通风参数测量仪表的实验校准与应用*

张亚平，裴晓东

（1.上海大屯能源股份有限公司江苏分公司龙东煤矿，江苏 沛县 221613；2.中国矿业大学安全工程学院，江苏 徐州 221116）

矿井通风系统是煤矿生产系统中最基本、最重要的系统之一，且矿井通风是保障矿井安全生产的最主要技术手段之一。矿井通风参数的测量主要包括温湿度、风速和风压等，其中巷道风流的风速、风压测定至关重要，这不仅是矿山通风与安全日常管理工作的重要内容，也是矿井通风阻力测定计算及通风系统优化调整的主要依据。准确地测量各用风地点的风速和风压值需要精准的专用设备，如精密气压计、风表等，该类型设备本身精度较高，但是由于使用过程中的磨损、碰撞、污染等原因，使用一段时间后其精度会大大降低，为满足测量数据精确性，国家相关部门及规范明确要求该类型设备需定期开展校准检验[1-4]。本文通过专用检定装置开展了相关通风参数测量仪表的实验校准与应用研究，以保证测量仪表的精度符合相关要求，提高日常通风测量及通风阻力测定数据的准确性，满足安全生产的需要。

1 精密气压计的实验校准

精密气压计是煤矿通风中测量井巷通风压力的主要设备之一，其分辨率可达1Pa甚至0.1Pa，远远高于空盒气压计等传统设备，并且具有读数快、操作简便等优点。但仪器在出厂检验后的日常使用过程中或多或少都会出现偏差，为保证通风压力测量的准确性，本文利用中国矿业大学安全生产检测检验中心的YE1-1型气压检定箱开展了在用精密气压计设备的实验校准研究。

1.1 YE1-1型气压检定箱及校准原理

图1 YE1-1型气压检定箱

YE1-1型气压检定箱是各类气压仪器和气压传感器示值检定、校验的专用设备，采用振筒气压仪作为标准器，由气压检定箱主机和微机系统组成，其外形结构如图1所示。

校准原理：根据气压检定箱的压力可调范围（500～1010hPa），取10hPa作为校准变化梯度，合计60个压力校准点。将矿上在用待检的4套CZC5型精密气压计分两批次置于检定压力室内，通过微机系统调用气压检定箱参数设置表，依次设置调节压力室内的标准气压值，等检验设备的压力示值稳定后，分别记录被检仪器和气压检定箱的气压读数，校准示值与标准值的差异，拟合校准曲线。

1.2 校准实验结果及分析

以1#和3#待检气压计的校准实验数据为例，其校准实验数据如表1所列。

表1 1#和3#待检气压计校准实验数据（校准基点压力为1020.30hPa）

1#和3#待检气压计的校准曲线如图2和图3所示。

图2 1#待检气压计校准曲线

图3 2#待检气压计校准曲线

其校准方程分别如下：

从校准结果可见，矿上在用待检的CZC5型精密气压计其压力测量值与真实压力值之间成线性函数关系，斜率近似为1。测量值与真实值成正相关，其测量误差由上述校准方程的常数项决定，误差范围在16～26Pa左右，误差值较大，不能忽略。因此，在该矿日常通风测量及矿井通风阻力测定时，应依据上述校准结果对气压计的测量值进行校正，以提高测量准确性。

2 机械式风表的实验校准

机械式风表是煤矿井下测风的主要仪表，其出厂时均附有风表校正曲线以明确风表示值与真实风速值间的关系。但风表在使用一定时间后，精度会明显下降，原先的校正曲线已不能使用[5]，需对其进行检修并重新校准得出新的校正曲线，这对测风数据的准确性至关重要。本文作者利用中国矿业大学安全生产检测检验中心的DHS-500×500/700×700-Ⅰ型闭式环形风硐开展了在用风表设备的实验校准研究。

2.1 闭式环形风硐及校准原理

风硐是能人工产生和控制气流以模拟物体周围气体的流动,用于各种测风仪器的检定以及进行空气动力学实验的一种管道状设备[6]。校准实验使用的闭式环形低速风硐DHS-500×500/700×700-Ⅰ型外形尺寸为8.9m×3.2m×2.0m，其工作段实体如图4所示。

图4 DHS-500×500/700×700-Ⅰ型风硐工作段实体图

校准原理：将待检风表安装于工作段内，如图5所示。启动风硐系统的风机，在工作段形成一个均匀、稳定、紊流度较低的流场，运用皮托管测风法测得工作段风速作为标准风速，与待检风表的读数进行比较、校验，拟合新的校准曲线。

图5 待检风表安装图

2.2 校准实验结果及分析

以在用的1块待检风表为例，选择“机械式风表自动检定”模式，待检风表的校准数据如表2所列，其校准曲线如图6所示。

表2 待检机械式风表的校准实验数据

从校准结果可见，在用待检风表起动风速符合要求，新校准曲线方程为V实=0.9929V示+0.0987，R2为0.99998，线性度好。校准后的风表设备可用于矿井日常通风测量及通风阻力测定工作，提高了测量准确性。

图6 待检风表的校准曲线

3 工程应用实践

利用校准后的精密气压计和风表，采用基点气压计法实测了某矿全矿井通风阻力数值，实测结果如下：

1）按1#主测路线（7221综采工作面系统）计，该系统风机房水柱计读数hs=1570Pa，实测风峒内测压断面上的平均速压hv=41.25Pa，自然风压hn=97.8Pa，实测该系统通风总阻力h=1660.663Pa。实测总回风量为134.233m3/s，等积孔A7221综采工作面系统=3.920m2。

2）按2#主测路线（1021工作面系统）计，该系统风机房水柱计读数hs=1570Pa，

实测风峒内测压断面上的平均速压hv=41.25Pa，自然风压hn=87.45Pa，实测该系统通风总阻力h=1650.480Pa。实测总回风量为134.233m3/s，等积孔A7221综采工作面系统=3.932m2。

测量精度分析：

通风系统阻力测定精度计算公式如下。

式中：δ为阻力测定相对误差，%；h'为阻力的理论计算值，h'=hs-hv+hn，Pa；hs为风机房水柱计读数，Pa；hv为风硐内测压断面处的速压，Pa；h为全矿通风阻力实测值，Pa；hn为矿井自然风压，Pa。

故实测矿井通风阻力测量精度见表3。

表3 实测矿井通风阻力测量精度检验结果

4 结束语

通风参数测量仪表的校准是煤矿通风安全仪器仪表使用与管理的一项重要工作，通过专用检定装置的实验校准可准确检验其精度并得出校准曲线及方程，可以满足日常通风参数测量及通风阻力测定等工作要求，对提高测量数据准确性具有十分重要的意义，能够更好地服务煤矿安全生产。