基于關(guān)鍵環(huán)的巷道中紊流流體流量測(cè)量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于關(guān)鍵環(huán)的巷道中紊流流體流量測(cè)量方法，首先確定巷道的截面形狀，根據(jù)巷道的截面形狀確定其平均風(fēng)速關(guān)鍵環(huán)；然后通過(guò)測(cè)定關(guān)鍵環(huán)上任意點(diǎn)的風(fēng)速，即得到該截面上的平均風(fēng)速速，根據(jù)平均風(fēng)速即可計(jì)算得出巷道中流體的流量。是一種簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確測(cè)量巷道流體流量的新技術(shù)。
【專利說(shuō)明】基于關(guān)鍵環(huán)的巷道中紊流流體流量測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種煤礦巷道中紊流流體流量測(cè)量技術(shù)，尤其涉及一種基于關(guān)鍵環(huán)的巷道中紊流流體流量測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]煤炭資源一直以來(lái)都是我國(guó)重要的能源來(lái)源，煤炭在一次能源生產(chǎn)和消費(fèi)中所占比重一直保持在60%以上，故其開(kāi)發(fā)的力度是最大。由于我國(guó)的露天開(kāi)采煤礦較少，其中92%的煤炭生產(chǎn)是地下開(kāi)采，而且經(jīng)過(guò)多年的開(kāi)采，淺部礦產(chǎn)資源日漸枯竭，礦產(chǎn)資源的開(kāi)采越來(lái)越向縱深發(fā)展，目前每年大概以20米的速度向下延伸。同時(shí)我國(guó)724處國(guó)有重點(diǎn)煤礦中，煤與瓦斯突出礦井154處，占21.3% ;高瓦斯礦井152處，占21.0%。隨著礦山開(kāi)采強(qiáng)度的加大以及開(kāi)采深度的增加，井下各個(gè)中段的掘進(jìn)面中瓦斯涌出和聚集的程度也在增力口，并且在一定條件下發(fā)生爆炸和燃燒。煤塵亦是井下煤炭開(kāi)采過(guò)程的產(chǎn)物，井下工作人員長(zhǎng)期吸入過(guò)量的粉塵可以導(dǎo)致塵肺病，并且煤塵在空氣中達(dá)到一定的濃度時(shí)，遇火源容易發(fā)生粉塵爆炸。除此之外，各類電器、機(jī)械設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況不良、電網(wǎng)發(fā)生短路以及明火等，亦可能引燃運(yùn)輸皮帶、電纜以及木支架，造成井下外因火災(zāi)。因此礦山開(kāi)采強(qiáng)度以及深度的增加必然會(huì)引發(fā)更為嚴(yán)重的瓦斯爆炸、火災(zāi)、粉塵事故等其它相關(guān)事故，嚴(yán)重威脅著井下的安全生產(chǎn)、工作人員的生命健康和事故防治。
[0003]煤礦事故的頻發(fā)對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)，也提出了越來(lái)越高的要求。通風(fēng)系統(tǒng)是礦井非常重要的輔助系統(tǒng)，它是預(yù)防和治理各種災(zāi)害，實(shí)現(xiàn)煤礦安全生產(chǎn)的基本手段。礦井通風(fēng)的目的是為井下的工作人員以及各種用風(fēng)場(chǎng)所提供足夠的新鮮風(fēng)流，稀釋或沖淡隨著礦山開(kāi)采而出現(xiàn)的各種有毒、有害、爆炸性氣體及粉塵，保證井下作業(yè)空間的良好氣候條件，為井下工作人員建立起一個(gè)安全舒適的勞動(dòng)環(huán)境。事實(shí)證明，礦山通風(fēng)系統(tǒng)的好壞與瓦斯事故、火災(zāi)、粉塵治理等關(guān)乎安全生產(chǎn)關(guān)鍵因素的成敗有著密切關(guān)系，許多煤礦的嚴(yán)重事故均和通風(fēng)系統(tǒng)管理不善或設(shè)計(jì)不合理有著重要關(guān)系。特別是瓦斯(煤塵)爆炸、火災(zāi)事故，這兩類事故一直是煤礦主要的傷亡事故，并且都與通風(fēng)管理有著密切的關(guān)系，通風(fēng)管理不善是造成事故發(fā)生的主要間接原因。歷史上曾發(fā)生多次瓦斯與粉塵爆炸事故，都是由于通風(fēng)不良所引起的。如2012年8月29日，四川省攀枝花市肖家灣煤礦發(fā)生特別重大瓦斯爆炸事故，造成45人死亡、I人失蹤、54人受傷。該事故就是由于通風(fēng)管理混亂，通風(fēng)系統(tǒng)沒(méi)的穩(wěn)定可靠性差，回風(fēng)系統(tǒng)的巷道嚴(yán)重失修，從而使有效風(fēng)量不足所導(dǎo)致。2007年4月16日，河南省平頂山市王莊煤礦發(fā)生特別重大瓦斯爆炸事故，井下死亡31人、傷9人，救護(hù)隊(duì)在搶救過(guò)程中發(fā)生二次爆炸，造成15名救護(hù)隊(duì)員受傷。該事故也是由于通風(fēng)管理混亂，局部通風(fēng)機(jī)停風(fēng)I個(gè)月，使溢出的瓦斯積聚并達(dá)到爆炸濃度并遇到明火引起瓦斯爆炸，同時(shí)煤塵也參與了爆炸。2000年發(fā)生在貴州省木沖溝礦死亡164人的特大瓦斯爆炸事故就是也是因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)管理不善出現(xiàn)了循環(huán)風(fēng)所致。因此礦井通風(fēng)在安全生產(chǎn)中起著至關(guān)重要的作用。
[0004]然而目前我國(guó)仍有多數(shù)礦井通風(fēng)系統(tǒng)建設(shè)不完善，缺少對(duì)于通風(fēng)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)，無(wú)法有效地保證井下相關(guān)巷道以及采掘工作面的風(fēng)量。因此，研究礦井巷道風(fēng)量準(zhǔn)確測(cè)量技術(shù)及方法，在正常生產(chǎn)時(shí)期和發(fā)生事故時(shí)期都具有非常重要的意義。
[0005]在現(xiàn)有技術(shù)中的巷道流體流量的測(cè)量方法中，通常采用的是等面積環(huán)法求取平均流速或者通過(guò)測(cè)得截面最大流速再通過(guò)最大流速和平均流速的數(shù)學(xué)關(guān)系計(jì)算出截面平均流速，前者的測(cè)量和計(jì)算均較為繁瑣，而后者一般采用半經(jīng)驗(yàn)公式且最大流速的測(cè)量也有
一定的誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確的基于關(guān)鍵環(huán)的巷道中紊流流體流量測(cè)量方法。
[0007]本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0008]本發(fā)明的基于關(guān)鍵環(huán)的巷道中紊流流體流量測(cè)量方法，包括步驟:
[0009]首先，確定巷道的截面形狀，然后根據(jù)巷道的截面形狀確定其關(guān)鍵環(huán)，所述關(guān)鍵環(huán)處的風(fēng)速等于所述巷道截面上的平均風(fēng)速；
[0010]然后，通過(guò)測(cè)定關(guān)鍵環(huán)上任意點(diǎn)的風(fēng)速，即得到該截面上的平均風(fēng)速速，根據(jù)平均風(fēng)速即可計(jì)算得出巷道中流體的流量。
[0011]由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實(shí)施例提供的基于關(guān)鍵環(huán)的巷道中紊流流體流量測(cè)量方法，由于根據(jù)巷道內(nèi)紊流流體在管道截面上的速度分布特點(diǎn)，確定出截面上平均流速值的分布曲線，即速度分布“關(guān)鍵環(huán)”，通過(guò)測(cè)量“關(guān)鍵環(huán)”上任意點(diǎn)的速度值，便可得到該截面上的平均流速值，即可計(jì)算得到巷道的流體流量，是一種簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確測(cè)量巷道流體流量的新技術(shù)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1a為本發(fā)明實(shí)施例中梯形截面的關(guān)鍵環(huán)的位置示意圖；
[0013]圖1b為本發(fā)明實(shí)施例中梯形截面的關(guān)鍵環(huán)的區(qū)域分布示意圖；
[0014]圖2a為本發(fā)明實(shí)施例中二心拱截面的關(guān)鍵環(huán)的位直不意圖；
[0015]圖2b為本發(fā)明實(shí)施例中三心拱截面的關(guān)鍵環(huán)的區(qū)域分布示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面將對(duì)本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0017]本發(fā)明的基于關(guān)鍵環(huán)的巷道中紊流流體流量測(cè)量方法，其較佳的【具體實(shí)施方式】是:
[0018]包括步驟:
[0019]首先，確定巷道的截面形狀，然后根據(jù)巷道的截面形狀確定其關(guān)鍵環(huán)，所述關(guān)鍵環(huán)處的風(fēng)速等于所述巷道截面上的平均風(fēng)速；
[0020]然后，通過(guò)測(cè)定關(guān)鍵環(huán)上任意點(diǎn)的風(fēng)速，即得到該截面上的平均風(fēng)速速，根據(jù)平均風(fēng)速即可計(jì)算得出巷道中流體的流量。
[0021]對(duì)于梯形截面，確定其上底邊長(zhǎng)、下底邊長(zhǎng)和高，根據(jù)下表計(jì)算其關(guān)鍵環(huán)的位置:
[0022]
【權(quán)利要求】
1.一種基于關(guān)鍵環(huán)的巷道中紊流流體流量測(cè)量方法，其特征在于，包括步驟: 首先，確定巷道的截面形狀，然后根據(jù)巷道的截面形狀確定其關(guān)鍵環(huán)，所述關(guān)鍵環(huán)處的風(fēng)速等于所述巷道截面上的平均風(fēng)速； 然后，通過(guò)測(cè)定關(guān)鍵環(huán)上任意點(diǎn)的風(fēng)速，即得到該截面上的平均風(fēng)速速，根據(jù)平均風(fēng)速即可計(jì)算得出巷道中流體的流量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于關(guān)鍵環(huán)的巷道中紊流流體流量測(cè)量方法，其特征在于，對(duì)于梯形截面，確定其上底邊長(zhǎng)、下底邊長(zhǎng)和高，根據(jù)下表計(jì)算其關(guān)鍵環(huán)的位置:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于關(guān)鍵環(huán)的巷道中紊流流體流量測(cè)量方法，其特征在于，對(duì)于三心拱截面，確定三心拱墻高和三心拱下底邊長(zhǎng)，根據(jù)下表計(jì)算其關(guān)鍵環(huán)的位置:

【文檔編號(hào)】G01F1/704GK103557898SQ201310546143
【公開(kāi)日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月6日
【發(fā)明者】何學(xué)秋, 聶百勝, 丁翠, 李祥春, 孟筠青 申請(qǐng)人:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)