矿山在用通风机风量测试方法分析

姜群山

（辽宁省安全科学研究院，辽宁 沈阳 110004）

通风机是矿山生产的重要安全设备，风机配置的正确与否关系到矿山的安全生产，风量的大小决定井下工作面、需风点是否能获得所需的新鲜风流，以及满足井下降温的需要，满足矿工职业健康的要求。评价通风系统的重要指标包括有效风量率、风机效率、风量供需比，这些鉴定指标都涉及实测通风机风量，《煤矿安全规程》和《金属非金属矿山安全规程》都对通风机测试提出了要求，通风机在实际安装条件下，其进出口巷道截面的风速分布很不均匀，这为风量的精确测试带来很大困难，因此，尽量准确地测试巷道界面的风速是通风机技术测试的关键问题。

1 通风机风量测试方法

通风机风量测试方法通常有风速传感器（风速计）测试法、静压差测试法、动压测试法。

1.1 风速传感器（风速计）测试法[1]

风速传感器（风速计）测试法是利用等积环原理，在测试断面上按GB/T 10178-2006布置测点，用风速传感器测量每个测点的风速。测试原理见图1、图2。

图1 圆形截面等积环原理测点分布图

图2 三心拱截面等积环原理测点分布图

对于圆形截面，计算各测点的平均风速，再根据圆形截面面积计算风量：

式中：q—通过通风机的风量，m3/s；vi—第i个测点测得的风速，m/s；n—测点数；S—测风断面面积，m2。

对于三心拱截面，风量计算如下：

计算见式（2）。

式中：q—通过通风机的风量，m3/s；vi—第i条线上各测点的平均风速，m/s；Nr—测试线的数；li—测试线长度，m。

测试断面选在通风机入风口前进风巷道或通风机出口后的风硐的直线段选取测风截面，对于该测试方法，测试断面不规则，存在紊流，或测点不按GB/T10178-2006布置，都将导致结果测试不准确。

1.2 静压差测试法

静压差测试法是在通风机入风口前两个相距较近的截面积有变化的截面上，通过测量每个截面上的相对静压差，计算风量。要求两个截面积有变化的截面相距较近，是考虑在计算过程中忽略沿程阻力。

具体测试：

利用两个皮托管或静压差传感同时测量两个断面的相对静压差p1、p2，使用求积仪或长度量具测量两个断面的面积A1、A2。抽出式风机测试原理见图3。

图3 抽出式风机静压差测试法原理图

计算如下：

式中：p1、p2—1-1、2-2断面相对静压差，Pa；v1、v2—1-1、2-2断面的平均风速，m/s；ρ—1-1、2-2断面平均空气密度，kg/m3；hr—1-1至2-2断面的阻力损失，Pa；在此忽略不计，取0；

由（3）、（4）式得 ：

式中：p0—大气压力，Pa；Φ—空气的相对湿度，%；psat—温度为t℃时空气的绝对蒸汽饱和压力，Pa；t—空气的温度，℃ ；S1、S2—1-1、2-2断面截面积，m2。

该测试方法需要现场具有两个截面积不同且相距较近的断面。每个断面的相对静压差比较容易且准确测得，由于在每个断面上相对静压差不变，因此，每个断面上相对静压差的测点选择没有要求。但在测点皮托管安装方向上应确保风流与皮托管静压差孔垂直，否则测得的静压差会偏离实际静压差值。

1.3 动压测试法[1]

在流速均匀的断面，如集流器，将皮托管全压口正对风流方向，皮托管全压口和静压差口接压差计，对于环形集流器，用皮托管测量集流器环部的不同位置的动压，并获得动压平均值，pd，按（7）、（8）式计算风机风量。测试原理见图4。

图4 动压测试法原理图

式中：v—测量断面平均风速，m/s；pd—测量断面平均动压，Pa。

这种方法操作简单，但平直段风流稳定性对动压测试会产生影响，为获得整个集流器断面的平均动压，在实际检测时需要在风机的集流器的四个方向上开孔，在每个开孔处测量环部不同位置的动压，皮托管安装方向和测点的选取以及对平均平均动压（风速）测试的准确性带来误差，因此，皮托管要与风流平行，全压口迎着风流，另外测点布置要充分。

皮托管与风流方向偏差越大，实测动压越小，当偏差5°时，动压误差为（1-cos5°+sin5°）%，即9%。

2 测试方法分析

为了获得风量测试结果，3种方法都需要测量测试断面的面积。

风速传感器（风速计）测试法是最直接的风量测试方法，为了获得测试断面的平均风速，要求测试断面形状规则，不存在紊流，并严格按等积环原理在测试断面上布置测速点。对于大中型金属非金属矿山，在进风巷道或出口风硐能选取到较为符合要求的测试截面，但对小型金属非金属矿山，普遍存在进风巷道断面不规则，没有出口风硐，难以选择符合要求的测风断面，也很难按等积环原理布置测点，使得准确测量风量大打折扣。因此，当实际测试断面形状规则，现场适于风速传感器按等积环原理布置时，可优选择该方法。

相较风速传感器测试法，静压差测试法只涉及两个断面的相对静压差值测试和断面面积，由于每个相对静压差值不会因为断面上测点位置变化而变化，使测试较为方便，只要保证皮托管安装平行风流即可[2]。但静压差测试法忽略了两个断面之间的沿程摩擦阻力，在断面距离较近的情况下，该误差相对较小，当无法采用风速传感器测试时，现场具备两个相距较近且断面不同的情况下，可采用静压差测试法。

动压测试法，操作简单，但受皮托管安装方向和动压测量选点的影响，获得平均风速的误差也比较大。采用该方法时，应尽可能确保皮托管安装平行风流，且测点布置充分。当现场不具备风速传感器测试法和静压差测试法测试条件时，可采用动压测试法。

3 结语

在矿山实际使用环境下，准确测试通风机风量比较困难，应根据实际情况采用适宜的方法进行测试，以获得较为满意的结果。