1 概述

　　礦井通風(fēng)阻力測(cè)定是生產(chǎn)礦井通風(fēng)管理的一項(xiàng)重要內(nèi)容。目前，礦井阻力測(cè)定已基本淘汰了傾斜壓差計(jì)測(cè)定法，大多采用省時(shí)省力，操作簡(jiǎn)單的氣壓計(jì)測(cè)定方法，特別是在大型礦井的全礦井阻力測(cè)定中更是如此。采用氣壓計(jì)進(jìn)行阻力測(cè)定時(shí)，測(cè)定方法又分為基點(diǎn)法和同步法2種。同步法是將2臺(tái)氣壓計(jì)分別安置在井巷的兩側(cè)，并約定時(shí)間同時(shí)讀取風(fēng)流的靜壓值。而基點(diǎn)法則是用1臺(tái)氣壓計(jì)監(jiān)測(cè)基點(diǎn)氣壓的變化，另1臺(tái)氣壓計(jì)沿測(cè)定線路逐步測(cè)定風(fēng)流的靜壓。由于同步法采用2臺(tái)氣壓計(jì)同時(shí)讀數(shù)，從而有效地避免了地面大氣壓力變化和其他擾動(dòng)因素的影響。測(cè)定精度主要受氣壓計(jì)性能本身的影響。若采用2臺(tái)相同精度和漂移性能的氣壓計(jì)，其測(cè)定精度易于保證。但要求2臺(tái)氣壓計(jì)同時(shí)讀數(shù)，測(cè)定過(guò)程的聯(lián)絡(luò)和配合較困難，測(cè)定速度慢。而基點(diǎn)法則相反，它是目前較為常用的測(cè)定方法。

　　本文試圖從基點(diǎn)法測(cè)定的原理入手，對(duì)測(cè)定誤差產(chǎn)生的原因、基點(diǎn)位置的確定等問題進(jìn)行探討，希望能為提高基點(diǎn)法在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中的精度有所幫助。

　　2 基點(diǎn)法測(cè)定誤差來(lái)源分析

　　2.1 基點(diǎn)法測(cè)定原理

　　采用基點(diǎn)法進(jìn)行井巷通風(fēng)阻力測(cè)定時(shí)，測(cè)定段的通風(fēng)阻力計(jì)算公式為：

　　

　　式中 K₁、K₂——移動(dòng)氣壓計(jì)和基點(diǎn)監(jiān)測(cè)氣壓計(jì)的校正系數(shù)；

　　 P₁、P₂——移動(dòng)氣壓計(jì)在井巷進(jìn)風(fēng)測(cè)點(diǎn)和出風(fēng)測(cè)點(diǎn)不同時(shí)刻的讀數(shù)，Pa；

　　 P₀₁、P₀₂——在讀取P₁和P₂時(shí)，基點(diǎn)氣壓計(jì)的讀數(shù)，Pa；

　　 V₁、V₂——井巷進(jìn)風(fēng)測(cè)點(diǎn)和出風(fēng)測(cè)點(diǎn)不同時(shí)刻的風(fēng)速，m/s；

　　 Z₁、Z₂——井巷進(jìn)風(fēng)測(cè)點(diǎn)和出風(fēng)測(cè)點(diǎn)的標(biāo)高，m；

　　 ρ₁、ρ₂——井巷進(jìn)風(fēng)測(cè)點(diǎn)和出風(fēng)測(cè)點(diǎn)處的風(fēng)流密度，kg/m³;

　　 ρ₁～₂——測(cè)定段風(fēng)流平均密度，kg/m³。從形式上看，（1）式和描述井巷通風(fēng)阻力的典型的伯努利能量方程類似，具有相同的物理意義，它們都表示任意井巷進(jìn)、出2個(gè)斷面上的能量差。但是（1）式中的壓力、風(fēng)速和密度等物理量是氣壓計(jì)等儀器沿測(cè)定線路在測(cè)定段進(jìn)出風(fēng)測(cè)點(diǎn)不同時(shí)刻的測(cè)定值，如果地面大氣壓力和井下風(fēng)流是嚴(yán)格的穩(wěn)定流，并且在測(cè)定時(shí)間內(nèi)不考慮地面大氣壓力滯后等因素的影響，（1）式就準(zhǔn)確的反映了測(cè)定段的通風(fēng)阻力。但是礦井實(shí)際風(fēng)流和地面大氣壓力往往是變化的，這樣由于2個(gè)測(cè)點(diǎn)讀數(shù)的非同時(shí)性，就必然導(dǎo)致測(cè)定過(guò)程中誤差的產(chǎn)生，這是由基點(diǎn)法本身所造成的。由于（1）式中各項(xiàng)的物理意義不同，產(chǎn)生誤差的原因也不同，因此有必要對(duì)其分別進(jìn)行討論。

　　2.2 基點(diǎn)法測(cè)定誤差分析

　　為了詳細(xì)的分析基點(diǎn)法測(cè)定中誤差產(chǎn)生的原因，將（1）式分成3個(gè)部分如加以討論，即位壓差項(xiàng)、速壓差項(xiàng)、靜壓差項(xiàng)。

　　（1）位壓差項(xiàng)：任一測(cè)段位壓差的表達(dá)式為：h_z1~2=( Z₁－Z₂)gρ_z1~2 (2)

　　在正常生產(chǎn)條件下，風(fēng)流的密度變化較小，并且也易于測(cè)算。對(duì)位壓差h_z1~2影響最大的是測(cè)點(diǎn)的標(biāo)高。在實(shí)際測(cè)定中，由于測(cè)定標(biāo)高的不準(zhǔn)確而導(dǎo)致測(cè)定段的阻力出現(xiàn)負(fù)值的情況時(shí)發(fā)生。為此，在測(cè)定線路布點(diǎn)時(shí)，盡可能將測(cè)點(diǎn)布置在標(biāo)高已知的地方，并且事先將測(cè)線布置圖送有關(guān)的地質(zhì)部門，以便準(zhǔn)確確定出測(cè)點(diǎn)的標(biāo)高數(shù)值。對(duì)于測(cè)點(diǎn)難以選在已知標(biāo)高的位置時(shí)，可根據(jù)具體情況進(jìn)行推算。這里有2種情況，一種是測(cè)定段位于在巷、石門或者上下山等坡度已知的巷道時(shí)，則可根據(jù)巷道的坡度和已知標(biāo)高測(cè)點(diǎn)到未知標(biāo)高測(cè)點(diǎn)的距離進(jìn)行推算。另一種對(duì)于巷道起伏變化大，又缺乏坡度變化準(zhǔn)確資料的測(cè)段，采用上述的推算方法比較困難時(shí)，可根據(jù)前后測(cè)點(diǎn)的有關(guān)參數(shù)推算待求測(cè)點(diǎn)的最可能標(biāo)高值，并以此作為該測(cè)點(diǎn)的準(zhǔn)確標(biāo)高進(jìn)行位壓差的計(jì)算。

　　（2）速壓差項(xiàng)：速壓差的測(cè)算公式為：

　　

　　影響速壓差項(xiàng)精度的主要因素是進(jìn)出風(fēng)測(cè)點(diǎn)的風(fēng)速。井巷中運(yùn)輸設(shè)備的運(yùn)行、大批人員的移動(dòng)對(duì)風(fēng)表的讀數(shù)都會(huì)產(chǎn)生直接的影響，從而引起測(cè)點(diǎn)風(fēng)速值的誤差。因此，測(cè)風(fēng)點(diǎn) 應(yīng)設(shè)在免受上述因素干擾的地點(diǎn)。由于風(fēng)流匯合或分流都會(huì)產(chǎn)生渦旋，對(duì)于處在交叉點(diǎn)附近的測(cè)點(diǎn)，為了避開渦旋，在從分風(fēng)點(diǎn)或合風(fēng)點(diǎn)流出的風(fēng)流中，測(cè)點(diǎn)的位置與該分風(fēng)點(diǎn)或合風(fēng)點(diǎn)的距離不小于巷道寬度的12～14倍；在流入分風(fēng)點(diǎn)或事風(fēng)點(diǎn)的風(fēng)流中，測(cè)點(diǎn)的位置與該分風(fēng)點(diǎn)合風(fēng)點(diǎn)的距離不小于巷道寬度的3～4倍，并且務(wù)分支的風(fēng)量都要進(jìn)行測(cè)量，以便相互驗(yàn)證。一般而言，井下風(fēng)流的動(dòng)能值較小，速壓差在阻力中所占比例很小，不會(huì)引起較大的誤差。但是如果在測(cè)點(diǎn)附近設(shè)有風(fēng)門，若恰好在測(cè)定時(shí)風(fēng)門開啟或者關(guān)閉，則可能引起較大的誤差。所以在測(cè)風(fēng)速時(shí)，應(yīng)采用多次測(cè)定，取平均值的方法，避免粗大誤差的產(chǎn)生。

　　（3）靜壓差項(xiàng)：靜壓差項(xiàng)的測(cè)算公式為：

　　h_s=K₁( P₁－P₂) ＋K₂( P₀₂－P₀₁) （4）

　　上式由2項(xiàng)組成，第1項(xiàng)表示測(cè)段進(jìn)行風(fēng)測(cè)點(diǎn)的靜壓差，第2項(xiàng)表示井下移動(dòng)氣壓計(jì)在測(cè)點(diǎn)讀數(shù)時(shí)刻，基點(diǎn)氣壓計(jì)的變化情況。如前所述，基點(diǎn)法通風(fēng)阻力測(cè)算公式是根據(jù)穩(wěn)定流的伯努利能量方程而得到的。而礦井風(fēng)流并不是嚴(yán)格的穩(wěn)定流，并且基點(diǎn)法測(cè)定過(guò)程中對(duì)測(cè)點(diǎn)氣壓的讀數(shù)不是在同一時(shí)刻進(jìn)行的，所以不能照搬伯努力利方程，必須對(duì)其進(jìn)行修正，這樣就引入了（4）中的第2項(xiàng)。對(duì)上式進(jìn)行變形得到；

　　h_s＝（K₁ P₁－K₂ P₀₁）＋（K₁ P₂－K₂ P₀₂） （5）

　　在不考慮基點(diǎn)氣壓計(jì)和井下移動(dòng)氣壓計(jì)儀器本身誤差的條件下，（5）式的第一項(xiàng)相當(dāng)于同時(shí)測(cè)定法中基點(diǎn)和測(cè)點(diǎn)1在某時(shí)刻的靜壓差，而第2項(xiàng)則相當(dāng)于基點(diǎn)和測(cè)點(diǎn)2在另一時(shí)刻的靜壓差。如果井下風(fēng)流（包括地面大氣壓）是嚴(yán)格的定常流，則以上2項(xiàng)的差就準(zhǔn)確的表示某段井巷始末點(diǎn)的靜壓差。由（5）式就更加清楚地看出風(fēng)流的非定常性和測(cè)點(diǎn)讀數(shù)的非同時(shí)性是基點(diǎn)法誤差產(chǎn)生的根本原因。實(shí)際觀測(cè)也證明了上述推論，用1臺(tái)氣壓計(jì)觀測(cè)井下某點(diǎn)的氣壓，很容易發(fā)現(xiàn)在不同時(shí)刻，該點(diǎn)的氣壓將有不同的讀數(shù)，而2個(gè)測(cè)點(diǎn)在不同時(shí)刻得到的讀數(shù)，代入（5）式進(jìn)行靜壓差的計(jì)算，誤差的產(chǎn)生是不可避免的。

　　3 基點(diǎn)位置的確定

　　由于基點(diǎn)法阻力測(cè)定中，靜壓差的精度直接關(guān)系到整個(gè)測(cè)定工作的精度，因此從測(cè)定方法本身著手考慮如何降低靜壓差的誤差是十分重要的。而對(duì)靜壓差精度影響最大的是基點(diǎn)氣壓計(jì)的位置。合理的基點(diǎn)位置應(yīng)使礦井風(fēng)流的非定常性給阻力測(cè)定帶來(lái)的影響降到最小。引起井下測(cè)點(diǎn)靜壓波動(dòng)的原因有2類：①由于地面大氣壓的變化；②井下作業(yè)在礦井風(fēng)網(wǎng)中引起的局部附加沖擊壓力。不同的基點(diǎn)位置，這2個(gè)因素對(duì)靜壓差有著不同的影響。

　　3.1 基點(diǎn)設(shè)在進(jìn)風(fēng)井口

　　當(dāng)基點(diǎn)位于進(jìn)風(fēng)井口附近時(shí)，校正氣壓計(jì)的讀數(shù)主要受地面大氣壓變化的影響。地面大氣壓力的變化與天氣有一定的關(guān)系，并一在1d之內(nèi)其變化的趨勢(shì)和幅度也不同。根據(jù)觀測(cè)，在白天大氣壓力的為化可達(dá)100Pa左右（晴天），每小時(shí)的變化幅度可達(dá)50Pa左右，并且大氣壓力的變化是漸變的，基本上沒有突變的情況發(fā)生，氣壓隨時(shí)間的變化曲線比較平穩(wěn)。大氣壓力的這種變化將傳遞過(guò)程中有一定滯后和衰減，其滯后的時(shí)間和衰減的幅度取決于井下測(cè)點(diǎn)距井口的距離。

　　3.2 基點(diǎn)設(shè)在井底車場(chǎng)

　　根據(jù)觀測(cè)，當(dāng)基點(diǎn)設(shè)在井底車場(chǎng)附近時(shí)，氣壓的波動(dòng)幅度較大，并且有突變的情況發(fā)生。產(chǎn)生這種情況的原因在于，井底車場(chǎng)附近的氣壓除受地面大氣壓力波動(dòng)的直接影響久，還會(huì)受到井下不同形式擾動(dòng)的影響。例如，當(dāng)副井的罐籠向下運(yùn)行，而大巷的電機(jī)車向井底車場(chǎng)方向運(yùn)行時(shí)，井底車場(chǎng)附近的空氣被壓縮，氣壓升高；反之，則氣壓降低。這樣就造成了井底車場(chǎng)附近氣壓的變化曲線較井口附近的氣壓變化曲線起伏多，變化的幅度大。

　　3.3 基點(diǎn)設(shè)在采區(qū)下部車場(chǎng)及回風(fēng)大巷起點(diǎn)

　　當(dāng)基點(diǎn)設(shè)在采區(qū)下部車場(chǎng)不受運(yùn)輸影響的巷道內(nèi)時(shí)，如果不考慮采區(qū)內(nèi)風(fēng)門的開啟和關(guān)閉的影響，基點(diǎn)氣壓計(jì)的波動(dòng)和采區(qū)內(nèi)測(cè)點(diǎn)氣壓的波動(dòng)在趨勢(shì)和時(shí)間上基本一致。這是由于在采區(qū)內(nèi)部受到的運(yùn)輸干擾較少，產(chǎn)生壓力躍階的因素減少；同時(shí)，基點(diǎn)和測(cè)點(diǎn)的距離較近，基點(diǎn)氣壓延遲效應(yīng)降低，從而使二者的波動(dòng)一致。在回風(fēng)系統(tǒng)的測(cè)定，將基點(diǎn)設(shè)在采區(qū)上部回風(fēng)大巷起點(diǎn)附近，也具有類似的結(jié)果。

　　綜合以上討論，用基點(diǎn)法進(jìn)行礦阻力測(cè)定時(shí)，由于井下風(fēng)流的非定常性和前后測(cè)點(diǎn)讀數(shù)的非同時(shí)性，從理論上講誤差存在是必然的。要降低測(cè)定的誤差，就必須從這2個(gè)方面入手。為此，阻力測(cè)定應(yīng)該在人員活動(dòng)少、運(yùn)輸量輕的檢修班進(jìn)行。將進(jìn)風(fēng)井到出風(fēng)井的阻力測(cè)定路線分為3段，即進(jìn)風(fēng)段，用風(fēng)段和回風(fēng)段。從入風(fēng)井到采區(qū)下部車場(chǎng)為進(jìn)風(fēng)段，在這一測(cè)段，由于礦井的運(yùn)輸和提升設(shè)備對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響大于大氣壓力波動(dòng)滯后的影響，因此，一般基點(diǎn)應(yīng)設(shè)在進(jìn)風(fēng)井口附近。對(duì)于特別深的礦井或者進(jìn)風(fēng)線路特別長(zhǎng)的礦井，可考慮將基點(diǎn)設(shè)在井底車場(chǎng)附近。在采區(qū)下部車場(chǎng)到總回風(fēng)巷的用風(fēng)段測(cè)定中，可將基點(diǎn)設(shè)在采區(qū)下部車場(chǎng)不受運(yùn)輸影響的地點(diǎn)，以縮短基點(diǎn)和測(cè)點(diǎn)間的距離。同時(shí)，為了消除風(fēng)門開啟或者關(guān)閉造成的躍階對(duì)測(cè)定精度的影響，必須在氣壓穩(wěn)定后讀數(shù)。在從總回風(fēng)巷入口到回風(fēng)井的回風(fēng)段測(cè)定中，基點(diǎn)應(yīng)設(shè)在采區(qū)上部總回風(fēng)巷入口附近。為了剔除測(cè)定工作中可能出現(xiàn)的粗大誤差，測(cè)定時(shí)應(yīng)采用至少4臺(tái)氣壓計(jì)。在從進(jìn)風(fēng)井口到回風(fēng)井口的整條測(cè)線內(nèi)，隨著測(cè)定工作的前移，在進(jìn)風(fēng)井口、采區(qū)下部車場(chǎng)附近、總回風(fēng)巷入口附近先后設(shè)立3個(gè)基點(diǎn)，實(shí)行多基點(diǎn)測(cè)定，以彌補(bǔ)基點(diǎn)法本身的缺陷。（曲方）