序言

矿井通风系统既是矿山安全生产保障系统, 也是矿山能源消耗系统。要求做到技木经济效果好, 安全可靠。

据《冶金矿山矿井通风系统鉴定指标》规定, 现阶段我国金属矿山矿井通风系统的技术经济效果, 拟用风速(风量)合格率、风质合格率、有效风量率、主扇装置效率、风量供需比、综合指标等统一指标进行鉴定。计算这些指标的基本参数和原始数据, 须通过现场实测和统计得来。所以, 搞好通风系统测定是搞好通风系统鉴定的基础。

新建矿井通风系统投入运行后, 应适时进行通风系统测定, 检验它的实际效果是否符合设计〔或安全防尘)要求, 以便采取措施进行合理调整; 随着采掘工程的进展, 矿并风阻、风量也随之发生变化, 为了检查变化后的通风系统技术经济效果, 分析存在问题, 寻求改进途径, 《冶金矿山安全规程》要求对运行中的通风系统应定期(每年一次)进行测定。可见矿井通风系统测定是矿山通风管理工作中的一项基本内容。

《冶金矿山矿井通风系统鉴定指标》中, 只对各项指标的定义、功能及计算方法做了原则规定, 而对各项指标的参数或原始数据的测定、统计方法, 尚未订出实施细则加以详细说明。因此在执行过程中不免出现一些困难和差异。有些差异可能早致对指标的正确性、可比性和鉴定功能的否定。

但是, 制订《矿井通风系统测定实施细则》断非轻而易举的事, 它需要在各类矿山全面试行这套指标并在取得充分的实践经验之后才能制订出来。而在试行过程中又不能没有可供大家共同参照的测量、统计方法。为便于试行工作的开展, 本文将根据北京钢铁学院、东北工学院、中南工业大学、昆明工学院、西安冶金建筑学院、赣州有色冶金研究所及南方冶金学院等单位的实践经验和有关会议的讨论意见, 介绍一些可供参考的测量、统计方法, 以求今后试行过程中积累更多的经验, 为完善通风系统鉴定指标及制订侧定细则提供更充分的依据。

第一节 金属矿山通风系统鉴定指标

《冶金矿山矿井通风系统鉴定指标》中规定的统一指标有以下两类十种：

第一类 基本指标与综合指标 一 基本指标

(一)风速(风最)合格率, η_速(量)它是风速或风量符合《冶金矿山安全规程》要求的通风点数与同时通风点总数的百分比。它反映通风点的风速或风量是否满足需要, 以及风量分配是否合理。其计算式为

式中: Z——同时通风的通风点总数。即同一作业班内, 凿岩、爆破、耙矿、装岩、卸矿、放矿、喷锚、支护等各种需要主扇供风的作业地点、硐室及其他场所, 也即在通风设计中参与主扇风量计算的各种需风点的总数。若各作业班通风点数不均衡, 则按一天中需风量最大的作业班的通风点数取值。

n ——风速(风量)符合《冶金矿山安全规程》或设计要求的通风点数。依排尘风速计算风量的矿山, 风速要求可参照下表取值:

按稀释柴油废气计算风量的矿山, 可以同时作业机台每马力供风量3米³/分为标准

(二)风质合格率, η_质 它是风源质量符合《冶金矿山安全规程》要求的通风点数与同时通风点总数的百分比。它反映工作面风源污染状况。其计算式为

式中: m ——进入通风点的风源质量符合《冶金矿山安全规程》或设计要求的通风点数。

以防尘为主要目标的矿山, 风质主要要求风源含尘量小于0.5毫克/米³, 既防尘又防辐射危害的矿山, 除风源含尘量小于0.5毫克/米³外, 还要求氛及其子体浓度小于1 × 10^-10。居里/升

(三)有效风孟率, η 它是矿井通风系统中的有效风量与主扇装置风量的百分比。它反映主扇装置风量的利用程度。其计算式为

式中: ΣQ_有——同一作业班各通风点的有效风量之和(米³/秒)。

有效风量, 是指到达本通风系统内各通风地点(受本系统主扇供风的贯穿风流通风点、局部通风点及其他需要通风的地点)的新鲜风量。但串联及循环使用的风量不得重复计算。

ΣQ_扇——主扇装置风量, 即在主扇前后一段距离测得的主扇风量(米³/秒)。多台主扇并联时, 取其风量之和；压抽混合式通风时, 取其风量较大者之风量。

(四)主扇装置效率, η_扇 它是主扇装置输出功率与电机输入功率的百分比。它反映主扇装置的实际工况。其计算式为：

式中: H_扇——主扇装置风压(毫米水柱)；

N——主扇电机渝入功率(千瓦)；

η_传——传动效率(%), 直联取100, 皮带传动取95；

η_电——主扇电机效率(%)。此值实测较难, 一般可参照下列范围取值；

(五)风盘供需比(β)或风盆供招指数(β') 它是实测的主扇装置风量与计算的同时通风点总需风量之比值。它反映风量的供需关系。其计算式为:

式中: ΣQ_需——按规定风速(风量)计算的同时通风点需风量之和(米³/秒)。

上述η_速、η_质、η_有、η_扇四者都是愈趋近100%愈好的数, 而β则是愈趋近1愈好的数, 不便综合在一起形成下面将要介绍的综合指标。为便于综合, 拟将β改变成愈趋近100%愈好的数β’——称为风量供需指数。β与β’的关系规定如下：

当1≤β≤1.67^*时，取β’=100%；

* 1.6 7是按有效风量率为80%时多时确定的β值之上限，即。

当β>1.67时，取；

当β < 1时, 取β’=β×100%。

二 综合指标, C

综合指标就是以上五项基本指标的综合结果, 用以概括地衡量矿井通风系统总的技术经济效果, 其计算式为：

第二类 辅助指标

(一)单位有效风盆所藉功奉, W 它是每立方米有效风量通过单位长度主风路所需之功率。它反映单位有效风量的能耗状况。其计算式为：

式中: ΣP——本系统内主扇、辅扇、局扇实际功率之和(千瓦), 按实测的电机输入功率计算；

L——主风路长度(百米)。从本系统入风口至排风口, 沿风量最大的一条风路计算。

(二)单位采掘矿石凰的通风费用, Ⅰ它是年矿井通风总费用与年采掘矿石量之比。它反映通风系统的经济合理性。其计算式为：

式中: ΣF——每年用于本系统的通风总费用(元)；

A——该通风系统内的年采掘矿石量(吨)。

(三)年产万吨矿石供风量(万吨配风比), q 它是主扇装置风量与年采掘矿石量的比值, 用以衡量单位产量的耗风量。其计算式为：

(四)单位采掘矿石盆的通风电耗, E 它是本通风系统内所有扇风机消耗的电能总和与年产采掘矿石量的比值, 用以反映通风能耗状况。其计算式为:

式中: P ——扇风机实际功率(千瓦), 分主扇、辅扇、局扇三类计算；

S——扇风机每昼夜工作时数, 按生产及防尘所需运转时数计算。通常主扇、辅扇为21.5小时, 局扇为12小时。

D——扇风机每年工作日数, 按矿山生产计划确定。

以上共计十项指标(含综合指标)。计算此十项指标的基本参数则有16项, 即n、m、Z、Q_有、Q_需、Q_扇、H_扇、N、P、A、F、L、S、D、η_电、η_传等。其中Z、Q_需、A、F、L、S、D、, η_电、, η_传等是根据通风设计、采掘计划、统计及参考资料、技术规程等, 结合矿山实际清况而确定的。而n、m、Q、Q_扇、H_扇、N、F等则需通过实测而得。如何测法, 尚无统一实施细则可循, 在实际工作中会遇到一些疑难, 常因测定者对某些参数的理解不一, 或现场测定条件困难, 而采取了不恰当的测定方法, 从而得出不正确的结果。为了把通风系统测定搞好, 有必要使则定者对各项参数的概念统一认识, 在测定统计方法上有原则可循。现将目前对主扇装置风量和风压、作业点风速和风质、有效风量、电机功率及同时通风点总数等参数, 比较统一的认识及比较通行的测定统计方法, 分述如下。

第二节 同时通风点总数

同时通风点总数, 是指在同一通风系统内同时进行通风的通风点数之和。同一通风系统内的通风点, 即在同一通风网路内的通风点, 而不是全矿区通风点。一个矿区如有几个通风系统, 则要分系统计算。所谓"同时", 是指同一作业班。不能将一日三班的通风点都作为同时通风点。

同时通风点总数的确定方法。通风点一般可分为两类:一类是需要全日通风的, 如炸药库、水泵房、厕所等, 另一类是分班通风的, 如采场、掘进垱头、支护地点等。对前一类通风点, 应通过实地调查统计出来; 对后一类通风点, 原则上应以矿山的作业计刘为依据, 经现场核实.由测定、生产、通风三方面人员共同商定。确定的原则和步骤是:首先根据矿山正常的生产条件, 分班列出通风点(包括备用的)计划表, 选择同时通风点最多(即风量最大)的作业班来确定通风点总数, 然后由上述三方面人员一同到现场逐一落实, 以此为测定布点的依据。

第三节 主扇装置风量 一 主扇装置风量的棍念

从理论上讲, 主扇风量应在主扇的出风口或入风口直接测量之。但因主扇出、入风口风流正处于急变过程, 难以测准, 必须离开主扇一段距离(如有扩散器及反风道等装置, 还必须离开扩散器及反风道一段距离), 风流较稳定的地段设置测点(见图 1), 间接地测出主扇风量。因为这段距离中含有一段风硐、反风道及扩散器等装置, 故把这样测得的主扇风量称为主扇装置风量。由于有少量的漏风及循环风通过了主扇而未通过测点, 故主扇装置风量比真实的主扇风量略小些。

二 主扇装置风量刚定地点

主扇装置风量是五项基本指标中三项的基本参数, 其值测量得准确与否, 对整个通风系统鉴定的正确性影响很大。要做到测量准确就必须选择好测定地点。好为测定地点必须具备安全可靠, 通过的风量尽可能接近主扇风量, 风流较稳定等基本条件。

据经验, 欲求风流稳定, 则须把侧点选在较平整的直线巷道中, 迎风方向距风流急变(拐弯、突然扩大或缩小、有阻碍物等)处, 保持8倍以上井巷直径或宽度, 背风方向与风流急变处也要保持5倍以上井巷直径或宽度, 如图一所示。永久性测点, 还应将测点处巷道壁粉刷平整, 构成4米长的测风站(其结构见图 8)。

三 测定方法

风量是井巷过风断面与平均风速的乘积, 所以主扇装置风量测定, 实际上是测风地点井巷过风断面积和平均风速两项原始数据的测定。

一 断面积测定

井巷过风断面就是井巷的净断面积减去风水管道及风筒等所占的面积。井巷净断面形状有规则的(如园形, 矩形、梯形及拱形等)和不规则的(掘进断面原形)。对于规则断面只要按几何图形要素测算即可, 对于不规则断面则应采用多点法进行测算。如平均高、宽法、抛物线法、放射线法及滚轮法等。目前应用较广的是放射线法及抛物线法。

1.放射线法。它是用事先制好的带有旋转滑尺的园形分度盘(将360°分为若干等分), 置于巷道断面中心, 利用旋转滑尺顺次测出每一分度从盘中心到巷道璧均距离称为矢径, 以各矢径的平均直为“半径”, 按园面积公式算出巷道断面积：

式中: Yi ——矢径(米);

n——分度效；一般n = 24。

2.抛物线法。此去需用两把滑尺, 一把水平放置在巷直最宽处, 量由巷直最大宽度, 将此宽度n等分, 然后用另一把滑尺顺次置于各等分点上, 量出各点处巷道沟高度, 再依下式计算巷道断面积：

式中：B——巷道最大宽度(米)；

n——B的等分数, 一般n = 10；

h₁ ——初始点的巷道高度(米)；

hn+1——末尾点的巷道高度(米)；

h_单——除1及n+1点外, 单号点的巷道高度(米)；

h_双——除1及+n+1点外, 双号点的巷道高度(米)。

3.滚轮法。它是利用特制的滚轮测量工具(由直径为20厘米的滚轮, 计数器和把手组成), 测出巷道断面周长来换算巷道断面积:

式中: P——所测巷道断面周长(米)；

C——断面形状系数。梯形C= 4.16，园形C = 3.84, 三心拱形C=4.10, 半园拱形C = 3.54。

二 平均风速测定

通常用走线法和点测法。

1.走线法。测风者手持风表在巷道全断面上按一定路线均匀移动, 测得风表的转数(n), 同时用秒表测得移动的时间(t), n/t便是此次所测平均风速。要求重复测量三次。若三次比差 < 5 %, 取三次平均值便是断面平均风速测量值; 若比差> 5 %, 则应将离散最大均那次剔涂重侧, 直至符合要求为止。

由于测风者站在巷道中, 会对风表的示值造成一定影响, 故应予适当校正；

用迎面法时, 巷道断面平均风速

式中: Vs——断面平均风速测量值(米/秒)。

用侧身法时, 巷道断面平均风速

式中: S, 0.4——分别为巷道过风断面积和人体占去的面积(米²)。

为了减少测定误差, 用走线法时须注意：

(1) 路线分布要适当, 其密度视断面大小而定；

(2) 风表始终要保持正对风流方向；

(3) 移动速度要均匀(0.1米/秒左右)；

(4) 风表与秒表开关要同步；

(5) 每次测定时间不宜过长和过短, 一般以2 ~ 3分钟为宜

2.点测法。有分格法、中点法及等值圈法。

(1) 分格法。它是将断面分成若干等面积小格(对矩形、梯形等断面而言)或园环(对园形断面而言), 用风表或热球风速仪探头置于各小格的中点或各园环的4个对称点上, 测得各点的风速, 其平均值即为断面平均风速。也可用毕托管——微压计测得各点的动压(hi), 温度计厕得气温(t), 气压计测得大气压力(P₀), 依下式换算断面平均风速

式中: n——测点数, 一般取12~20个。

等积园环测点半一隆(Ri)的求取公式如下：

式中: m——等积园环数, 视断面大小而定.一般3 ~ 5个；

R——园形井巷或风筒的半径(米或厘米)；

I——从断面中心算起的园环序号。

(2) 中点法。它是用上法测得断面中点风速(V_中)后, 依下式计算断面平均风速:

式中: K——校正系数, 取值范围0. 7 ~ 0. 9, 壁面光滑取大值, 反之取小值。主要测点应通过试验而定。

(3) 等值圈法。它是事先用分格法找出断面中的平均风速等值圈, 测定时将仪表置于等值圈上任意点, 所测到的风速均为断面平均风速。据实验, 当巷道断面规整、风流稳定的情况下, 等值圈大致位于巷道高和宽的1/3处。

上述三法, 以分格法较为准确, 但较费事。中点法及等值圈法虽省事但不准确。主要风量点(如主扇风量点)宜用分格法和走线法。中点法与等值圈法只宜在断面规整、风流稳定的测点使用。

有的矿山, 主扇的进风端紧接回风井, 排风端紧靠排风塔, 前后都没有可供设点的直线风硐或巷道(图 2)。在此情况下, 如系轴流式风机, 主扇装置风量测点只能设在扩散器尾端, 如图 2 (a)的B一B处环形断面中, 用分格动压法测算出环形断面的平均风速和面积计算风量。如系离心式风机, 只能在吸风管中设点, 如图 2 (b)之A一A处, 用同样方法测算风量。据经验, 这种做法的误差为5 %左右。

(待续)