巷道断面风流分布规律试验研究

风量测定的影响，同时利用曲线拟合的方式对巷道风流分布进行进一步分析，该拟合具有较高可信度，可依此计算

巷道断面任一点的风速值$关键词：巷道；风流；规律；曲线拟合中图分类号：TD72

文献标志码:A 文章编号：1671-4172（2019）05-0102-04Experimental study on air flow distribution law of the roadwayLI Yajun\"# , LI Yinhong1# , WU Jiekui\"# , YAO Yinpei\"#(1. Hunan Labour Protection Institute of Nonferrous Metals, Changsha 410014, China；2. Hunan Key Laboratory of Ventilation and Dust Control for Non-Coal Mines, Changsha 410014, China)Abstract：In order to study the law of airflow distribution and provide guidance for accurate measurement of

airflowinroadways#thispaperstudiedthedistributionlawofairflowcross-sectionincircularroadwaysbymeansof

self-renovationexperimentalsystem ,he results indicated that the trend of airflow variation in the same roadway cross-sectionhadnothingtodowiththewindspeed#andthewindspeeddecreasedgradualyalongthecentrallineof theroadwaytotheroadway walandabout20% ofthedistanceexistedasuddendropareaof windspeed ,he influenceofthis area on wind measurementshould betakeninto accountin actual wind speed measurement Meanwhile#thispaperusedcurvefiting methodtofurtheranalyzethedistributionofwindflowinroadways ,he fitinghashighreliabilityandcanbeusedtocalculatethewindspeedatanypointintheroadwayKeywords：roadway； airflow；law； curvefiting现矿井通风系统测定主要为测风人员对所选测 点巷道持风表对该断面风速进行测定，因此所测风

量方式，按此主要分为线路法和分格定点法$线路 法是风表沿预定路线均匀移动,单位时间内走完线

量是否准确、客观与测量设备与测量方法有密切关

路既定路程$分格定点法是将整个井巷断面划分为

系,在认定设备测量精度的条件下，排除测风人员主 观因素产生的不可避免的测量误差外，测量方法所 产生误差便成为所测风量是否准确的主要影响

若干大致相等的方格，分别测各方格内风速值，加权 求平均值得到测量风速值。以上风速测量方法测得

巷道断面风速值均提高了巷道风速测量精度，但由

因素*\"+$空气作为流体在巷道中流动时，由于巷道壁摩

于风流在巷道内是连续的流体，无论分格定点法还

是线路法均无法实现巷道全部断面连续测定，其 测量精度有进一步提升空间。为提高测量精度和更

擦阻力的存在，风速在巷道断面上的分布是不均匀

的2,因此在测风时一般采用在断面移动风表的测基金项目：\"十三五\"国家重点研发计划项目（2018YFC08000302） 作者筒介:李亚俊（1991-\"，男，工程师，硕士，采矿工程专业，主要

合理地选择测风方式，首先便需要对巷道断面连续

风流分布进行探究，以优化测风方式$为此本文拟用试验测定研究的方式对特定条件 下巷道断面风流分布情况进行探究，并探究巷道流 场分布规律，进一步以此为基础指导巷道风速更合从事金厲矿山通风防尘设计工作.

第5期李亚俊等：巷道断面风流分布规律试验研究103理、精确的测定$圆形断面作为测试断面旧。1 试验系统及试验方案1. 1 试验系统圆形在各方向上具有统一对称性，理想状态下

验测 巷

设计采用类似圆形低速风洞的简构如图1所示。图中 ：易结构，设 验 巷 测

主要由热

测

巷

，圆，风流入风口及 格栅、表和测定巷 定

有

，其各 分布测风口（低速、高速）、机、风机

线为各向对称分布囚,断面在试验测量上具

、便捷、误差较小等诸多优点，因此试验选用

体结构 构图1所示$热敏式风表变频风速控制装置口高速测风口人风口及整流装置图1Fig-1试验测试系统装置示意图Schematic diagram of test device1.2试速为低速，待风流稳定后，利用热敏式风表测定距巷

的风速值，并记录各

录

再分别调

速值，记试验利用简易圆形风洞结构测试装置，通过改 变风机 的

调速 ，并记录热

速（风量），热 定 测定 速表测量调 速至中速及较高巷道的各项对称测量 速度状态，重复上步骤测定，所测试验装置（I低速

表在 的风速读测 ）直径为50 cm，由于

数，依此分析断 速分布与巷 述研究与巷

现场照片

用断面更大的I低速测

的关系，由于所验测，仅需测巷道中心点至巷 验所得测定

速变化有关，为得到更多数据，因此选测试，试验

表1,距巷 线图，如图3所示$表1试验测定风速值Testvalueofwindspeed测定速/（m・s-：1)低速档0. 97，所对速变化

Table 12$巷道壁距离/cm中速档1.32速1.953.1.86121. 532.133.50342.2. 653.693.853.924.034.055.215.465.635.7051015

2.722. 802. 812025

2.882.905.595.624.10图2装置测风段Fig. 2 Wind-measuring section of test device2.2试验数据分析据上述测定数据分析， 巷 断 各 速2 试验测试分析2.1

条件下（低、中、高三挡），风流分布趋势基本 ，基本呈现距巷道中心越近，风速越大的分布⑺，但 \"

测根据上述试验

分布并非简单的线 ，从图2中可看出，原因贴近巷 的，调节在靠近巷 速急剧

\"04! 色金 $ （矿山部分）第7\"卷风流受到巷道壁的黏滞作用风速急剧下降「8+，距离 巷 超过一定

，风流受 黏滞作用渐不巷 5 cm以内明显，从图2及表1中多组数据对比分析可知，巷道黏滞作用影响集中在

巷 化区区域，在各风速条件下（低、中剧 化此 部 分 区 域 约 巷 中 线， ）

速）该区域内的急剧变度的20%，可认为该区域为巷

•旦迪報M

7S

$7S•

旦、迪報M

图3试验测定数值折线图Fig. 3 Line chart of test value在距巷道壁5〜25 cm（巷道中心）处巷道风流基 本属于平稳变化区，以中档风速为例，距巷道壁5 cm

处风速为3. 85 m/s,巷道中心位置风速为4. \"0 m/s，

风速变化为0. 25 m/s,较巷道中心最大风速变化率

为6. \"%，变化相对较缓，此区域风速 为是巷道 断面风速的相对高速区域$2.3 风流分布 线拟合为进 巷

分布规律，我们依据试验测试数据，

速为目 Y，以距巷

!为变量X,做曲线拟合以更 地描绘巷道风分布规律,并能依曲线拟合方程 别 出任巷 的点风速值。根据上述试验测定折线图3所，各风速条件

化 基本相因此拟合仅以低风速条件下做 ，根据函数相配选型，选择以自然对数函数为目 数 ：$ 当1取值在0〜25 cm间，经曲线拟合低风速条件下 巷

分布规律方程为式（\"）所示：y =—2.99039exp（—1/1.987） 72.634对应的曲线形式为图4$（1 ）所示曲线拟合回 程相关度与均方根误差值作为回

程可信度的重要指标，

表2$0 0IL 2 4_ _6 8 10_ _12iiii 14 16 18__ 20iiii 22 24 26巷道壁距离/cm图4巷道风流分布曲线拟合Fig. 4 Fitting curve of air flow distribution表2回归方程回归相关度及均方根误差值Table 2 Relevance and root mean square

error of the regression equations指标数值相关度0.96729均方根误差0.088从回归相关度及均方根误差看，所得回归曲线 方程具有极高的可信度，可准确表征此状况下巷道 速分布 ，并 此准确 巷 的风速值$3 结论利用自行改造设计的试验测试系统对圆形巷道 风流断面分布规律进行试验研究，研究 总结

如下：\"）受巷道壁对风流的黏滞作用，巷道风流在靠

近边壁约20% 存在风速急剧下降区，圆形巷

沿巷

巷道中心线呈现逐渐增大的趋势，变化

缓， 速条件

化趋存在相$

，可认为巷 速变化

速2） 巷

分布 规律研究

在 巷 断大部分区域风速较高，仅靠近巷 速急剧下，以分格定点法测风速为例，巷道断

分为线对称的九格，分别测各格内风速值，力

得到测量风速值，此九格测 为格子中，即未靠近巷 所测9组数据均为断面较

速区域数值，

区域，大于巷速$因此，实际测

考

速骤区域，以提高测量精度$（下转第110页）110! 色 # 属(矿山部分)第7\"卷4 讨论实际上，影响地质体电阻率的因素是很多的，如

2)推断矿区内可能发育2〜3条断层或破碎带， 总体呈NW向、NNE向延伸，SW向、S向及E向构

造范围不详,并预测矿区内可能有3处突水威胁区， 分别是I区、'区和皿区$物质成分、结构构造、含水量、孔隙度大小及其连通

性、其它胶结物、所处的环境温度和压力等岩矿 成分、结构构造、孔隙度是其本身的属性岩矿电

综上所述，建议矿山管理部门或现场施工人员

挖掘巷道或采矿时，加强对突水威胁区域的防治水 工作，严格遵守矿山边探边掘和边采边探原则，增强 矿山安全和法律意识$阻率的变化主要和裂隙水导电通路有着直接的关 系含有孔隙流体的岩矿电阻率显著地受到流体 渗透率和孔隙度的影响本文以查藏错铜铅锌矿

床为例，基于岩矿电阻率特性,对矿山隐伏富水断层 参考文献*1]高超.金厲矿山巷道突水原因分析及治理*+.建井技术，

2016,37(5):25-28.破碎带进行预测，是探索性的研究工作，初步认为岩

矿中水分的含量与孔隙水电阻率两个因素对电 阻率影响较大，通过测量岩矿电阻率值变化而获得

陈 峰，马麦宁，安金珍.承压介质电阻率变化的方向性与主 压应力的关系*].地震学报，2013,5(1):84-93.地质构造的富水变化信息，能够有效地预防或减少 在这些地带开挖隧道或采矿时突水安全事故的 发生$张 斌，周建国.岩矿电阻率的实验研究:J] . CT理论与应用 研究，2015,24(2):239249.5 结论\")通过对岩矿孔隙率及含水率的测试分析发

*]杨晓志，夏群科，于慧敏，等.下地壳高电导率的起源：矿

物中的结构水:J].地球科学进展，2006，1(1):31-3⑻*]王建国，张天继，张一帆.典型金属硫化物电性参数及其影响

因素分析:J].青海大学学报(自然科学版)，2018,36 (4)：

69-74现，孔隙率介于0.87%〜1.79%，含水率介于 0.68%〜1.36%，岩矿样品的电阻率介于0. 49 X

*]黄理善，敬荣中，张胜业，等.岩矿模型的复电阻率研究*]•地

球物

[7]

进 ， 2014，29(6):2657-2610_2〜0. 34X 103 / • z$研究认为，孔隙率大的部 位,其含水率也相应增加，说明孔隙率与含水率具有

POMMIER A, GAILLARD F, PICHAVANT M, et al.Laboratory measurements of electrical conductivities of

正相关性，电阻率分布与含水率具有较好的拟合关

hydrousanddry Mount Vesuvius meltsunderpressure*J+ JournalofGeophysicalResearch2008113 (B05205):1-16，，系，电阻率总体具有NW向和NNE向分布特点$(上接第104页)3)以低风速条件下巷道风流分布为代表，根据

究[D].太原：太原理工大学，2015.*]赵 丹,黄福军，陈 帅，等•点风速与平均风速在圆形巷道中的

试验数据以风速为目标值Y,以距巷道壁距离为变 量X,拟合描绘巷道风流分布规律曲线方程,根据曲 线方程的相关度及均方根误差分析，该曲线具有较

关系口].辽宁工程技术大学学报(自然科学版)，2014,3(12)：

16-1659*]周西华，孟 乐，李诚玉，等.圆形管道风速测定与校正方法实

高拟合度，可以依此曲线拟合方程无差别计算出任

巷

的点 速 $参考文献*1]萨贤春，曹 娟，王 宁.一种矿井通风中精确测定风速的方

验*]•辽宁工程技术大学学报(自然科学),2012,31(6)：

801-804*] 丁 翠.矿井巷道风流状态“关键环”实验与数值研究:D].北

京：中国矿业大学(北京)，2013.：8]支学艺，刘建华，赖春明.风流经转弯后稳定段长度数值模拟

法 *].工矿自动化，2014,40(7)：99-103*]宋莹，刘剑，李雪冰，等.矿井巷道风流平均风速分布规律

的试验与模拟研究:J].中全科学学报，2016,26 (6)：

146-151及应用研究*]•有色金属科学与工程，2016,(1):96-101.*]宋 莹，李海霞,史俊伟，等.基于激光多普勒测速技术的突扩

巷道流场风速分布研究:J].光电子•激光，2019(6)：

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