一种矿井通风摩擦阻力系数测定的方法技术

本发明专利技术提供一种矿井通风摩擦阻力系数测定的方法，涉及矿井通风技术领域。本发明专利技术步骤如下：步骤1：三维扫描仪的位置选取；遍历每段小巷道得到待测巷道的散点集合P；步骤2：运用matlab程序提取d段小巷道中粗糙壁面上所有散点的坐标点；步骤3：根据散点的坐标求得巷道壁面的粗糙度；步骤4：根据确定的散点坐标求出d段粗糙小巷道的体积Vd；求出d段小巷道的实验比例系数λd；步骤5：遍历待测巷道的散点集合，直至求出所有小巷道的实验比例系数λ；步骤6：求出实验比例系数平均值λ平；根据通风阻力系数α和求出待测巷道的通风阻力系数α。本发明专利技术可以对较长距离矿井通风系统的阻力系数进行定量估计，为矿井通风系统的优化设计提供设计参数。

A Method for Determining Friction Resistance Coefficient of Mine Ventilation

【技术实现步骤摘要】
一种矿井通风摩擦阻力系数测定的方法
本专利技术涉及矿井通风
，尤其涉及一种矿井通风摩擦阻力系数测定的方法。
技术介绍
在地下矿山开采领域，通常会面对严重的空气阻力问题，而空气阻力不仅会造成严重的能源损耗，还会对现场人员的正常呼吸造成影响，因此有必要对矿井下进行通风阻力测试，而通风阻力系数测定是确定矿井摩擦阻力的主要参数之一，并且通风阻力系数的准确性也是矿井通风安全的重要内容之一。现阶段煤矿通风阻力测试采用了倾斜压差计法、精密气压计的同步法以及精密气压计的基点法混合测试，发挥各自测试方法的优势。倾斜压差计法测试阻力直接读数；精密气压计测定的同步法是用精密气压计同时测出两测点间的绝对静压差，再加上动压差和位压差计算通风阻力。精密气压计测定的基点法是在地面设置一台基准精密气压计，利用另一台精密气压计在井下进行测试，再消除大气压的变化。在测试过程中，精密气压计还用于测定所有构筑物两侧的压差。倾斜压差计法是在巷道两测点各安置一根皮托管。皮托管布置于巷道中心，为消除速压，需将尖部迎向风流，管轴与风向平行；在末点安放倾斜压差计；同时，用风表在两测点分别量出表速，还需同时用湿度计和气压计在两测点附近分别测出风流的干、湿球温度和风流的绝对静压，从而测算出两测点的空气密度。将以上测得的基本数据与两测点的净断面积、周长、两测点的距离，连同井巷名称、形状、支护方式等填入阻力测量记录表中。此时压差计所测得的读值是两测点之间的静压差和势能差。根据矿井巷道的类型，支护形式，断面大小，选取阻力测定段巷道，将测定段的阻力转化为类型、支护形式、断面大小相同的巷道的百米风阻，并以此对标准风阻及阻力系数进行标定。在断面规则巷道中由于巷道断面变化小，在压差计法皮托管两端的速压差非常小，可以忽略不计。在断面变化较大的测段还是要求测算速压。然而，不管是采用机械风表、电子风表和风速传感器测试风速，还是压差计和皮托管测试阻力，仪表数值都会呈现不同程度的波动，有时波动幅度甚至大于测量值，导致测试误差大，测量不准确，同时矿井中还存在箕斗提升及矿车运行等活动对风流产生一定的扰动，风速和风压测不准，那么反求算的矿井摩擦阻力系数误差很大，而矿井摩擦阻力系数本身是巷道的固有属性，本专利技术采用激光扫描仪确定巷道的表面特征，求算矿井摩擦阻力系统，为矿井通风测阻提供更为简便和精确的方法。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种矿井通风摩擦阻力系数测定的方法，本专利技术可以对较长距离矿井通风系统的阻力系数进行定量估计，为矿井通风系统的优化设计提供设计参数。为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：本专利技术提供一种矿井通风摩擦阻力系数测定的方法，包括如下步骤：步骤1：三维扫描仪的位置选取；将待测巷道按照b米的长度分成M段小巷道，在每段小巷道内，选取该段中轴线上的中点放置三维扫描仪，并对该段内的巷道壁进行扫描，得到该段小巷道的散点集合其中d为小巷道编号，d∈M，代表小巷道d中的第i个散点；遍历每段小巷道得到待测巷道的散点集合P＝{p1,p2,…,pd，…，pM}；步骤2：运用matlab程序提取d段小巷道中粗糙壁面上所有散点的坐标点，确定d段小巷道中轴线中点的坐标即扫描仪的坐标点，表示为Od(xd,yd,zd)；步骤3：计算d段小巷道中扫描仪坐标点到该段巷道壁面各个散点的各个距离，公式如下：其中，Ld表示在第d段小巷道中扫描仪坐标点到壁面中散点的距离，xi,yi,zi为扫描得到第d段小巷道中的散点的坐标；确定d段小巷道中扫描仪坐标点到该小巷道壁面各个散点的平均距离的公式如下：其中，表示为在第d段小巷道中扫描仪坐标点到该段小巷道壁面各个散点的平均距离；巷道壁面的粗糙度用扫描仪坐标点到巷道壁面各个散点的各个距离与扫描仪坐标点到巷道壁面各个散点的平均距离的差值的绝对值，再求平均值来表示；根据下面的公式求出每段小巷道壁面的粗糙度；第d段小巷道壁面的粗糙度公式如下：其中，为第d段小巷道的壁面的粗糙度；步骤4：根据确定的散点坐标求出d段粗糙小巷道的体积Vd；在一定体积的巷道内，当量直径等效为该巷道的体积Vd，所求的粗糙度是针对于该体积巷道总体的粗糙度；采用下列公式求得d段小巷道的实验比例系数λd；其中，Vd为d段小巷道的体积,为d段小巷道的粗糙度值；步骤5：重复步骤2至步骤5，遍历待测巷道的散点集合P，直至求出所有小巷道的实验比例系数λ；步骤6：求出步骤5中得到的M个实验比例系数λ的平均值λ平；根据通风阻力系数α和λ平的关系式求出待测巷道的通风阻力系数α，公式如下：α＝λ平ρ/8N·s2/m4其中，ρ为空气密度，kg/m3。步骤1中的三维点的扫描获取要多而密集。采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本专利技术提供的一种矿井通风摩擦阻力系数测定的方法，本专利通过地面激光扫描仪的应用为巷道形态的有效测量、几何形状记录和粗糙度计算，输出是对巷道湍流段的无量纲达西摩擦系数，利用多段巷道的摩擦系数，可以对较长距离矿井通风系统的阻力系数进行定量估计，为矿井通风系统的优化设计提供设计参数。反过来，这些计算和由此带来的系统优化可以用来降低地下矿井通风的成本。附图说明图1为本专利技术实施例提供的摩擦阻力系数测定的方法流程图；图2为本专利技术实施例提供的通风阻力系数测试巷道模型图。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。如图1所示，本实施例的方法如下所述。本专利技术提供一种矿井通风摩擦阻力系数测定的方法，包括如下步骤：步骤1：三维扫描仪的位置选取；将待测巷道按照b米的长度分成M段小巷道。在每段小巷道内，选取该段中轴线上的中点放置三维扫描仪，并对该段内的巷道壁进行扫描，得到该段小巷道的散点集合其中d为小巷道编号，d∈M，代表小巷道d中的第i个散点；遍历每段小巷道得到待测巷道的散点集合P＝{p1,p2,…,pd，…，pM}；三维点的扫描获取要尽可能的多而密集，以此来提高模型的精度。模型的精确度对于后来粗糙度的精确计算具有影响。步骤2：运用matlab程序提取d段小巷道中粗糙壁面上所有散点的坐标点，确定d段小巷道中轴线中点的坐标即扫描仪的坐标点，表示为Od(xd,yd,zd)；步骤3：计算d段小巷道中扫描仪坐标点到该段巷道壁面各个散点的各个距离，公式如下：其中，Ld表示在第d段小巷道中扫描仪坐标点到壁面中散点的距离，xi,yi,zi为扫描得到第d段小巷道中的散点的坐标；确定d段小巷道中扫描仪坐标点到该小巷道壁面各个散点的平均距离的公式如下：其中，表示为在第d段小巷道中扫描仪坐标点到该段小巷道壁面各个散点的平均距离；巷道壁面的粗糙度用扫描仪坐标点到巷道壁面各个散点的各个距离与扫描仪坐标点到巷道壁面各个散点的平均距离的差值的绝对值，再求平均值来表示；根据下面的公式求出每段小巷道壁面的粗糙度；第d段小巷道壁面的粗糙度公式如下：其中，为第d段小巷道的壁面的粗糙度；步骤4：根据确定的散点坐标求出d段粗糙小巷道的体积Vd；现在将尼古拉斯公式广义化，在一定体积的巷道内，当量直径等效为该巷道的体积Vd，所求的粗糙度是针对于该体积巷道总体的粗糙度；采用下列公式求得d段小巷道的实验比例系数λd；其中，Vd为d段小巷道的体积本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种矿井通风摩擦阻力系数测定的方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：三维扫描仪的位置选取；将待测巷道按照b米的长度分成M段小巷道，在每段小巷道内，选取该段中轴线上的中点放置三维扫描仪，并对该段内的巷道壁进行扫描，得到该段小巷道的散点集合

【技术特征摘要】
1.一种矿井通风摩擦阻力系数测定的方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：三维扫描仪的位置选取；将待测巷道按照b米的长度分成M段小巷道，在每段小巷道内，选取该段中轴线上的中点放置三维扫描仪，并对该段内的巷道壁进行扫描，得到该段小巷道的散点集合其中d为小巷道编号，d∈M，代表小巷道d中的第i个散点；遍历每段小巷道得到待测巷道的散点集合P＝{p1,p2,…,pd，…，pM}；步骤2：运用matlab程序提取d段小巷道中粗糙壁面上所有散点的坐标点，确定d段小巷道中轴线中点的坐标即扫描仪的坐标点，表示为Od(xd,yd,zd)；步骤3：计算d段小巷道中扫描仪坐标点到该段巷道壁面各个散点的各个距离，公式如下：其中，Ld表示在第d段小巷道中扫描仪坐标点到壁面中散点的距离，xi,yi,zi为扫描得到第d段小巷道中的散点的坐标；确定d段小巷道中扫描仪坐标点到该小巷道壁面各个散点的平均距离的公式如下：其中，表示为在第d段小巷道中扫描仪坐标点到该段小巷道壁面各个散点的平均距离；巷道壁面的...

【专利技术属性】
技术研发人员：高科，戚志鹏，刘泽毅，刘子萌，李胜男，伊斯马伊力·艾依提，
申请(专利权)人：辽宁工程技术大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21