1. 矿井通风设施压差测量认知
在矿井通风系统中,空气之所以能够沿着井巷、采区和工作面持续流动,根本原因是通风机在进风侧与回风侧之间建立了压力差。压差既是风流流动的驱动力,也是判断通风设施是否完好、漏风是否超标、风量分配是否合理的关键指标。可以说,压差测量是矿井通风日常管理中投入最小、信息量却最大的一项基础工作。
一、压差在通风系统中的作用
矿井通风中的压差通常指两点之间的全压差或静压差。当我们需要判断某段巷道或某道设施的通风阻力时,使用静压差;当需要分析风流能量损失时,则使用全压差。工程上最常用的是静压差,因为静压便于在巷道壁面开孔测量,且与风阻、风量的关系直接。
压差与风量、风阻之间满足通风阻力定律:h = R·Q²,其中 h 为压差(Pa),R 为风阻(N·s²/m⁸),Q 为风量(m³/s)。这一关系说明,在风阻一定的条件下,压差随风量平方增长;反过来,若测得某段设施的压差和通过的风量,就可以反算其风阻,进而判断设施状态是否正常。例如某道风门两侧设计压差约为 120 Pa,实际测得 40 Pa,而风量并未明显增加,则说明风门或墙体存在漏风通道,压差被"短路"了。
压差还决定了通风设施的受力状态。风门、风窗、密闭墙两侧的压差越大,设施承受的载荷越大,漏风和变形的风险也越高。因此压差不仅是通风参数,也是设施结构安全的重要依据。
二、压差测量的意义
压差测量的意义可以归纳为四个方面。第一,评估设施密闭性:密闭墙、风门、风窗的漏风程度,最直接的判据就是两侧压差是否达到设计值。第二,掌握通风阻力分布:通过对主要巷道、采区、工作面测压差,可以绘制通风阻力分布,找出高阻区段。第三,指导风量调节:风窗的开口面积与压差、风量相关,测压差可辅助确定调节量。第四,支撑通风系统分析与灾变研判:在火灾、瓦斯异常等情况下,压差变化往往是最先出现的征兆之一。
三、常见通风设施类型与测量需求
矿井通风设施种类较多,不同设施的压差测量目的和测点布置差异明显,下表给出常见类型的测量需求分析。
| 设施类型 | 主要作用 | 压差测量目的 | 测点布置要点 |
|---|---|---|---|
| 风门(含平衡风门) | 隔断风流、行人通车 | 判断门体与门框密闭性、漏风方向 | 门两侧各设一测点,距门 1~2 m,避开涡流区 |
| 风窗(调节窗) | 调节局部风量 | 核算窗口阻力、校核调节量 | 窗前 2~3 倍巷宽、窗后 4~5 倍巷宽处 |
| 密闭墙 | 封闭采空区、废弃巷道 | 监测漏风、判断墙体内外压差是否异常 | 墙前巷道稳定段设测点,墙内预埋测压管 |
| 风桥 | 实现风流立体交叉 | 检查桥体漏风与局部阻力 | 桥两端稳定段分别测压 |
| 主要通风机装置 | 提供全矿通风动力 | 测定风机静压、全压,核算装置效率 | 风机进口集流器、扩散器出口按规范布点 |
从表中可以看出,风门和密闭墙的测量偏重"密闭性判断",风窗偏重"调节量核算",风机装置偏重"性能核算"。测量目的不同,测点位置、稳定段长度和读数时机的选择也不同,这是压差测量不能"一套方法用到底"的原因。
四、测量系统的基本构成与参照约定
一次完整的压差测量由测压孔(或测压管)、导压管路、压差计(或微压计)、读数与记录四部分组成。测压孔应垂直于巷壁、内壁光滑、无毛刺,孔径一般取 3~5 mm;导压管宜短、少弯折,避免积水与漏气。常用仪器为 U 形管压差计、倾斜式微压计和数字微压计,量程应覆盖预计压差并留有余量。
为避免正负号混乱,本课程统一约定:以风流上游侧为"+"、下游侧为"−",压差取上游静压减下游静压,正值表示风流由上游流向下游。若仪器接管方向相反,读数取负值,应记录并注明接管方式,不得随意取绝对值。
上图给出了一段巷道中同时测量风门与风窗压差的布置示意。测点 A、B 分别位于风门上下游稳定段,测得压差用于判断门体密闭性;测点 C、D 位于风窗上下游,测得压差用于核算窗口阻力与调节量。两组测点各自独立接管、独立读数,避免相互干扰。
五、测量前的需求分析
动手测量之前,应先完成三项需求分析。其一,明确测量目的:是判断密闭性、核算阻力,还是校核风机性能?目的决定测点与仪器。其二,估算压差量级:可依据设计风阻与风量用 h = R·Q² 粗估,据此选择量程与精度。例如预计压差在 50~200 Pa,选用量程 0~1000 Pa、分辨率 1 Pa 的数字微压计即可满足。其三,确认现场条件:测压孔是否已预留、导压管是否通畅、巷道是否有明显涡流或积水,必要时先做一次通气检查。
只有把"为什么测、测哪里、用什么测、读数怎么判"这四个问题在测量前想清楚,压差数据才具有可比性和工程价值,后续的设施维护与通风系统调整才有可靠依据。