矿井通风阻力测定及微机处理系统研究

维普资讯 http://www.cqvip.com 第１６卷第５期　中　国　矿　业　Ｖｏ１．１６，Ｎｏ．５　２００７年５月　ＣＨＩＮＡ　ＭＩＮＩＮＧ　ＭＡＧＡＺＩＮＥ　Ｍａｙ　２００７　矿井通风阻力测定及微机处理系统研究＊　王国臣　（黑龙江省鸡西大学安全与环境工程系・鸡西１５８１００）　摘　要：通过矿井通风能量方程原理，并利用数据库技术中的关系型数据系统，建立数模、算法及　程序，编制了一种科学、经济、快速而简捷的矿井通风阻力测定数据微机处理系统软件，能在极短时间　内完成通风阻力的全部测定工作。　关键词：能量方程　通风阻力　气压计法　数据库技术　中图分类号：ＴＤ７２２　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００４—４０５１（２００７）０５—０１０７—０３　ＶＥＮＴＩＬＡＴＩｏＮ　ＲＥＳＩＳＴＡＮＣＥ　ＭＩＮＥ　ＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴＳ　ＡＮＤ　ＣｏＭＰＵＴＥＲ　ＰＲｏＣＥＳＳＩＮＧ　ＳＹＳＴＥＭＳ　ＲＥＳＥＡＲＣ：Ｈ　Ｗａｎｇ　Ｇｕｏｃｈｅｎ　（Ｊｉｘｉ　Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ　ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｓｅｃｕｒｉｔｙ　ａｎｄ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ・Ｊｉｘｉ　１５８１００）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｅｎｅｒｇｙ　ｅｑｕａｔｉｏｎ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｕｓｅ　ｏｆ　ｄａｔａｂａｓｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ—　ｂａｓｅｄ　ｄａｔａ　ｓｙｓｔｅｍｓ　ｒｅｌａｔｉｏｎｓ，ｔｈｅ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔ　ｏｆ　ａ　ｎｕｍｂｅｒ　ｏｆ　ｍｏｄｕｌｅｓ，ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ　ａｎｄ　ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ，ｐｒｅｐａ—　ｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａ　ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ，ｅｃｏｎｏｍｉｃ，ｒａｐｉｄ　ａｎｄ　ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｄａｔａ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ｓｏｆｔｗａｒｅ，ｉｎ　ａ　ｖｅｒｙ　ｓｈｏｒｔ　ｐｅｒｉｏｄ　ｏｆ　ｔｉｍｅ　ｔＯ　ｃｏｍｐｌｅｔｅ　ａｌｌ　ｔｈｅ　ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｍｅａｓｕｒｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｅｎｅｒｇｙ　ｅｑｕａｔｉｏｎ　Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　Ｂａｒｏｍｅｔｅｒ　Ｆｒａｎｃｅ　Ｄａｔａｂａｓｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　矿井通风阻力测定工作，是通风安全技术管理　均流速ｕ　、ｕ２（ｍ／ｓ）；风流的密度ｌＤ　、ｌＤ２（ｋｇ／　工作的重要内容之一。在每一个矿井，如要科学、　ｍ。）；距基准面的高程Ｚ　、Ｚ２；ｇ一重力加速度，　经济、合理地组织矿井通风工作，就必须定期进行　ｍ／ｓ　（ｍ）。由能量方程可得到测定矿井通风阻力　通风阻力测定。《煤矿安全规程》第１１９条规定：　基本公式：　新井投产前必须进行１次矿井通风阻力测定，以后　每３年至少进行一次。矿井转入新水平或改变一翼　ｈＲ≈（Ｐ　一Ｐ２）＋（等ｌＤ，～等ｌ０２）＋　通风系统后，必须重新进行矿井通风阻力测定。　（ｇｐｌ　Ｚｌ—ｇＰ２Ｚ２），Ｊ／ｍ。　（１）　从以上可知，通风阻力测定是一项重要的工　对于水平巷道，见图１所示。由于Ｚ　一Ｚｚ，　作，准确度要求高。本系统采用Ｖｉｓｕａｌ　ＦｏｘＰｒｏ　可以近似认为２１ｐ，ｇ－－ｚ２ｐ２ｇ＝Ｏ。　６．０编写，具有最新可视化关系数据库管理系统开　发平台，具有强大的数据管理能力，比较完善的数　据应用系统。　２矿井通风阻力测定的理论基础　矿井通风阻力测定中，由于仪表的不同，分为　图１水平巷道通风阻力测定　两类：压差计法和气压计法。　（１）压差计法测定通风阻力　同时Ｐ　一Ｐ。一ｈ测×ｋ代入（１）式得：　风流在水平井巷中流动，设１、２断面的参数　ｈＲ—ｈ测×ｋ＋（ｕ；』Ｄ１／２一ｕ；』Ｄ２／２）　（２）　分别为风流的绝对静压Ｐ　、Ｐｚ（Ｐａ）；风流的平　式中：＾测一压差计测出的数据，Ｐａ；　是一气压计的校正因数。　基金项目：黑龙江省教育厅高职高专科研项目（１０５５５０２０）　对于倾斜巷道，见图２（本例题引用下行风，　收稿日期：２００７一Ｏ１—１７　作者简介：王国臣（１９６４一）　男　山东省高唐县人采矿工程专　但原理同样适用于上行风）。　业高级工程师。　由于压差计Ａ侧液面承压为：Ｐ　＋２　ｇｐｍ　，Ｂ　维普资讯 http://www.cqvip.com １Ｏ８　中国矿业　第１６卷　Ｐ一０．００３４９Ｐ／Ｔ一０．００１３４　Ｐｄ／Ｔ　（７）　侧液面承压为：Ｐｚ＋ｚｚｇｐｍｚ，压差计所示测值为：　户２一户１＋Ｚ１ｇｐｍ，一ｚ２ｇｐｍ　２一ｈｕ×ｋ　（３）　式中：Ｐｄ－－０．６１ｅｘｐ　；　把（３）式代入（１）式得：　ｈＲ一　测×ｋ＋（ｕ￣ｐ，／２一ｕ２２ＪＤｚ／２）　（４）　Ｐ一大气压力，Ｐａ　Ｔ一空气的绝对温度，Ｋ；　空气的相对湿度，％；　ｔ　一测点空气温度，℃。　由于空气的相对湿度及饱和气压需查表得到。　在本系统中，只要输入空气的干温度和湿温度，即　图２倾斜巷道通风阻力测定　从式（３）和式（４）可以看出，这两式是一样　的，这就是压差计法测定阻力的公式。　（１）气压计法测定通风阻力　气压计法测定一般可分为基点法和同步法。　①基点法　对于基点法测定时，两点间的通风阻力计算公　式为：　ｈＲ—ｋ１（户１一Ｐ２）＋ｋ２（ｐｃ　２一ｐｃ１）＋　（ｄｐ１／２一ｕ２２ｐ２／２）＋　（ＩＤ１＋１０２）（ｚ１一ｚ２）ｇ／２　（５）　式中：ｋ　，ｋｚ一测量气压计和校正气压计的因数，　包括校正因数及单位换算系数；　Ｐ　，Ｐｚ一测量气压计前、后两测点的读数，　Ｐａ；　Ｐ　Ｐ　一基点校正气压计在测定气压计读　取测值时的读数，Ｐａ。　②同步法　同步法是用两台气压计在测段的前、后测点同　时测定其气压值，因此不必考虑地面气压变化的影　响。　同步法测定时两点问的通风阻力计算公式为：　ｈＲ—ｋ１Ｐ１一ｋ２Ｐ２＋　（ｄｐ１／２一ｕ；ｐ２／２）＋　（ＩＤ１＋１０２）（ｚ１一ｚ２）ｇ／２　（６）　由于矿井通风管理工作中普遍采用同步法，故　本微机处理系统的编程主要针对同步法。　从式（２）、（４）、（５）、（６）中可知，只要测定　两点的压差、风速和空气密度，便可求出测段两点　间的阻力。　（３）空气重率的确定　根据空气学说，矿井内空气的密度计算公式　为：　可在数据库里将相对湿度查出。　ｙ—ｇｐ　（８）　（４）摩擦阻力系数　的确定　ａｆ—ｈ，Ｓ。／Ｑ２　Ｌ　Ｕ　（９）　式中：ａｆ－Ｎ段实测空气摩擦阻力系数，Ｎ・Ｓ２／ｍ＇；　ｈ，一测段间的阻力，Ｐａ；　Ｓ一测段的断面积，ｍ　；　Ｑ一测段通过的风量，ｍ。／ｓ；　Ｌ一测段长度，ｍ；　【，一测段断面周长，ｍ。　根据测定的空气摩擦阻力系数，换算成标准矿　井空气密度（０．１２２ｋｇ／ｍ。）时的摩擦阻力系数ａ，　即：　ａ一０．１２２ａｉ／Ｐｉ　式中：１０，为测段实测的空气密度，ｋｇ／ｍ。。　（５）风阻Ｒ，的确定由于矿井阻力计算公式ｈ，　－Ｒ，Ｑ　得：Ｒ，一ｈｉ／Ｑ　（１０）　这就是计算风阻Ｒ的公式。　（６）巷道断面Ｓ的确定　对于规则、支架完好的矩形和梯形巷道：　Ｓ＝Ｈｂ　（１１）　对于混凝土砌的三心拱巷道：　Ｓ＝ｂ（　＋０．２６ｂ）　（１２）　对于半圆拱巷道：　Ｓ－－ｂ（　＋０．３９ｂ）　（１３）　式中：Ｈ一巷道净高，ＩＴＩ；　６一梯形和矩形巷道为其中心宽度，　拱形巷道　为其宽度，ＩＴＩ；　一拱基高，ＩＴＩ。　（７）自然风压的计算　根据自然风压的计算，如果能直接测出自然风　压的矿井，按测出的自然风压计算。或者根据进、　回风侧的空气平均密度计算出自然风压，公式为：　ＨＮ—ｐ１Ｚ１ｇ－ｐ２Ｚ２ｇ　（１４）　式中：ｐ　、Ｐ　一进风侧、回风侧空气的平均密度，　ｋｇ／ｍ。；　维普资讯 http://www.cqvip.com 第５期　王国臣：矿井通风阻力测定及微机处理系统研究　Ｚ　、Ｚ。一进风侧、回风测测点标高，ｍ。　（８）精度校验　根据风机房测定的水柱计的数据来校验精度，　求出矿井的通风阻力。计算公式如下：　ｈ　一ｈ测一ｕ　ｐ１／２－Ｉ－ＨＮ　（１５）　式中：ｈ　一矿井的通风总阻力，Ｐａ；　ｈ测一风机房水柱计的读数，Ｐａ；　ｕ　一风机进风侧的风速，ｍ／ｓ。　根据上式计算出的通风总阻力和系统测定计算　出的总阻力相比较，误差不得大于５　（经过本系　统的处理，能很好地将误差控制在最小限度内）。　３系统介绍　（１）系统功能　①同步法测定数据处理；②采用压差计法测定　数据进行处理；③可靠性、准确的数据和数据计　算；④数据库和表的建立；⑤可视化编程；⑥打印　各种报表与表格。　（２）系统软、硬件支持　本系统采用６４位编程，须在５８６及以上机型，　须有Ｗｉｎｄｏｗｓ９８或ＷｉｎｄｏｗｓＮＴ支持。　（３）系统开发　本系统只需写很少的程序代码，就可以建立功　能比较完善的数据应用系统，能与ｗｏｒｄ、Ｅｘｅｃｌ、　ＶｉｓｕａｌＢａｓｉｃＴ等软件高度共享和交换数据，并具有　Ｖｉｓｕｓａｌ系列功能强大、面向对象等特点，以其完　备的理论基础和易实现性，受到通风技术管理人员　的欢迎。　本系统由以下几个模块组成：　①数据输入模块。本模块处理用户输入的各种　原始数据。接收屏幕由Ｖｉｓｕａｌ　Ｆｏｘｐｒｏ的屏幕生成　器自动生成。本系统可以使用户输入最少的数据，　只需将必要的数据输入，其相关的数据在别的表格　里不必再输入，本系统将其数据自动加上，可实现　关系数据库标准语言的数据定义、修改和查询功　能。　②数据处理模块。本系统可将用户输入的数　据，按一定的公式计算有关的数据，并将其存入相　关的文件中，可进行修改与有效性检验，选择结　构、循环结构程序设计，能实现函数、子程序与过　程调用等。如：用户只需输入干温度和湿温度，系　统将根据干温度和湿温度查出相对湿度，然后根据　公式（７）求出空气的密度，再根据公式（８）求出　空气的重率，并将它们的结果存入它们的数据库文　件中。　③数据输出模块。本模块根据用户输入的数据　和系统处理后的数据进行可视化显示或在打印机上　打印出来。　④数据处理见图３。　ｌ　用户原始数据输入　【　计算机处理　‘　存人文件　浏览、打印　图３　（４）系统应用示例　２００１年１０月，鸡西矿业集团张新煤矿在东三　采区进行了通风阻力测定。这次测定，在主要的回　风道上布置了３５个测点。利用人工计算要花费１５　～２０ｄ，而且在计算过程中出现错误。利用本系统　大大减少了时间，输人数据和处理只需１ｈ，而且　计算准确。测点越多，这种优势越能显示出来。本　系统能处理９９９９条记录，且具有通用性，如：已　经处理好一个系统后，须处理另外一个系统时，只　需将相应的数据库文件改名即可，以后需调用时，　只要将数据库文件改回原来的名字即可。本系统能　很好地满足矿山通风技术管理的需求。　Ｉ　参考文献　（１３　淮南矿业学院通风安全教研室编．矿井通风技术测定及其应　用［Ｍ］．北京：煤炭工业出版社，１９９０．６．　（２３　马维绪，等．煤矿通风安全技术应用与研究［Ｍ］．徐州：　中国矿业大学，１９９９．　（３３　中国矿业大学．矿井通风计算及程序设计．北京；煤炭工业　出版社，１９９０．　（４３　张国枢．通风安全学［Ｍ］．徐州：中国矿业大学出版社，　２０００．　（５３　秦跃平．矿井通风［Ｍ］．徐州：中国矿业大学出版社，　２００２．　（６３　徐文泉．现代测试技术［Ｍ］．上海：上海科学技术文献出　版社，１９８６．　［７３　白英彩．微型计算机及其应用［Ｍ］．北京：科学出版社，　１９８７．　（８３　罗忠石等．循序渐进学ＶＦＰ［Ｍ］．成都：电子科技大学出　版社，２００２．２．　［９３　侯运炳等．计算机技术及应用［Ｍ］．徐州：中国矿业大学　出版社，２００２．　［１Ｏ３　何学秋．安全工程学［Ｍ］．徐州：中国矿业大学出版社，　２０００．５．　［１１３　Ｒ．．Ｎ．．ＦＯＲＳＴＥＲ．Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ：ｔｈｅ　ａｔｔａｃｋｅｒ’ｓ　ａｄｖａｎ—　ｔａｇｅ［Ｊ］．Ｎｅｗ　Ｙｏｒｋ：Ｓｕｍｍｉｔ，Ｂｏｏｋｓ，１９８６，２２３－－２３７．