礦井風量計算辦法（新橋煤礦）

礦井風量計算辦法(新橋煤礦)

一、風量計算依據

供給井下任何用風地點的新鮮風量，必須依照下列條件進行計算，取最大值作為該用風地點的供風量。

(一)按該用風地點同時工作的最多人數計算，每人每分鍾供給新鮮風量不得少於4m3。

(二)按該用風地點的風流中瓦斯、二氧化碳、氫氣和其它有害氣體的濃度、風速以及溫度等都符合《煤礦安全規程》的有關規定要求，分別計算，取最大值。

二、風量計算原則

無論礦井或采區的供風量，均按該地區各個實際用風地點，按照風量計算依據，分別計算出各個用風地點的實際最大需風量，從而求出該地區的風量總和，再考慮一定的備用風量係數後，作為該地區的供風量。即由采掘工作麵、硐室和其他用風地點計算出各個采區風量，最後計算出全礦井總風量。

三、礦井風量計算的基礎資料

(一)新井設計、生產礦井的改、擴建和新水平延深時的采、掘工作麵、硐室和其他用風地點的配置數量、工程設計、平麵布置圖和地質說明書。

(二)礦井和采、掘工作麵瓦斯湧出量預測資料。瓦斯湧出量可按煤層瓦斯含量預測資料、瓦斯來源和開采條件等因素進行計算;或按礦井實際瓦斯湧出量和瓦斯梯度進行計算。當設計新井瓦斯資料不足時，也可參照鄰近生產礦井的瓦斯資料進行計算。

(三) 采、掘工作麵和通風巷道風流溫度預測資料。按礦井當地的氣溫、地溫、井下機械設備等熱源、其他熱源和岩石的熱物理性能，計算井下各通風巷道和采、掘工作麵的風流溫度。

(四)每個機械硐室的裝機容量和運轉的電動機總功率、爆破材料庫的空間總容積和充電硐室中蓄電池機車同時充電的台數和噸數。

(五)礦井通風管理部門每五年應結合礦井生產規劃，對礦井、采掘工作麵、硐室和其他用風地點的需風量進行驗算，當礦井地質條件和生產條件發生有較大變化時，應按本方法重新進行計算。

四、礦井需風量的計算方法

(一)、采煤工作麵風量計算方法

1、按照瓦斯(或二氧化碳)湧出量計算：

根據《煤礦安全規程》規定，按采煤工作麵回風流中瓦斯(或二氧化碳)的濃度不超過0.8%的要求，按(1)式計算

Q采=125×q采×KCH4••••• ••(1)

其中：Q采——采煤工作麵需風量，m3/min

q采——回采工作麵瓦斯(或二氧化碳)的平均絕對湧出量，m3/min;可根據采煤工作麵的煤層埋藏條件、地質條件、開采方法、頂板管理、瓦斯含量、瓦斯來源等因素進行計算。抽放礦井的瓦斯湧出量，應扣除瓦斯抽放量進行計算。生產礦井可按條件相似的工作麵推算

KCH4——采麵瓦斯湧出不均衡通風係數，即該工作麵瓦斯絕對湧出量的最大值與平均值之比。正常生產條件下，連續觀測1個月，日最大絕對瓦斯湧出量和月平均日瓦斯絕對湧出量的比值，取最大值。沒有觀測數據時，機采工作麵取1.2～1.6，炮采麵取1.4～2.0

2、按工作麵氣象條件計算

Q采=Q基本×K采高×K采麵長×K溫••••••(2)

其中 Q采——采煤工作麵需風量，m3/min

Q基本——不同采煤方式工作麵所需的基本風量，m3/min

Q基本=60×工作控頂距×工作麵實際采高×70%×適宜風速(不小於1.0m/s)

K采高——回采工作麵采高調整係數(見表1)

K采麵長——回采工作麵長度調整係數(見表2)

K溫——回采工作麵溫度與對應風速調整係數(見表3)

表1 回采工作麵采高調整係數

采高m<2.02.0～2.52.5～5.0及放頂煤

係數K采高1.01.11.5

表2 回采工作麵長度調整係數

回采工作麵長度m80～150150～200>200

係數K采高長1.01.0～1.31.3～1.5

表3 回采工作麵溫度與對應風速調整係數

回采工作空氣溫度℃回采工作麵風速m/s係數K溫

<201.01.00

20～231.0～1.51.00～1.10

23～261.5～1.81.10～1.25

26～281.8～2.51.25～1.40

28～302.5～3.01.40～1.60

3、按回采工作麵最多同時作業人數計算

Q采=4×N•••••••••••••••••••••(3)

其中：Q采——采煤工作麵需風量，m3/min

N——工作麵最多同時作業人數，人

4、按炸藥量計算

Q采=25×A••••••••••••(4)

其中Q采——采煤工作麵需風量，m3/min

A——一次爆破炸藥最大用量，kg

5、按風速進行驗算

60×0.25×S

其中Q采——采煤工作麵需風量，m3/min

S——工作麵平均斷麵積，m2

(二)備用工作麵風量計算方法

備用工作麵亦應滿足瓦斯、二氧化碳、氣溫等規定計算的風量，且最少不得低於采煤工作麵實際需要風量的50%。

Q備≥0.5×Q采•••••••••••••••••••••••••••••(6)••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••

其中 Q備——備用采煤工作麵所需風量，m3/min

Q采——備用采煤工作麵回采時所需風量，m3/min

(三)布置有專用排瓦斯巷的采煤工作麵風量計算方法

Q采=Q采回+Q采尾=125×q采×KCH4+qCH4尾/2.5%×KCH4•••••(7)

其中：Q采——布置有專用排瓦斯巷的采煤工作麵需風量，m3/min

Q采回——工作麵回采所需風量，m3/min

Q采尾——專用排瓦斯巷所需風量，m3/min

q采——回采工作麵回風巷風流中瓦斯(或二氧化碳)的平均絕對湧出量，m3/min

qCH4尾——專用排瓦斯巷的風排瓦斯量，m3/min，並且要求風速不得低於0.5m/s

KCH4——采麵瓦斯湧出不均衡通風係數，即該工作麵瓦斯絕對湧出量的最大值與平均值之比。正常生產條件下，連續觀測1個月，日最大絕對瓦斯湧出量和月平均日瓦斯絕對湧出量的比值，取最大值。沒有觀測數據時，機采工作麵取1.2～1.6，炮采麵取1.4～2.0。

(四)掘進工作麵風量計算方法

1、按照瓦斯(或二氧化碳)湧出量計算

Q掘=125×q掘×K掘通•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••(8)

其中：Q掘——掘進工作麵所需風量，m3/min

q掘——掘進工作麵回風流中瓦斯(或二氧化碳)的平均絕對湧出量，m3/min，可按條件相似的工作麵推算。

K掘通——瓦斯湧出不均衡通風係數，該工作麵瓦斯絕對湧出量的最大值與平均值之比。正常生產條件下，連續觀測1個月，日最大絕對瓦斯湧出量和月平均日瓦斯絕對湧出量的比值，取最大值。沒有觀測數據時，機掘工作麵 K掘通=1.2～2.0，炮掘工作麵K掘通=1.8～2.5。

2、按局部通風機實際吸風量計算

Q掘煤=Q扇吸×I掘+60×0.25×S•••••(9)

Q掘岩=Q扇吸×I掘+60×0.15×S••••(10)

其中：Q掘煤——煤巷掘進工作麵所需風量，m3/min;半煤岩巷道按煤巷計算

Q掘岩——岩巷掘進工作麵所需風量，m3/min

Q扇吸——局部通風機實際吸入風量，m3/min

I掘 ——掘進工作麵同時通風的局部通風機台數

S ——安設局部通風機的巷道斷麵積，m2

3、按掘進工作麵最多同時作業人數計算

Q掘=4×N••••••••••••(11)

其中：Q掘——掘進工作麵所需風量，m3/min

N——工作麵最多同時作業人數，人

4、按炸藥量計算

Q掘=0.465×(A×b×S2×L2÷P漏2÷C碳)1/3÷t••••(12)

其中：Q掘——掘進工作麵所需風量，m3/min

A——一次爆破炸藥最大用量，kg

b——1kg炸藥產生的CO當量，煤巷爆破取100L/kg，岩巷爆破取40L/kg

S——巷道斷麵積，m2

L——巷道通風長度，m

P漏——漏風係數，風筒始、末端風量之比

C碳——巷道內CO濃度的允許值，C碳=0.02%

t——爆破後稀釋炮煙的通風時間，min，取20～30min

5、按風速進行驗算

岩巷掘進最低風量 Q岩掘>60×0.15×S••••(13)

煤巷掘進最低風量 Q煤掘>60×0.25×S•••••(14)

煤、岩巷掘進最高風量 Q掘<60×4×S•••••••(15)

其中：Q岩掘——岩巷掘進工作麵所需風量，m3/min

Q煤掘——煤巷掘進工作麵所需風量，m3/min

S——掘進巷道的平均斷麵積，m2

(五)井下硐室所需風量計算方法

1、爆炸材料庫

Q炸庫=4×V/60•••••(16)

其中：Q炸庫——井下爆炸材料庫所需風量，m3/min

V——井下爆炸材料庫的容積，m3

2、機電硐室

Q機硐=3600×∑N×θ÷(ρ×Cp×60×Δt)•••••••••(17)

其中：Q機硐——機電硐室所需風量，m3/min

∑N——機電硐室中運轉的電動機(變壓器)的總功率(按全年中最大值計算)，kW

θ——機電硐室的發熱係數，可按下表5選取

ρ——空氣密度，取1.20kg/m3

Cp——空氣的定壓比熱，取1.0006kJ/(kg.K)

Δt——機電硐室進、回風流的溫度差，單位K(℃+273)

表5 機電硐室的發熱係數 (θ)

機電硐室名稱發熱係數

空氣壓縮機房、抽放泵房0.15～0.18

水泵房0.01～0.03

變電所、絞車房0.02～0.04

小型機電硐室取60～80 m3/min

3、充電硐室，按回風流中氫氣濃度不超過0.5%計算，不得小於100 m3/min

Q機充=200×q充•••••••••••••••(18)

其中：Q機充——充電硐室所需風量，m3/min

q充——充電硐室在充電時產生的氫氣量，m3/min

(六)其它巷道風量計算方法

Q其它=125×q其它×KCH4其它••••••(19)

其中：Q其它——其它巷道所需風量，m3/min

Q其它——其它巷道最大瓦斯絕對湧出量，m3/min，可按條件相似巷道推算。

KCH4其它——瓦斯湧出不均衡通風係數，KCH4其它=1.2～1.3

並根據巷道實際用途及圍岩性質進行風速驗算。

(七)采區風量計算方法

采區所需的總風量Q區是采區內各用風地點需風量之和，並考慮適當的備用係數

Q區=(∑Q采+∑Q備+∑Q掘+∑Q室+∑Q其它)×K區••••(20)

其中：Q區——采區所需總風量，m3/min;

∑Q采——該采區內各采煤工作麵所需風量之和，m3/min

∑Q備——該采區內各備用工作麵所需風量之和，m3/min;

∑Q掘——該采區內各掘進工作麵所需風量之和，m3/min;

∑Q室——該采區內各硐室所需風量之和，m3/min;

∑Q其它——該采區內其它用風巷道風量之和，m3/min;

K區——備用風量係數，一般取1.1～1.2

(八)礦井總需風量計算方法

1、按井下同時工作的最多人數計算

Q礦=4×N×K礦通••••••••••• ••••(21)

其中：Q礦——礦井總需風量, m3/min

N——井下同時工作的最多人數;

K礦通——礦井通風係數，包括礦井內部漏風和配風不均勻等因素，一般取K礦通=1.2～1.25。

2、按采煤、掘進、硐室及其它地點實際需要風量的總和計算

Q礦=(∑Q采+∑Q掘+∑Q硐+∑Q備+∑Q其它)×K礦通•••••(22)

其中：Q礦——礦井總需風量，m3/min

∑Q采——采煤工作麵實際需要風量總和，m3/min

∑Q掘——掘進工作麵實際需要風量總和，m3/min

∑Q硐——硐室工作麵實際需要風量總和，m3/min

∑Q備——備用工作麵實際需要風量總和，m3/min

∑Q其它——礦井除了采、掘、硐室、備用工作麵以外的其它巷道需要風量的總和，m3/min

K礦通——礦井通風係數，一般取K礦通=1.2～1.25。

(九)礦井有效風量率的計算

PR=QR/Qf×100%••••••••(23)

其中：PR——礦井有效風量率，%

QR——礦井的有效風量，井下各地點有效風量之和，m3/min

Qf——主通風機的工作風量，抽出式通風時，取排出風量，m3/min

Qf應換算成標準狀態時的風量，換算公式

Q標=Q測×ρ測÷1.2••••(24)

Q標——主要通風機排出的標準風量，m3/min

Q測——實測主要通風機的排出風量，m3/min

ρ測——測定地點風流的空氣密度，kg/m3

測定地點空氣密度的計算公式為

ρ測=0.003484×p÷(273+t)×(1-0.378×ф×Ps÷p)••••(25)

其中：p——測定地點的空氣壓力，Pa

t——空氣的溫度，℃

Ps——溫度為t時飽和水蒸氣的壓力，單位Pa

ф——相對濕度，%

表6 Ps參照表

溫度℃壓力Pa溫度℃壓力Pa溫度℃壓力Pa溫度℃壓力Pa

0610101228202339304246

0.563310.5126920.5241230.54370

1657111312212488314496

1.568111.5135721.5256531.54626

2705121402222645324759

2.573112.5144922.5272632.54895

3758131498232810335035

3.578513.5154723.5289733.55178

4813141598242985345324

4.584214.5165124.5307634.55474

5872151705253169355628

5.590315.5176125.5326535.55786

6935161818263363365947

6.596816.5187726.5346436.56112

71002171938273567376281

7.5103717.5200027.53673

81072182064283782

8.5111018.5213028.53894

91148192198294008

9.5118719.5226729.54126

(十)礦井外部漏風量的計算

QLe= Qf-Qm••••••••••••••••••••••••••••••••••(26)

其中：QLe——礦井的外部漏風量，m3/min

Qf——主通風機的工作風量，m3/min

Qm——抽出式通風時，井下的總回風量，m3/min

(十一)礦井內部漏風量的計算

QLi= Qm-QR•••••••••••••••••••(27)

其中：QLi——礦井的內部漏風量，m3/min

Qm——抽出式通風時，井下的總回風量，m3/min

QR——礦井的有效風量，井下各地點有效風量之和，m3/min

(十二)礦井的外部漏風率計算

PLe=QLe/Qf×100%•••••••••••(28)

其中：PLe——礦井的外部漏風率，%

QLe——礦井的外部漏風量，m3/min

Qf——主通風機的工作風量，m3/min

(十三)礦井的內部漏風率計算

PLi=QLi/Qf×100%••••••••••••(29)

其中：PLi——礦井的內部漏風率，%

QLi——礦井的內部漏風量，m3/min

Qf——主通風機的工作風量，m3/min

(十四)礦井通風等積孔的計算

1、單風井等積孔計算，

•••••(30)

其中：A——礦井等積孔，m2

Q——主要通風機的工作風量，m3/s

h——主要通風機的靜壓，Pa

R——礦井總風阻，N.s2/m8

毫米水柱與毫米汞柱的換算：

1毫米水柱=9.80665Pa

1毫米汞柱=133.322Pa

2、多風井的礦井，隻計算每個風井的等積孔。

三、礦井通風其他參數計算

(一)空氣密度的計算：

，kg/m3 (5-23)

式中：m——空氣的質量，kg ;

V——空氣的體積，m3 ;

ρ——空氣的密度，kg/m3。

一般地說，當空氣的溫度和壓力改變時，其體積會發生變化。所以空氣的密度是隨溫度、壓力而變化的，從而可以得出空氣的密度是空間點坐標和時間的函數。如在大氣壓P0為101325 Pa、氣溫為0 ℃(273、15 K)時，幹空氣的密度ρ0為1、293 kg/m3。

(二)自然風壓的計算：

如圖2-1-5-1的自然風壓這樣計算：

，Pa (5-24)

式中：Z——礦井最高點至最低水平間的距離，m;

g——重力加速度，m/s2;

、——分別為0-1-2和5-4-3井巷中dz段空氣密度，kg/m3。

圖2-1-5-1 簡化礦井通風係統

由於空氣密度受多種因素影響，與高度Z成複雜的函數關係。因此利用式(5-24)計算自然風壓較為困難。為了簡化計算，一般采用測算出的0-1-2和5-4-3井巷中空氣密度的平均值和分別代替式(5-24)中的和，則式(5-24)可寫為：

，Pa (5-25)

(三)主要通風機的功率和效率

1、主要通風機的有效功率(或輸出功率、空氣功率)。是指單位時間內主要通風機對通過風量為Qf的空氣所做的功，可分為靜壓功率和全壓功率。

全壓功率(kW)：

，kW (5-26)

靜壓功率(kW)：

，kW (5-27)

2、主要通風機的軸功率(或輸入功率)

電動機經傳動部件輸入給主要通風機的功率叫軸功率，用N表示，單位為KW，主要通風機的軸功率可用下式計算：

，kW (5-28)

式中：U——線電壓，V;

I——線電流，A;

cosψ——功率因數;

——電動機效率，%;

——傳動功率，%。

3、主要通風機的效率

由於風流在機體內流動時會產生衝擊、摩擦等各種能量損失，故輸入主要通風機的功率耍大於有效功率。有效功率與輸入功率之比，叫風機的效率，用表示。因為主要通風機的輸出功率有全壓輸出功率與靜壓輸出功率之分，所以主要通風機的效率分全壓效率與靜壓效率。

故主要通風機的軸功率又可表示為：

，kW (5-29)

或

，kW (5-30)

式中：、——主要通風機的全壓和靜壓效率。

(四)電動機功率Nd

為帶動風機運轉而消耗的功率即為電動機功率。可實際測量或按下式計算：

，kW (5-31)

式中：、——電動機效率和傳動效率。

風筒風阻可按下式計算：

，N·s2/m8(5-32)

式中：R——風筒的總風阻，N·s2/m8;

R1——風筒的摩擦風阻，N·s2/m8;

R2——風筒接頭處的局部風阻，N·s2/m8;

R3——風筒拐彎處的局部風阻，N·s2/m8;

α——風筒的摩擦阻力係數，N·s2/m4;

l——風筒長度，m;

d——風筒直徑m;

n——風筒的接頭數目;

ξj——風筒接頭的局部阻力係數，無因次;

ξb——風筒拐彎的局部阻力係數，無因次;

ρ——空氣密度，kg/m3。

表2-1-5-3 金屬風筒摩擦阻力係數

風筒直徑20004005000800

α×104/N·s2·m-4494.139.234.39.424.5

表2-1-5-4 JZK係列玻璃鋼風筒摩擦阻力係數

風筒型號JZK-800-42JZK-800-50JZK-700-36

α×104/N·s2·m-419.6-21.619.6-21.619.6-21.6

上式中摩擦阻力係數α的選取很重要，同直徑的剛性風筒的α值可視為常數，金屬風筒的α值可按表2-1-5-3選取，玻璃鋼風筒的α值可按表2-1-5-4選取。

(五)風筒相關參數計算

金屬風筒的漏風主要發生在接頭處，且隨風壓增加而增加。柔性風筒不僅接頭漏風，在其全長(如粘縫、針眼等)都有漏風。考慮風筒漏風的大小，可用漏風量備用係數φ來表示。

(5-33)

式中：Qf——局部通風機的供風量，m3/s;

Qo——風筒末端的風量，m3/s。

金屬風筒的漏風主要發生在連接處。若把風筒漏風看成是連續的，且漏風狀態是紊流，在風筒全長上的漏風風量備用係數可按下式計算

(5-34)

式中：d——風筒直徑，m;

n——風筒的接頭數目;

R——風筒全長的摩擦風阻，N·s2/m8;

K——相當於直徑為1m的風筒的透風係數;K值的大小與風筒的連接質量有關：插接時可取0.0026-0.0032，發蘭盤連接用草繩墊圈時可取0.0019-0.0026，發蘭盤連接用膠皮墊圈可取0.00032-0.0019。

柔性風筒不僅接頭漏風，在風筒全長上都有漏風，而漏風量隨風筒內風壓增大而加大。

柔性風筒的漏風風量備用係數φ可以根據風筒100m長度的漏風率p來計算。

，% (5-35)

將此式代入式5-33可得

(5-36)

式中：φ——柔性風筒漏風風量備用係數;

p——風筒100m長度的漏風率，%;

L——風筒總長度，m;

Qf、Qo意義同前。

根據現場，百米漏風率可從表2-1-5-5中查取。

表2-1-5-5 柔性風筒百米漏風率p

風筒接頭類型100m漏風率p(%)

膠接0.1-0.4

多反邊0.6-0.4

多層反邊3.05

插接12.8

(六)礦井漏風率與有效風量率

所有獨立回風的用風地點(采掘工作麵、硐室以及其他用風巷道等)實際得到的風量之和，稱為礦井的有效風量QR。相反，未送入用風地點就由通風機排出的總漏風稱為礦井的總漏風量QL。主風機的工作風量Qf則得

(5-37)

和的絕對值不能用來比較各個礦井的漏風程度，須用礦井漏風率與礦井有效風量率作為比較標準。

上述包括礦井的外部漏風和礦井的內部漏風量，即;而則是Qf與抽出式通風時來自井下的總回風量(活壓入式通風時進入井下的總進風量)之差，即;是與QR之差，即。

礦井的外部漏風率是與Qf的百分比，即

，% (5-38)

裝有風機的井口，其外部漏風率在無提升任務時，不得超過5%;有提升任務時，不得超過15%。

礦井的內部漏風率時與Qf的百分比，即

，% (5-39)

礦井的總漏風率是與之和，即

(5-40)

礦井的有效風量是QR與Qf的百分比，即

(5-41)