2. 压差测量基本原理

矿井通风设施（风门、风窗、密闭、风桥、防爆门等）的压差测量，本质上是对空气在巷道与设施前后能量分布的一次“体检”。要读懂压差计上的读数，必须先弄清三个基本压力量的物理含义及其相互关系，否则同一个读数可能被误判为漏风、堵塞或仪表故障。

一、静压、动压与全压的定义

在矿井通风中，空气压力通常以“相对压力”表示，即以当地同标高大气压为零点。三个基本量为：

• 静压 p_s：空气分子热运动对风管壁或巷道壁产生的垂直作用压力，方向各向同性。它反映该点空气的压缩程度，是推动空气克服阻力流动的“势”的主要部分。测量时感压孔应垂直于气流方向，避免气流直冲。
• 动压 p_v：空气因定向流动而具有的单位体积动能所对应的压力，恒为正值，方向沿气流方向。其计算式为 p_v = ρv²/2，其中 ρ 为空气密度（kg/m³），v 为风速（m/s）。动压只能通过测量全压与静压之差获得，不能直接用静压管测得。
• 全压 p_t：静压与动压的代数和，p_t = p_s + p_v。全压代表该点空气所具有的总能量中与压力有关的部分，其方向沿气流方向。全压管（皮托管）正对气流开口所感受的即为全压。

需要强调符号约定：在通风工程中，静压可正可负（相对大气压），动压恒正，全压则随静压正负而定。当巷道内为负压通风（抽出式）时，静压为负值，全压也为负值，但全压的绝对值小于静压绝对值，因为动压为正、抵消了一部分负静压。这一符号关系是判断风流方向和设施漏风方向的关键。

二、压差与伯努利方程

压差即两点之间的压力之差。测量通风设施压差时，通常测量设施两侧同一标高、同一断面特征位置的全压差或静压差。对于风门、密闭等隔断设施，两侧风速近似为零，动压可忽略，此时静压差即近似等于全压差，读数直接反映设施两侧的漏风驱动力。

伯努利方程描述了空气在稳定流动中能量沿流程的转换与损失。对矿井巷道中 1、2 两个断面（取同一基准面，忽略标高差或已计入位压），有：

p_s1 + ρv1²/2 = p_s2 + ρv2²/2 + h_loss(1→2)
即  p_t1 = p_t2 + h_loss(1→2)

式中 h_loss 为 1 至 2 断面间的通风阻力损失（Pa）。该式的工程含义是：全压沿风流方向总是递减的，递减量就是该段巷道的阻力损失；而静压的变化则取决于断面风速变化与阻力损失的共同作用——断面扩大、风速降低时，动压减小、静压回升；断面缩小、风速增大时，动压增大、静压下降。这一规律解释了为什么在风窗、风桥等局部地点，静压会出现明显跃变。

将伯努利方程用于通风设施压差测量，可得到两个实用推论：其一，若测得设施两侧全压差 Δp_t，且两侧断面相同、风速相同，则 Δp_t 即为该设施造成的局部阻力；其二，若两侧断面不同，必须分别测出静压和风速，换算为全压后再作差，否则直接用静压差会引入动压差误差。例如某回风巷断面风速 6 m/s、空气密度 1.2 kg/m³，动压约为 21.6 Pa；若两侧风速相差 3 m/s，仅动压差就可达十余帕，足以影响对小型漏风点的判断。

上图给出的是压差测量的典型布置：在设施前后各取一个测量断面，用压差计（U 形管、倾斜微压计或数字微压计）分别接入两断面的静压或全压感压口，读数即为两断面间的压差。图中同时用能量条示意了全压沿程递减、静压与动压相互转换的关系。

三、测量实施要点与结果判读

实际测量时，应按以下要点操作，才能保证读数可用：

1. 确定测量断面：选在设施前后风流稳定、无涡流区、距局部阻力点 3～5 倍巷道直径以外处；两断面应尽量同标高，否则需按空气密度和标高差修正位压。
2. 选择感压方式：测静压时感压孔垂直于气流方向，测全压时全压孔正对气流；同一组压差测量中两侧应采用同一类感压方式，避免混用造成系统误差。
3. 读取并换算：记录压差计读数 Δp，同时测量两侧风速与气温，按 ρ = 1.2×(293/(273+t)) 近似换算空气密度，将静压差换算为全压差后再与设计值比较。
4. 判读结果：若实测压差明显低于设计值，说明设施密封性差或存在漏风通道；若压差异常偏高，则可能是设施堵塞、风窗开口过小或下游巷道阻力增大。对风门而言，压差过大还会造成开门困难，需核算是否符合安全开启力要求。

掌握静压、动压、全压三者的定义与伯努利方程的能量关系，是把压差计读数转化为通风设施状态判断的基础。测量中坚持“同断面、同感压方式、同标高修正”的原则，才能让压差数据真正服务于漏风排查与设施维护决策。