CN111579194A - 测定矿井风窗控风效应的方法及系统 - Google Patents

测定矿井风窗控风效应的方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种测定矿井风窗控风效应的方法，包括步骤：S1.确定试验巷道不安装风窗的巷道风阻值；S2.确定试验巷道安装风窗后不同开窗面积对应的巷道风阻值；S3.计算不同开窗面积的风窗风阻值；S4.对开窗面积以及风窗风阻值进行拟合并形成开窗面积与风窗风阻值的关系曲线；一种测定矿井风窗控风效应的系统，包括试验巷道、设置于试验巷道内的风窗、设置于试验巷道一端的风压控制单元、通风参数采集单元以及通风参数处理单元。本发明的一种测定矿井风窗控风效应的方法及系统，能够有效准确地测定风窗的风阻属性，操作过程简单，进而为矿井风量的调配提供技术支持，大幅度提高矿井风量调控的精度和效率。

Description

测定矿井风窗控风效应的方法及系统
技术领域
本发明涉及矿井风窗领域，具体涉及一种测定矿井风窗控风效应的方法及系统。
背景技术
矿井通风是煤矿安全生产的基础保障，通风系统的有效运行得益于井下纵横交错的巷道，由于矿井实际生产的需要，井下经常会安装一些用于调节巷道风量的调节风窗，在控制调节风窗开口面积时，由于不清楚风窗开口面积与其风阻之间的关系，往往是根据个人经验去估算风窗的风阻值，如果估算误差过大，很容易引起通风管理决策的失误，造成人力、物力以及资源的浪费，还影响矿井的正常生产。
目前，矿井研究风窗对巷道控风效应的影响主要存在以下几个难点：①测定工作强度大，现场实施条件困难，同时会严重影响矿井的正常生产；②矿井现场条件复杂，影响因素较多，测定误差较大。
因此，为解决以上问题，需要一种测定矿井风窗控风效应的方法及系统，能够有效准确地测定风窗的控风效应，操作过程简单，进而为矿井风量的调配提供技术支持，大幅度提高矿井风量调控的精度和效率。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供测定矿井风窗控风效应的方法及系统，能够有效准确地测定风窗的控风效应，操作过程简单，进而为矿井风量的调配提供技术支持，大幅度提高矿井风量调控的精度和效率。
本发明的测定矿井风窗控风效应的方法，包括如下步骤：
S1.确定试验巷道不安装风窗的巷道风阻值R0；
S2.确定试验巷道安装风窗后开窗面积为Si时对应的巷道风阻值Ri；
S3.计算开窗面积为Si时对应的风窗风阻值Rwi；其中，所述风窗风阻值Rwi＝Ri-R0，i＝1,2，…,N；
S4.对风窗开窗面积Si以及风窗风阻值Rwi进行拟合并形成开窗面积与风窗风阻值的关系曲线。
进一步，步骤S1中，根据如下步骤确定试验巷道不安装风窗时的巷道风阻值R0：
S11.采集试验巷道在不同通风量下的若干组大气压力差值以及风速；
S12.根据若干组大气压力差值以及风速，分别计算每组的试验巷道风阻值R′0，所述试验巷道风阻值
Figure BDA0002488921980000021
其中，△P0为试验巷道两端之间的大气压力差值，v0为通风风速，s0为试验巷道的截面面积；
S13.判断若干组巷道风阻值之间的误差是否超过η，若是，则重复步骤S11-S12；若否，则进入步骤S14；其中，η为设定参数；
S14.将若干组巷道风阻值的平均值作为试验巷道不安装风窗时的巷道风阻值R0。
进一步，步骤S13中，判断若干组巷道风阻值之间的误差是否超过η具体包括：
计算若干组巷道风阻值的标准差；
判断巷道风阻值的标准差与参数η的差值是否大于0，若是，则若干组巷道风阻值之间的误差超过η，若否，则若干组巷道风阻值之间的误差没有超过η。
进一步，步骤S2中，根据如下步骤确定试验巷道安装风窗后开窗面积为Si时对应的巷道风阻值Ri：
S21.采集试验巷道在不同通风量下的若干组大气压力差值以及风速；
S22.根据若干组大气压力差值以及风速，分别计算每组的巷道风阻值R′i，所述巷道风阻值
Figure BDA0002488921980000031
其中，△P0为试验巷道两端之间的大气压力差值，v0为通风风速，s0为试验巷道的截面面积；
S23.判断若干组巷道风阻值之间的误差是否超过δ，若是，则重复步骤S21-S22；若否，则进入步骤S24；其中，δ为设定参数；
S24.将若干组巷道风阻值的平均值作为试验巷道安装风窗的开窗面积Si对应的巷道风阻值Ri。
进一步，步骤S23中，判断若干组巷道风阻值之间的误差是否超过δ具体包括：
计算若干组巷道风阻值的标准差；
判断巷道风阻值的标准差与参数δ的差值是否大于0，若是，则若干组巷道风阻值之间的误差超过δ，若否，则若干组巷道风阻值之间的误差没有超过δ。
一种测定矿井风窗控风效应的系统，包括试验巷道、设置于试验巷道内的调节风窗、设置于试验巷道一端的风压控制单元、通风参数采集单元以及与所述通风参数采集单元通信连接的通风参数处理单元；
所述风压控制单元为变频风机，用于对试验巷道的风压进行调节；
所述通风参数采集单元用于采集试验巷道不安装调节风窗和试验巷道安装调节风窗时的试验巷道通风参数；所述通风参数包括试验巷道风速和试验巷道两端之间的大气压力差值；
所述通风参数处理单元的信号输入端与通风参数采集单元的输出端连接，所述通风参数处理单元用于接收并处理试验巷道风速和试验巷道两端之间的大气压力差值。
进一步，所述通风参数采集单元包括风速传感器、硅胶管以及压差传感器；
所述风速传感器设置于调节风窗出风侧；所述风速传感器的输出端与所述通风参数处理单元的信号输入端连接，所述风速传感器用于测量试验巷道风速；
所述硅胶管的输入端设置于调节风窗进风侧；所述压差传感器的第一输入端与所述硅胶管的输出端连接，所述压差传感器的第二输入端设置于调节风窗的出风侧，所述压差传感器的输出端与所述通风参数处理单元的信号输入端连接；所述压差传感器用于测量第一输入端与第二输入端之间的大气压力差值。
本发明的有益效果是：本发明公开的一种测定矿井风窗控风效应的方法及系统，通过测算试验巷道不安装风窗的巷道风阻值以及安装风窗的不同风窗面积对应的巷道风阻值，得到不同开窗面积对应的风窗风阻值，并最终得到开窗面积与风窗风阻值的关系曲线，能够有效准确地测定风窗的控风效应，操作过程简单，进而为矿井风量的调配提供技术支持，大幅度提高矿井风量调控的精度和效率。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明的方法流程示意图；
图2为本发明的试验巷道测定系统的平面示意图；
图3为本发明的试验巷道测定系统的立体示意图；
图中，1为进风口；2为出风口；3为变频风机；4为试验巷道。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明做出进一步的说明，如图所示：
本发明的测定矿井风窗控风效应的方法，包括如下步骤：
S1.确定试验巷道不安装风窗的巷道风阻值R0；
S2.确定试验巷道安装风窗后开窗面积为Si时对应的巷道风阻值Ri；本实施例中，所述风窗为插板式调节风窗或百叶窗式调节风窗；根据风窗开口的最大面积Smax，可将风窗开口面积划分为n等份，分别标记为S1，S2，S3，…，Si，…，Sn，其中，Si＝i·S1，且Sn＝Smax，i＝1,2，…,N，n为正整数；
S3.计算开窗面积为Si对应的风窗风阻值Rwi；其中，所述风窗风阻值Rwi＝Ri-R0，i＝1,2，…,N；
S4.对开窗面积Si以及风窗风阻值Rwi进行拟合并形成开窗面积S与风窗风阻值Rw的关系曲线Rw-S；
本实施例中，步骤S1中，根据如下步骤确定试验巷道不安装风窗时的巷道风阻值R0：
S11.对风速传感器以及压差传感器进行校准，从而保证风速传感器以及压差传感器能够正常使用。开启变频风机，调节变频风机的转动频率3次，每次转动的频率为任意值，每次等待试验巷道的风流稳定5分钟后，再进行通风参数的测量。具体地，使用压差传感器测量第一输入端与第二输入端之间的大气压力差值分别为△P01、△P02、△P03，使用风速传感器测量风速传感器所在处的通风风速分别为v01、v02、v03。
S12.根据上述步骤得到的通风参数，依次计算每次的巷道风阻值R′0，所述巷道风阻值
Figure BDA0002488921980000051
其中，△P0为试验巷道两端之间的大气压力差值，单位为Pa；v0为试验巷道通风风速，单位为m/s；s0为试验巷道的截面面积，单位为m2；计算得到的巷道风阻值分别为R01、R02、R03。
S13.判断巷道风阻值R01、R02、R03之间的误差是否超过η，若是，则重复步骤S11-S12；若否，则进入步骤S14；其中，η为设定参数，本实施例中，η取值为5％。
S14.将巷道风阻值R01、R02、R03的平均值作为试验巷道不安装风窗时的巷道风阻值R0，即是
Figure BDA0002488921980000052
本实施例中，步骤S13中，判断巷道风阻值R01、R02、R03之间的误差是否超过η具体包括：
根据现有的计算公式得到巷道风阻值R01、R02、R03的标准差σ1；
判断巷道风阻值的标准差σ1与参数η的差值是否大于0，若是，则巷道风阻值R01、R02、R03之间的误差超过η，若否，则巷道风阻值R01、R02、R03之间的误差没有超过η。
本实施例中，步骤S2中，根据如下步骤确定试验巷道安装风窗的开窗面积Si对应的巷道风阻值Ri：
S21.调节变频风机的转动频率3次，每次转动的频率为任意值，每次等待试验巷道的风流稳定5分钟后，再进行通气气体参数的测量。具体地，使用压差传感器测量第一输入端与第二输入端之间的大气压力差值分别为△Pi1、△Pi2、△Pi3，使用风速传感器测量风速传感器所在处的通风风速分别为vi1、vi2、vi3。
S22.根据上述步骤得到的通风参数，依次计算每次的巷道风阻值R′i，所述巷道风阻值
Figure BDA0002488921980000061
其中，△P0为试验巷道两端之间的大气压力差值，单位为Pa；v0为试验巷道通风风速，单位为m/s；s0为试验巷道的截面面积，单位为m2；计算得到的巷道风阻值分别为Ri1、Ri2、Ri3。
S23.判断巷道风阻值Ri1、Ri2、Ri3之间的误差是否超过δ，若是，则重复步骤S21-S22；若否，则进入步骤S24；其中，δ为设定参数，本实施例中，δ取值为5％；
S24.将巷道风阻值Ri1、Ri2、Ri3的平均值作为试验巷道安装风窗的开窗面积Si对应的巷道风阻值Ri，即是
Figure BDA0002488921980000062
本实施例中，步骤S23中，判断巷道风阻值Ri1、Ri2、Ri3之间的误差是否超过δ具体包括：
根据现有的计算公式得到巷道风阻值Ri1、Ri2、Ri3的标准差σ2；
判断巷道风阻值的标准差σ2与参数δ的差值是否大于0，若是，则巷道风阻值Ri1、Ri2、Ri3之间的误差超过δ，若否，则巷道风阻值Ri1、Ri2、Ri3之间的误差没有超过δ。
本实施例中，将开窗面积S与风窗风阻值Rw的关系曲线Rw-S输入到现有的通风网络计算软件解算模型，经过通风网络计算软件解算模型的模拟计算得到矿井巷道所需的风量等各种参数，进而为矿井巷道的风量调配提供定量化决策支持。
本发明的测定矿井风窗控风效应的系统(如图2)，包括试验巷道、设置于试验巷道内的调节风窗、设置于试验巷道出风口的风压控制单元、通风参数采集单元以及与所述通风参数采集单元通信连接的通风参数处理单元；
本实施例中，所述试验巷道4的两端分别设置有进风口1和出风口2；沿着风流方向，在试验巷道内依次设置A处、B处以及C处；所述调节风窗安装在试验巷道B处；
所述风压控制单元用于对试验巷道的风压进行调节；本实施例中，所述风压控制单元为变频风机3；所述变频风机3安装在试验巷道出风口。
所述通风参数采集单元用于采集试验巷道不安装调节风窗和试验巷道安装调节风窗时的试验巷道通风参数；所述通风参数包括试验巷道通风风速和试验巷道两端之间的大气压力差值；
所述通风参数处理单元的信号输入端与通风参数采集单元的输出端连接，所述通风参数处理单元用于接收并处理通风风速和大气压力差值。本实施例中，所述通风参数处理单元包括电脑和安装于电脑的风窗风阻值计算软件，所述风窗风阻值计算软件使用现有的编程语言(JAVA或C等)实现；将接收的验巷道通风风速和试验巷道两端之间的大气压力差值输入到所述风窗风阻值计算软件，可以计算得到风窗风阻值。
本实施例中，所述通风参数采集单元包括风速传感器、硅胶管以及压差传感器；
所述风速传感器安装在试验巷道C处，所述风速传感器的输出端与所述通风参数处理单元的信号输入端连接，所述风速传感器用于测量试验巷道风速；
所述硅胶管的输入端设置于调节风窗进风侧；本实施例中，所述硅胶管的输入端设置于试验巷道A处，所述硅胶管的输入端用于采集大气静压参数；
所述压差传感器的第一输入端与所述硅胶管的输出端连接，所述压差传感器的第二输入端设置于试验巷道C处，所述压差传感器的输出端与所述通风参数处理单元的信号输入端连接，所述压差传感器用于测量第一输入端与第二输入端之间的大气压力差值。
其中，所述变频风机、风速传感器、硅胶管以及压差传感器均采用现有技术，在此不再赘述；
本实施例中，按照通风阻力行业测定标准要求，所述试验巷道A处与试验巷道进风口之间的距离L1不小于试验巷道截面宽度的8倍；所述试验巷道B处与试验巷道A处之间的距离LAB不小于试验巷道截面宽度的3倍；所述试验巷道B处与试验巷道C处之间的距离LBC不小于试验巷道截面宽度的8倍；所述试验巷道C处与试验巷道出风口之间的距离L2不小于试验巷道截面宽度的3倍。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种测定矿井风窗控风效应的方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1.确定试验巷道不安装风窗的巷道风阻值R0；
S2.确定试验巷道安装风窗后开窗面积为Si时对应的巷道风阻值Ri；
S3.计算开窗面积为Si时对应的风窗风阻值Rwi；其中，所述风窗风阻值Rwi＝Ri-R0，i＝1,2，…,N；
S4.对风窗开窗面积Si以及风窗风阻值Rwi进行拟合并形成开窗面积与风窗风阻值的关系曲线。
2.根据权利要求1所述的测定矿井风窗控风效应的方法，其特征在于：步骤S1中，根据如下步骤确定试验巷道不安装风窗时的巷道风阻值R0：
S11.采集试验巷道在不同通风量下的若干组大气压力差值以及风速；
S12.根据若干组大气压力差值以及风速，分别计算每组的试验巷道风阻值R'0，所述试验巷道风阻值
Figure FDA0002488921970000011
其中，△P0为试验巷道两端之间的大气压力差值，v0为通风风速，s0为试验巷道的截面面积；
S13.判断若干组巷道风阻值之间的误差是否超过η，若是，则重复步骤S11-S12；若否，则进入步骤S14；其中，η为设定参数；
S14.将若干组巷道风阻值的平均值作为试验巷道不安装风窗时的巷道风阻值R0。
3.根据权利要求2所述的测定矿井风窗控风效应的方法，其特征在于：步骤S13中，判断若干组巷道风阻值之间的误差是否超过η具体包括：
计算若干组巷道风阻值的标准差；
判断巷道风阻值的标准差与参数η的差值是否大于0，若是，则若干组巷道风阻值之间的误差超过η，若否，则若干组巷道风阻值之间的误差没有超过η。
4.根据权利要求1所述的测定矿井风窗控风效应的方法，其特征在于：步骤S2中，根据如下步骤确定试验巷道安装风窗后开窗面积为Si时对应的巷道风阻值Ri：
S21.采集试验巷道在不同通风量下的若干组大气压力差值以及风速；
S22.根据若干组大气压力差值以及风速，分别计算每组的巷道风阻值Ri'，所述巷道风阻值
Figure FDA0002488921970000021
其中，△P0为试验巷道两端之间的大气压力差值，v0为通风风速，s0为试验巷道的截面面积；
S23.判断若干组巷道风阻值之间的误差是否超过δ，若是，则重复步骤S21-S22；若否，则进入步骤S24；其中，δ为设定参数；
S24.将若干组巷道风阻值的平均值作为试验巷道安装风窗的开窗面积Si对应的巷道风阻值Ri。
5.根据权利要求4所述的测定矿井风窗控风效应的方法，其特征在于：步骤S23中，判断若干组巷道风阻值之间的误差是否超过δ具体包括：
计算若干组巷道风阻值的标准差；
判断巷道风阻值的标准差与参数δ的差值是否大于0，若是，则若干组巷道风阻值之间的误差超过δ，若否，则若干组巷道风阻值之间的误差没有超过δ。
6.一种测定矿井风窗控风效应的系统，其特征在于：包括试验巷道、设置于试验巷道内的调节风窗、设置于试验巷道一端的风压控制单元、通风参数采集单元以及与所述通风参数采集单元通信连接的通风参数处理单元；
所述风压控制单元为变频风机，用于对试验巷道的风压进行调节；
所述通风参数采集单元用于采集试验巷道不安装调节风窗和试验巷道安装调节风窗时的试验巷道通风参数；所述通风参数包括试验巷道风速和试验巷道两端之间的大气压力差值；
所述通风参数处理单元的信号输入端与通风参数采集单元的输出端连接，所述通风参数处理单元用于接收并处理试验巷道风速和试验巷道两端之间的大气压力差值。
7.根据权利要求6所述的测定矿井风窗控风效应的系统，其特征在于：所述通风参数采集单元包括风速传感器、硅胶管以及压差传感器；
所述风速传感器设置于调节风窗出风侧；所述风速传感器的输出端与所述通风参数处理单元的信号输入端连接，所述风速传感器用于测量试验巷道风速；
所述硅胶管的输入端设置于调节风窗进风侧；所述压差传感器的第一输入端与所述硅胶管的输出端连接，所述压差传感器的第二输入端设置于调节风窗的出风侧，所述压差传感器的输出端与所述通风参数处理单元的信号输入端连接；所述压差传感器用于测量第一输入端与第二输入端之间的大气压力差值。
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CN113447671B (zh) * 2021-07-15 2022-09-23 中煤科工集团重庆研究院有限公司 基于高低频超声波的巷道断面风速检测方法

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