巷断面上，风流任意一点的压力称为风流的点压力，即该点单位体积空气所具有的压力。风流在流动过程中，因阻力作用而引起通风压力的降落，称为压降、压差或称压力损失。 （二）矿井通风压力的分类见图31所示 静 压 速 压 位 压 基本压力 导出压力 全 压 势 压 总 压 静压差 速压差 位压差 全压差 势压差 总压差 图31 压力的分类 1.三个基本压力 井巷的任何一个断面都具有静压、速压和位压三个基本压力，见表31所示。 表31 三个基本压力的比较表 名称 定义 产生原因 分类及符号 单位 计算公式 特点 备注 静压 空气分子对容器壁单位面积上施加的压力。 重力 热运动 绝对静压Ps Pa Ps＝P0hs ①在各个方向上都相等 ②只要有空气存在，就呈现出静压 ③静压的大小反映了静压能的多少 压入式取﹢ 抽出式取﹣ 相对静压hs Pa 速压 （动压） 风流定向流动时动能呈现的压力。 空气流动 hv Pa hv＝ρ v2/2 ①具有方向性 ②永远为正 ③同一断面上各点的速压不相等 恒为正 位压 因空气位置高度不同而产生的压力。 位置高度 Pw Pa Pw＝ρgZ ①与基准面有关 ②不能用仪器测量 ③不呈现压力 ④位压与静压可以相互转化 只与基准面选取有关 2.三个导出压力 同一个断面的三个基本压力组合而形成全压、势压和总压三个导出压力，见表32所示。 表32 三个导出压力的比较表 名称 组合方式 分类及符号 单位 计算公式 备注 全压 静压＋速压 绝对全压Pt Pa Pt＝Ps＋hv 压入式取﹢ 抽出式取﹣ 相对全压ht Pa ht＝hshv 势压 静压＋位压 Pn Pa Pn＝Ps＋Pw 同一断面上任一点的势压相等 总压 静压＋速压＋位压 Pz Pa Pz＝Ps＋hv＋Pw 对同一断面而言 二、测压仪表简介 表32 几种常用测压仪表 名称 结 构 外 形 图 结构图 用 途 空盒气压计 由一个波纹状金属真空盒和一套杠杆机构组成。大气压变化时盒面变形值经杠杆机构放大，带动盒面指针转动指出大气压值。 测量绝对压力 精密数字气压计 由气压传感组件、面板组件、电源组件等组成。 测定绝对静压，也可测定绝对静压差，适用于矿井通风阻力和压差测定 U型垂直压差计 由一根弯成U型的玻璃管（其中装如蒸馏水或酒精），刻度尺和支撑板组成 测定相对压力、速压和压差 U型倾斜压差计 由一根弯成U型的玻璃管（其中装如蒸馏水或酒精），刻度尺和倾斜支撑底座组成 测定相对压力、速压和压差 皮托管 由内外两根细金属管组成，内管前端中心孔与标有“”号的管脚相通，传递点静压和速压。外管前端封闭，在其管壁开有4～6个小孔与标有“-”号的管脚相通，传递点静压 配合压差计测定相对压力、速压和压差 三、测压方法与步骤 1. 绝对静压、速压和绝对全压的测量 （1）绝对静压的测量 井巷风流中某点的绝对静压的测量，可用水银气压计、空盒气压计或精密数字气压计。如用空盒气压计，测定时，将其水平放置，用手指轻轻敲击盒面数次，消除指针的蠕动现象，等待数分钟后再读值，读值应根据仪器所附检定证进行刻度和温度的补充校正。例如，某空盒气压计读值为770mmHg，查取它的刻度校正值为-0.1 mmHg，温度校正为-0.03（mmHg/℃15℃）-0.45 mmHg，补充校正为0.6 mmHg，则实际大气压为770-0.1-0.450.6770.05 mmHg。空盒气压计使用前应用水银气压计校正，校正时用小螺丝刀微微拧转盒背面（或侧面）的调节螺丝，使指针所示气压值与水银气压计一致。 使用精密气压计（又称为数字式气压计）时，应按以下程序进行 将电源开关拨到“电源通”的位置，接通电源 将压差计分档置于“0”位置，选择开关拨到“电池”位置 电压小于规定值时，应及时更换电池或充电 电池电压正常后，将选择开关拨到“气压差”位置，仪器通电15min后，可开始工作 测绝对压力 测静压力 将压差计分档置于“0”的位置 将压差计分档置于“0”的位置 选择开关拨到“气压”位置 选择开关拨到“气压差”位置 仪器显示的数字与仪器本身标注基数的代数和即为该测点的绝对压力（数字前有“”号时为负值） 转动气压调节旋钮，使数字显示零值 将仪器移到下一个测点，仪器显示值为两点之间的相对静压差 （2）速压的测算 该点的速压可用风表测其风速，然后由hv＝ρv2/2计算或用皮托管与压差计直接测出hv。使用皮托管测定时，要使管嘴与风流平行，中心孔正对风流传递测点风流的绝对全压（绝对静压与速压之和），而管壁上的小孔则只传递测点的绝对静压；使用U型倾斜压差计测定时，用胶皮管将风流压力接引（传递）到玻璃管内。垂直U型管的两液面差乘以工作液（U形管内所装液体）的比重，即为测定的压差h（mmH2O）；如为倾斜U形压差计，它的压差为h ＝Lδsinα （mmH2O）。 式中LU形管内的液面高差（mm）； αU形管的倾角（）； δ工作液比重。 （3）绝对全压的计算 由于绝对全压以真空为基准，是绝对静压和速压之和，所以由Pt＝Ps＋hv计算。 2. 相对静压、速压和相对全压的测量 按图32布置测压仪器，即可测出压入式和抽出式通风的相对静压、速压和相对全压。 （a） （b） 图32 压力测量布置图 a）压入式通风；b）抽出式通风 1、4测相对静压；2、5测速压；3、6测相对全压； 根据理论分析可以得出相对静压、动压和相对全压之间的关系 ht＝hshv （压入式通风时取﹢，抽出式通风时取﹣） 由此可见，就相对压力而言，相对全压等于相对静压与速压的代数和。对于压入式通风，相对全压等于相对静压加上速压，对于抽出式通风，相对全压等于相对静压减去速压。 关于绝对静压、动压和绝对全压之间的关系与相对静压、动压和相对全压之间的关系，结合图33理解更为直观、容易。 图33 各种压力测量及其相互关系 3. 压差（静压差、全压差）的测量 风流中两点之间的静压差与全压差的测量，可用皮托管和压差计按图34布置。将两支皮托管的“﹣”号端用胶皮管连在压差计上，压差计上的读数即为两点之间的静压差；将两支皮托管的“﹢”号端用胶皮管连在压差计上，压差计上的读数即为两点之间的全压差。 （a） （b） 图34 静压差与全压差的测量 a）静压差的测量；b）全压差的测量 四、测压注意事项 1、携带测压仪表、工具、材料，并检查其可靠性，应该注意 ①空盒气压计无破损、刻度及温度校正表齐全、量程合乎要求； ②压差计或补偿微压计不漏气、装有酒精； ③精密气压计要充足电、显示数据稳定； ④皮托管不堵塞，胶皮管气密性良好。 2、测量绝对压力时使用空盒气压计、精密气压计；测量相对压力或压差时使用U型水柱计、单管倾斜气压计、补偿微压计；测量静压差时也可以使用精密气压计（使用精密气压计时要同时测定测点的标高和空气密度）。 3、用空盒气压计测压时，应将仪器盒面平行于风流方向放置，等待10～20min，一边注意指针的位置，一边用手轻击气压计的玻璃，至指针稳定后，读出测点的大气压力。 4、U型压差计或U型倾斜压差计在测压前应注入蒸馏水或酒精，U型管两侧的液面应处于同一水平。 5、操作单管倾斜压差计时，应配备皮托管和胶皮管，皮托管的管嘴应正对风流方向。 6、使用单管倾斜压差计时应注意 ①测定时，应防止水、杂物堵塞胶皮管，防止车辆、行人、设备等挤压胶皮管； ②仪器和胶皮管的接点要严密，防止漏气影响精度； ③携带压差计行走时要小心，防止损坏和溢出酒精。 7、使用精密气压计时要注意 ①接通电源后至少15min仪器才能工作； ②由于气压变化使气压差值来回跳动时，读数应取平均值； ③测定流速较大的气流静压时，静压管应尽可能与气流方向平行； ④仪器使用完毕后，应将电源开关关闭，切断电源； ⑤若仪器发生故障，应送修理部门检修，不要随意更换元件。 [知识链接] 1、伯努利方程式及其应用 伯努利方程式是空气流动的基本定律，在矿井通风中应用极为广泛，主要是利用伯努利方程式计算井巷通风阻力（压力）和判断风流方向。矿井通风中应用的伯努利方程式的形式如下 hR12＝（P1＋ρ1 v12/2＋Z1ρ1 g ）－（P2＋ρ2 v22/2＋Z2ρ2 g ） 式中 P1 、P21、2断面上空气的绝对静压（Pa）； ρ1 v12/2、ρ2 v22/21、2断面上空气的速压（Pa）； Z1ρ1 g、Z2ρ2 g 1、2断面上空气的位压（Pa）； hR121、2断面之间矿井通风阻力（压力）（Pa）。 在应用伯努利方程式计算时，应注意 （1）各项单位要统一使用国际单位； （2）速压计算中的ρ1 、ρ2 要分别取1、2断面的空气密度； （3）位压计算中的ρ1 、ρ2 要分别取1、2断面与基准面之间的空气柱的平均密度； （4）如不知风流方向，列方程时，应先假设风流方向，如果计算出的通风阻力（压力）为正，说明风流方向假设正确；如果为负，则风流方与假设相反。 例31在某一通风井巷中，测得1、2两断面的绝对静压分别为101324.7 Pa和101858 Pa，若S1S2，两断面间的高差Z1-Z2100m，巷道中rm121.2kg/m3，求1、2两断面间的通风阻力，并判断风流方向。 解假设风流方向12，列方程 hR12 ＝（P1＋ρ1 v12/2＋Z1ρ1 g ）－（P2＋ρ2 v22/2＋Z2ρ2 g ） ＝（P1－P2 ）＋（ρ1 v12/2－ρ2 v22/2 ）＋（ Z1ρ1 g－Z2ρ2 g ） ＝（101324.7－101858）＋0＋1009.811.2 ＝ 643.9 Pa 由于阻力（压力）值为正，所以原假设风流方向正确，12。 2、规程的有关规定 第106条规定矿井必须有足够数量的通风安全检测仪表。仪表必须由国家授权的安全仪表计量检验单位进行检验。 [课堂练习] 9