69巻 779号
日
本
鉱
業
会
誌
昭 和28年5月
157通
気
圧
測
定
法
の
研
究*
正 会 員
平
松
良
雄**
段
野
勝***
山
崎
栄
太
郎****
Study on the Measurement
of Ventilating
Pressure
Yoshio HIRAMATSU, Masaru DANNO, Eitaro YAMAZAKI In order to facilitate the measurement of ventilating pressure under-ground, we contrived a new type of apparatus to measure the difference of absolute pressure of two points Its principle is based on the fact that as air confined in a vessel of constant temperature and volume is kept constant, the air pressure at each point can be determined by comparing it with the confined air pressure Experiences of practical use of this apparatus proved that it gives more rapid and accurate results than others
I緒
言
通 気 圧 の測 定 は,通 気 上 の隆 路 を発 見 した り,合 理 的 通 気 設 計 の基 礎 資 科 を得 る上 に重 要 な作 業 て あ るに拘 ら す,こ れ に 多 くの手 数 と時 間 とを要 す る故,現 場 て は そ の実 施 を怠 り勝 ち て あつ た 。 こ の 点 に か ん か み 本 研 究 は,通 気 圧 を容 易 に,し か も十 分 の精 度 を もつ て測 定 て き る方 法 を得 る た め に行 つ た もの で あ る。II研
究
の
方
針
2点 間 の通 気 圧 を測 定 す る に は,(1)そ れ ぞれ の 点 て 絶 対 気 圧 を 測定 し,そ れ ら の差 に両 点 間 の空 気 柱 の重 量 に よ る圧 力 の補 正 を 施 して 求 め る方 法 と,(2)そ れ ぞ れ の 点 に静 圧 管 を置 き,こ れ らを コ ム管 て 連 絡 し,途 中 に U字 管 を挿 入 し,こ れ に現 わ れ る通 気 圧 を直 接 読 み 取 る 方 法 とか あ る。(1)の 方 法 は(2)の 方 法 に 比 へ て 手 数 を要 しない 長 所か あ るが,高 低 差 の 補 正 を要 す る点 は面 倒 て あ る。 しか も従 来 この 目的 に 用 い られ た ア不 ロ イ ト 気 圧 計 は,精 度 か 不 十 分 て あ る欠 点 か あ つ た。 そ こて我 々は(1)の 方 法 の長 所 を持 ち なか ら,し か も十 分 の精 度 の あ る測 定 方 法 は な い か と考 え,次 に 述 へ るよ うな 絶 対 気 圧 の 差 を測 る方 法 につ い て 研 究 を 試 み た 。 そ の 方 法 は,厳 重 な コ ツ クを 持 つ た 容 器 内 の気 圧 を,あ る基 準 圧 力 に 等 し く,以 後 そ の容 器 の容 積 お よひ 温 度 を 厳 密 に 一 定 に 保 つ と,容 器 内 の圧 力 は一 定 に保 た れ るか ら,こ の圧 力 と測 定 しよ う とす る各 点 の気 圧 との 差 をU字 管 に よつ て測 定 す る とい う方 法 て あ る。 こ の方 法 で測 れ る気 圧 差 と通 気 圧 との 間 に は 次 の関 係 が あ る。 気 圧 を ρ,平 均 風速 を ω,空 気 の 比 重 量 を γ, 基 準 面 か らの高 さ を ぢ と し,気 流 中 の二 つ の点1,2の そ れ そ れ に関 す る値 を示 す の に,添 字1,2を つ け る も の とす る。 点1,2問 の通 気 圧 をk1-2と す れ は,Bern-oull1の 法 則 に よ り(1)
実際上
(2)
(3)
とみ な して も大 きな誤 りは な い 。 γ は 次式 に よつ て与 え られ る。(4)
た ゝ し,ρ ω は水 蒸 気 張 力 て,(4)式 に限 り ρ,ρωの単 位 は水 銀 桂mmて あ る。ρω は 乾球 温度,湿 球 温度 お よ び気 圧 か ら求 め られ,乾 湿 球 湿 度 計 に2m/s程 度 以 上 の 風 を 当 て 測定 す る とき,次 式 に よ り与 え られ る。(5)
こ ゝにt'は 湿 球 温度,ρsは まt'に対 応 す る飽 和 水 蒸 気 張 力 てあ る。III測 定 装 置 の試 作 研 究
(1)容 器 内 の 空 気 の温 度 お よび 比 体 積 の一 定 保 持 こ ゝて 取 扱 う測 定 法 の 原 理 は,温 度 お よ ひ容 積 の一 定 な容 器 に閉 じ込 め られ た 空 気 の 圧力 を基 準 とず る の て あ るか ら,そ の 温 度 を正 確 に 一 定 に保 ち得 るか否 か は,こ の 測 定 方 法 か 可能 て あ るか 否 か を決 定 する第1の 鍵 て あ *昭 和28年3月 受 理 **工 博 京 都大 学 教授***京 都 大 学 助 丁 ****三 菱 鉱 業 株 式会 社(9)
158
平松 ・段野 ・山崎;通 気 圧測定法の研究
る 。容 器 内 の室 気 の圧 力 をp,比 体積 をv,温 度 をtと ずれ ば で あ るか ら,(6)
た とえ ば もし温 度 が0.01℃ 変 化 す れ ば圧 力 は約0.35 mm水 柱 変 化 す る。 それ 故 容 器 内 の温 度 を0.01℃ 程 度 まで 正 確 に 一 定 に 保 た な け れ ば な らない 。 この た め最 初 容 器 を良質 の 魔 法 瓶 とし た り,こ れ を 氷 の 中 に 埋 め た り して 温度 の一 定 保 持 に努 め たが,最 後 に容 器 を後 述 す る よ うな特 殊 な形 状 の ガ ラ ス瓶 と し,こ れ を大 き な魔 法 瓶 の 中 に入 れ た細 か く砕 い た 氷 の 中 に埋 め,し か も氷 が 溶 け て で き た水 は時 々 吸 出 す こ とに よつ て は じめ て満 足 す べ き結 果 を得 た 。 最 初 試 作し た測 定 装 置 で は こ の容 器 とU字 管 とを直 接 連 接し,水 柱 の移 動 に よ る容 器 内 の空 気 の比 体 積 の 変 化 に よ る誤 差 は 計 算 に よつ て補 正 す る こ とに した。 しか し 水 柱 移 動 の 際 容 器 内 に空 気 の 断 熱 変 化 が 起 り,ま た 容 器 か ら出 て い る導 管 内 の空 気 は 零度 に な らな い か ら,計 算 に よつ て誤 差 を補 正 す るに は 條件 が 複 雑 す ぎて,到 底 精 密 な 補 正 は 不 可 能 で あ る こ とが 分 つ た 。 そ こで 測定 装 置 の 構 造 を改 良し て この補 正 の 必要 の な い よ うに で きな い もの か と考 え,そ の研 究 を行 つ た 。 こ の研 究 は最 も苦 心第1図
通気 圧測定装置原理図
を要し た もの で,つ い に 第1図 に原 理 図 を示 すよ うな 測 定 装 置 を試 作し た 。 こ の図 に お い てDは 容 器,EはU字 管 で,DとEと の 間 に補 助 容 器G,ポ ン プH,三 方 コ ツ クB,毛 細 管J, 特 殊U字 管Fな どを挿 入し た 点が 將 徴 で あ る。 こ の装 置 ではD内 の 気 圧 と大気 圧 との差 を直 接U字 管Eに よつ て 測 る の では な く,ま ずG内 の気 圧 をD内 の気 圧 に等し く した 後,G内 の気 圧 と大 気 圧 との差 をEに よつ て測 る の で あ る。G内の気 圧 は ポ ンプHを 操 作 す る こ とに よつ て 自 由 に 滑 らか に変 化 させ るこ とが で き る。 特 殊U字 管 はD と一 体 となつ た特 殊 な形 状 を した傾 斜U字 管 で,両 側 の 圧力 が 等し い か否 か を正 確 に検 べ るた め だ け に用 い る も ので あ る。DとGと の気 圧 を等 し くす るに は,最 初Bを 閉 じてお き,Bを 僅 か に 開 きFの 液 柱 の移 動 方 向 を見 て 直 ち に 閉 じ,液 柱 の移 動 を 無 く す る よ う にHを 操 作 す る。 次 に 再 びBを 僅 か に開 きFの 動 き を見 て 閉 じ,Hを 操 作し,こ の よ うな 操 作 を 繰 返しDとGと の気 圧 を 等し くす る ので あ る。JはDとGと の 圧 力 差 が 甚し い と き, 三 方 コ ツ クBを 適 当 に ま わ ずこ とに よ り両者 の 中 間 に挿 入 され て これ らを連 絡 す るよ うに なつ て お り,Fの 液 が ひ ど く移 動し た り,吹 き飛 ば され た りしな い よ うに す る もの で あ る 。 (2)構 造 上 の そ の他 の 改 良 測定 を 容易 にし,か つ 故 障 を防 止 す るた め,構 造 の細第2図
通気圧測定装置構造図
部 に わ た つ て工 夫 を加 え た 点 が 多 い 。 第2図 は 各 種 の改 良 を終 つ た 測 定 装 置 の構 造 を示し た も の で次 に 主 な改 良 点 を示 そ う。空 気 の漏 洩 は 致 命的 な欠 陥 とな る か ら,摺 合 せ が 良 好 で接 触1積 の広 い コ ツ ク を使 用 し,構 造 の主 要 部 を ガ ラ ス細 工 製 とし て 漏 洩 の 恐 れ のあ る箇 所 が で き 。る限 り少 い 構 造 と した 。Kは 容 器D内 に室 気 を導 入 す る と き,D内 の気 温 が 変 化 しな い よ うに空 気 をあ らか じめ 冷 却 す る管 であ る。 特 殊U字 管Fを 下 か ら豆 電 球 で照 明 す る とそ の熱 でD内 の温 度 が 変 化 す るお そ れ が あ る か ら,豆 電 球 は離 れ た 所 に お き,光 を 曲つ た ガ ラ ス 管L で 導 くよ うに した 。 外 気 が 冷 却 され る とき水 蒸 気 が 凝 結 し配 管 を閉空 す るお それ が あ るか ら,乾 燥 器Sを 経 てD 内 に空 気 を入 れ る よ うに した 。Pは 魔 法 瓶 の底 に溜 つ た 水 を 吸 出 すた め の ス プ レ ーで あ る。 コ ツクVは 容 器Dの 開 閉 に 用 い,コ ツ クAはGお よびEを 外 気 に通 じた り, 外気 か ら遮 断 した り,ま た 外 気 か ら遮 断 し しか もKに 通 じ,D内 の圧 力 を副 定 量 だ け 変 化 させ た りす る の に用 い る。Rは 気 圧 に 変 動 が あ る ときで も測 定 し易 い た め の毛 細 管 で あ る。IはD内 の温 度 を0.01℃ ま で 正 確 に 測 定 す るた め に 特 別 に作 つ た アル コ ール 寒 暖 計 であ る。 最 初 電 気 抵 抗式 温 度 計 を用 い た が 後 に アル コール 温 度 計 に 改 め た 。 写 真1は 試 作し た 測定 装 置 を 示 す 。 (3)気 圧変 動 の 封 策(10)
69巻779号
日
本
鉱
業
会
誌
昭 和28年5月159
写眞1試
作測定装置
大気 圧 の 変動 そ の 他 の理 由 に よ り,坑 内 各 点 の 気 圧 は 時 間的 に絶 え ず変 動 し て い るか ら,2 点 間 の 通気 圧 を 正 確 に 測 る に は,同 時 に両 点 の気 圧 を測 らな け れ ば な らな い 。 そ の た め 測 定 装 置2組 を用 い る こ と に し た 。 も し1組 を あ る一 点に 定 置 し,他 の1組 を そ の附 近 の測 点 に持 ち廻 つ て 測定 して差 支 え な けれ ば測 定 時 間 を節 約 す るこ とが で き る。 そ れ に は これ ら の測 点 が あ ま り遠 く隔 つ て お らず,し た がつ て気 圧 変 動 は 各測 点 と も同 一 で あ る と見 な す こ とが で きな け れ ば な らな い 。 な ぜ か とい え ば,も しそ の よ うに み な され るな らば こ の気 圧 変 動 嘘 を時 間tの 函 数f(t)で 表 わ し,か つ, た とえ ば時 間t1に お け る点1の 気 圧 を の よ うに表 わ ず もの と しよ う。 ま た移 動す る測定 装 置 の 容 器D内 の圧 力 をpo,定 置 測 定 装 置 の そ れ をp0'と し, 点1に お い て,時 間t1に 同 時 に両 装 置 で測 定 した 際 の読 み をそ れ ぞ れ α1,b1と すれ ば 次 に 時 間 あ に お い て,点2で 移 動 測 定 装 置 を もつ て 測 定 滌た 読 み を α2,点1で 定 置 測 定 装 置 を もつ て測 定 した 読 み をb2と すれ ば これ ら の式 か ら(7)
を得 るか らで あ る。 (4)気 圧 差 の 大 き い2点 間 の 測 定 竪 坑 の 上 下 とか 通 気 戸 の両 側 の気 圧 差 を測 る場 合 のよ うに,U字 管 の 測 定 範 囲 を超 過 する場 合は,あ らか じめ は じめ の測 点に お い て容 器D内 の圧 力 を次 の測 点 の圧 力 に 近 い 値 に変 えて お き,こ の変 化量 も測定 してお くこ と に よ り解 決 す る こ とを試 み た 。 点1の 測定 が 終 つ て か ら D内 の圧 力 をΔpだ け変 化 させ て,点2に 来 て測 定 滌た もの とすれ ば(8)
(5)高 低 差 の補 正 両 測 点 間 に高 低 差 が あ る とき,空 気 の比 重 量 は標 高 と と もに直 線 的 に変 化 する もの と仮 定 し,(2)の 近 似 式 を 用 い て補 正 を行 うこ とに した 。 こ の方 法 の可 否 は結 果 の. 良 否 に よ り判 断 ず る こ とに した。 空 気 の比 重 量 を計 算 す る ため,各 測 点 に お い て0.1℃ 目盛 の精 密 な 乾湿 球 湿 度 計 に よ り,乾 球 温 度 と湿 球 温 度 とを 測定 す るこ とに した。 標 高 は 測 量 結 果 を利 用 す る こ とに した 。IV圧
力 降 下 の 実 測
上 記 の 測定 装 置 お よ び方 法 に よつ て,果 して 従 来 の 方 法 よ り容易 に、 しか も十 分 の精 度 を もつ て通気 圧 の測 定 が で き るか ど うか を 調 べ るた め に,昭 和26年4月 か ら 昭 和28年1月 ま で の 間 に,第1表 に示 す よ うに金 属 鉱 第1表 通 気 圧実 測 一 覧 妻 参 加 人 員 は 案 内,測 定 装置 の操 作,乾 湿 球 濃 度0測 定,記 帳 を行 つ た 人 員 の合 計 で あ る。 第3図 金 属 鉱山 にお け る通 気圧 測 定 結果(11)
160 平 松 ・段 野 ・山 崎:通 気 圧測 定 法 の研 究 第4図 炭 坑 にお け る通 気 圧測 定 結 果 山,炭 坑10坑 にお い て 実 測 を行 つ た 。第3図 お よび第4 図 は 各 鉱 山 の 通 気 系 統 と通 気 圧 測定 結 果 とを 示 ず。 これ らの 実 測 の 経 験 お よび結 果 か ら次 の事 項 が 認 め られ た。 (1)測 定装 置 に つ い て い え ば,容 器D内 の空 気 の温 度 は充 分一 定 に保 た れ,測 定 時 間 中温 度 の変 動 は0.01。 ℃ 以 下 に す ぎない こ とが 認 め られ た 。 また 補 助 容 器Gを 用 い る こ とに よ りD内 の 室 気 の比 体 積 を 一定 に 保 つ こ と も 満 足 に行 わ れ た 。 した が つ て この 測 定 方法 が 可 能 な るた め の必 要 條 件 は満 足 され た もの と認 め られ た 。 そ の ほ か 構 造 の細 部 につ い て は 何 れ も実 用 試 験 の経 験 を基 に して 改 良 じた もの で,故 障 を 防 ぎ,測 定 操 作 を 容易 に す る上 に 欠 くべ か らざ る もの で あ る こ とが 認 め られ た 。 (2)最 初 は 測定 装 置1組 を もつ て測 定 を行 つ たが,気 圧 の 時 間 的変 動 を補正 ず るた め,あ とで は2組 を使 用 滌 て 測 定 を行 つ た 。 経 験 に よれ ば所 要 人 員 は定 置 す る測 定 装 置 に1名,移 動 す る装置 に2名 で十 分 であ る と思 われ た 。熟 練 して お れば これだ け の人 員 に よ り,中等 程 度 の規 模 の鉱 山 の測 定 を終 るの に2∼3日,結 果 整 理 は約1日 に て 足 る もの と思 わ れ る。 したが つ て こ の測 定 方 法 に よ れ ば手 数 を要 ずる こ との少 い こ とが 実 地 に 証 明 され た。 ⑧ 坑 内 で は運 搬,人 の通 行,通 気 戸 の開 閉 な ど のた め に,い た る所 に か な りは げ しい 気 圧 の 変 動 が あ り,時 に 数mm水 柱 に達 す る こ とが 認 め られ た 。 した が つ て気 圧変 動 の は げ しい 所 で は水 柱1mm程 度 ま で の 精 度 を得 るこ とは難 しか つ た 。 勿 論気 圧 変 動 の 少 い坑 道 で は そ の 程 度 の精 度 を得 る こ とは 容 易 で あつ た 。測 定 を終 つ た 後 測 定 結 果 の 食 い 違 い を 調べ た 所全 坑 内 を通 じて多 くと も 数mm水 柱 以 内 で あつ た。 こ の程 度 の誤 差 は 気 圧 変 動 に
