基于关键环的巷道中紊流流体流量测量方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于关键环的巷道中紊流流体流量测量方法，首先确定巷道的截面形状，根据巷道的截面形状确定其平均风速关键环；然后通过测定关键环上任意点的风速，即得到该截面上的平均风速速，根据平均风速即可计算得出巷道中流体的流量。是一种简单、准确测量巷道流体流量的新技术。
【专利说明】基于关键环的巷道中紊流流体流量测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种煤矿巷道中紊流流体流量测量技术，尤其涉及一种基于关键环的巷道中紊流流体流量测量方法。
【背景技术】
[0002]煤炭资源一直以来都是我国重要的能源来源，煤炭在一次能源生产和消费中所占比重一直保持在60%以上，故其开发的力度是最大。由于我国的露天开采煤矿较少，其中92%的煤炭生产是地下开采，而且经过多年的开采，浅部矿产资源日渐枯竭，矿产资源的开采越来越向纵深发展，目前每年大概以20米的速度向下延伸。同时我国724处国有重点煤矿中，煤与瓦斯突出矿井154处，占21.3% ;高瓦斯矿井152处，占21.0%。随着矿山开采强度的加大以及开采深度的增加，井下各个中段的掘进面中瓦斯涌出和聚集的程度也在增力口，并且在一定条件下发生爆炸和燃烧。煤尘亦是井下煤炭开采过程的产物，井下工作人员长期吸入过量的粉尘可以导致尘肺病，并且煤尘在空气中达到一定的浓度时，遇火源容易发生粉尘爆炸。除此之外，各类电器、机械设备的运转状况不良、电网发生短路以及明火等，亦可能引燃运输皮带、电缆以及木支架，造成井下外因火灾。因此矿山开采强度以及深度的增加必然会引发更为严重的瓦斯爆炸、火灾、粉尘事故等其它相关事故，严重威胁着井下的安全生产、工作人员的生命健康和事故防治。
[0003]煤矿事故的频发对矿井通风系统，也提出了越来越高的要求。通风系统是矿井非常重要的辅助系统，它是预防和治理各种灾害，实现煤矿安全生产的基本手段。矿井通风的目的是为井下的工作人员以及各种用风场所提供足够的新鲜风流，稀释或冲淡随着矿山开采而出现的各种有毒、有害、爆炸性气体及粉尘，保证井下作业空间的良好气候条件，为井下工作人员建立起一个安全舒适的劳动环境。事实证明，矿山通风系统的好坏与瓦斯事故、火灾、粉尘治理等关乎安全生产关键因素的成败有着密切关系，许多煤矿的严重事故均和通风系统管理不善或设计不合理有着重要关系。特别是瓦斯(煤尘)爆炸、火灾事故，这两类事故一直是煤矿主要的伤亡事故，并且都与通风管理有着密切的关系，通风管理不善是造成事故发生的主要间接原因。历史上曾发生多次瓦斯与粉尘爆炸事故，都是由于通风不良所引起的。如2012年8月29日，四川省攀枝花市肖家湾煤矿发生特别重大瓦斯爆炸事故，造成45人死亡、I人失踪、54人受伤。该事故就是由于通风管理混乱，通风系统没的稳定可靠性差，回风系统的巷道严重失修，从而使有效风量不足所导致。2007年4月16日，河南省平顶山市王庄煤矿发生特别重大瓦斯爆炸事故，井下死亡31人、伤9人，救护队在抢救过程中发生二次爆炸，造成15名救护队员受伤。该事故也是由于通风管理混乱，局部通风机停风I个月，使溢出的瓦斯积聚并达到爆炸浓度并遇到明火引起瓦斯爆炸，同时煤尘也参与了爆炸。2000年发生在贵州省木冲沟矿死亡164人的特大瓦斯爆炸事故就是也是因为现场管理不善出现了循环风所致。因此矿井通风在安全生产中起着至关重要的作用。
[0004]然而目前我国仍有多数矿井通风系统建设不完善，缺少对于通风系统的监测，无法有效地保证井下相关巷道以及采掘工作面的风量。因此，研究矿井巷道风量准确测量技术及方法，在正常生产时期和发生事故时期都具有非常重要的意义。
[0005]在现有技术中的巷道流体流量的测量方法中，通常采用的是等面积环法求取平均流速或者通过测得截面最大流速再通过最大流速和平均流速的数学关系计算出截面平均流速，前者的测量和计算均较为繁琐，而后者一般采用半经验公式且最大流速的测量也有
一定的误差。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种简单、准确的基于关键环的巷道中紊流流体流量测量方法。
[0007]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
[0008]本发明的基于关键环的巷道中紊流流体流量测量方法，包括步骤:
[0009]首先，确定巷道的截面形状，然后根据巷道的截面形状确定其关键环，所述关键环处的风速等于所述巷道截面上的平均风速；
[0010]然后，通过测定关键环上任意点的风速，即得到该截面上的平均风速速，根据平均风速即可计算得出巷道中流体的流量。
[0011]由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的基于关键环的巷道中紊流流体流量测量方法，由于根据巷道内紊流流体在管道截面上的速度分布特点，确定出截面上平均流速值的分布曲线，即速度分布“关键环”，通过测量“关键环”上任意点的速度值，便可得到该截面上的平均流速值，即可计算得到巷道的流体流量，是一种简单、准确测量巷道流体流量的新技术。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1a为本发明实施例中梯形截面的关键环的位置示意图；
[0013]图1b为本发明实施例中梯形截面的关键环的区域分布示意图；
[0014]图2a为本发明实施例中二心拱截面的关键环的位直不意图；
[0015]图2b为本发明实施例中三心拱截面的关键环的区域分布示意图。
【具体实施方式】
[0016]下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。
[0017]本发明的基于关键环的巷道中紊流流体流量测量方法，其较佳的【具体实施方式】是:
[0018]包括步骤:
[0019]首先，确定巷道的截面形状，然后根据巷道的截面形状确定其关键环，所述关键环处的风速等于所述巷道截面上的平均风速；
[0020]然后，通过测定关键环上任意点的风速，即得到该截面上的平均风速速，根据平均风速即可计算得出巷道中流体的流量。
[0021]对于梯形截面，确定其上底边长、下底边长和高，根据下表计算其关键环的位置:
[0022]
【权利要求】
1.一种基于关键环的巷道中紊流流体流量测量方法，其特征在于，包括步骤: 首先，确定巷道的截面形状，然后根据巷道的截面形状确定其关键环，所述关键环处的风速等于所述巷道截面上的平均风速； 然后，通过测定关键环上任意点的风速，即得到该截面上的平均风速速，根据平均风速即可计算得出巷道中流体的流量。
2.根据权利要求1所述的基于关键环的巷道中紊流流体流量测量方法，其特征在于，对于梯形截面，确定其上底边长、下底边长和高，根据下表计算其关键环的位置:
3.根据权利要求1所述的基于关键环的巷道中紊流流体流量测量方法，其特征在于，对于三心拱截面，确定三心拱墙高和三心拱下底边长，根据下表计算其关键环的位置:
【文档编号】G01F1/704GK103557898SQ201310546143
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年11月6日 优先权日:2013年11月6日
【发明者】何学秋, 聂百胜, 丁翠, 李祥春, 孟筠青 申请人:中国矿业大学(北京)