巷道平均风速测定装置研究与应用测试

石力博，李亚俊，钟生元

(1.湖南有色冶金劳动保护研究院，长沙 410014；2.非煤矿山通风防尘湖南省重点实验室，长沙 410014)

矿山通风系统测定是矿山安全生产的一项重要内容。测定矿山井巷风量时，走线法应用仍较为普遍。走线法一般是采用人手持翼式风表沿特定线路匀速移动[1]，且在单位时间内走完既定线路，巷道平均风速为风表转速与时间的比值再加以修正[2]。实际测定时由于人的主观因素，手持风表所走线路轨迹及速度均不相同[3-4]，加之不同人测定时人体截面积不完全相同，实际测定出巷道的风量存在较大误差，解决此问题的关键即为如何消除人对风速测定时各种不利因素的影响[5]。

为消除现有走线法通风系统测定时的不利因素，拟设计一种适用于巷道平均风速的测定装置，该装置在进行风量测定时无需人的直接干预，从而消除走线测风法中测定风量失真的问题，从而更精确的对矿井风量进行测定，指导矿山安全生产。

1 装置设计

1.1 装置设计思路

该测风装置拟解决走线法测风时人工操作的不利因素，应采用自动机械测定代替人工操作的方式，风量测定方式仍为走线法不变。因此，须采用机械传动的方式将翼式风表固定于固定的运行轨迹上以达到整个断面平均风速的测定。装置结构主要分为两部分，即运行结构装置与风量测定装置，以此实现装置测定部分在设定的运行轨迹上匀速运动，实现巷道风量的更精确测定。

1.2 装置结构设计

整体装置结构如图1所示，图中装置伸缩支撑杆1(具体结构见图2)安装于井巷的地面、顶部以及侧壁用于固定装置运行轨道；装置运行轨道由预成形工字型导轨1、4等部件构成，导轨1、4通过连接圆环3固定于伸缩支撑杆上，形成装置的整体运行轨道结构，装置测定部分通过设置可在轨道上运动的测风小车实现。运输小车通过一个主动轮和两个导向轮安装于工字型导轨上，同时测定部分设置电子翼式风表及电源控制模块安装于测风小车上，测风小车利用直流电机驱动，测风小车及电子翼式风表通过遥控器启动或停止，装置具体结构见图3、图4。

为满足同一地点多次检测的需要，测风小车可在工字型导轨上以设定的速度双向匀速行驶。因此，远程控制测风可消除人为因素的影响，使测量结果更加准确。同时，使用工字型导轨作为测风小车的导轨，可以适应不同截面形状的井巷。

1.3 装置测风实现方式

装置使用时先选取测定断面，在所选测定断面布置及固定测定导轨，导轨布置完成后，将测风小车置于导轨一端，测风小车可在工字型轨道上以设定的速度匀速行驶，确保电子翼式风表测风时在井巷横截面每个点的时间均一性，装置安装完成后，遥控开启装置测定，无线传输的电子翼式风表在测风小车带动下沿测风轨道匀速运行，测量结束传输测定数据，整个测定过程无人员干预，风表移动速度及轨迹均匀。

2 装置可靠性试验测试

2.1 试验系统

为测定上述测风装置所测风量准确性，研究采用试验的方式对装置测风误差进行测定，设计试验测试系统装置由三部分组成，包括通风动力及控制部分，流量标定部分(装置中串联空气流量计标定实际风量)及试验测定部分(测定断面)。通风动力及控制部分包括通风机及风速控制器，风速控制器可调节风机转速从而控制系统风量，空气流量计串联装于装置中间，可准确计量系统实际风量，测定断面部分为2.2 m×2 m模拟拱形巷道断面，试验中分别用常规人工走线法及本次设计装置测定风量，并与标定风量对比验证装置测风可靠性，试验装置系统结构见图5。

2.2 试验测试

试验通过调节装置风速控制器，控制风机转速改变系统风量，测试设置三档风速分别为风速1、风速2、风速3。分别用常规人工走线法及本次研究设计装置在测定断面A-A处风速并计算风量，并与流量计实际监测风量对比，各风速档位下常规走线法(风量计算按实际减去人体截面0.4 m2)和本次平均风速测定装置测定(风量计算按实际减去装置面积0.08 m2)，结果分别见表1和表2。

表1 人工走线法测定风量值Table 1 Test artificial value of air quantity /(m3·s-1)

表2 装置测定风量值Table 2 Test device value of air quantity /(m3·s-1)

2.3 试验结果分析

表1、表2的试验测定结果显示，走线法人工测定风量误差明显高于使用装置测定风量误差，两种方法测定误差百分比值见表3，采用人工测定风量与实际风量误差平均值在5%以上，超出一般统计学意义上的95%置信区间范围。采用本设计装置测定误差，平均误差在2%以内，测量精度有明显的提升。装置测定结果更准确的原因是因为装置风量测定时无需人的直接干预，装置测风线路较人工测定覆盖更广，且测定速度均匀，能更精确地反映整个截面各处风速值，所测风量也更精确。因此，使用该装置测定巷道平均风速可更真实有效地反映矿山实际风量值。

表3 巷道风量测定值与实际值对比Table 3 Calculation results of roadway air volume /%

3 结语

针对矿山通风系统中走线法测风时人工操作手持风表所走线路轨迹及速度均不相同造成测量误差较大的问题，研究设计出巷道平均风速测定装置，并进行实际测定测试，研究测试结果总结如下：

1)测定装置采用测风装置在固定轨道上通过匀速走线方式测定风量，测定过程不受人工干预，有效克服人工走线法测量时因主观因素造成的不可避免的测量误差。

2)对人工走线法测定装置和该巷道平均风速测定装置测定风量结果进行可靠性试验测试，测试结果显示人工测定风量与实际风量测定结果误差较大，巷道平均风速测定装置测定风量测量误差较小，平均测量误差在2%以内。

3)设计的巷道平均风速测定装置测风操作简便，测量精度较人工走线测风有较大幅度提高，该装置可应用于矿山井下定点风量测定，更真实有效地反映矿山实际风量。