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矿井风量计算方法
矿井风量计算方法
秦宪礼
黑龙江科技学院
2011年10月
前言
前言
为了更好地贯彻落实“先抽后采、监测监控、以风定产”十二字方针、规范矿井通风管理,加强瓦斯、煤尘的综合防治,杜绝瓦斯、煤尘等重特大事故,确保矿井安全生产,按照《煤矿安全规程》103条的有关规定、“国家发展和改革委员会、国家安全生产监督管理总局、国家煤矿安全监察局”联合下发的文件,发改运行[2006]819号文件中《矿井生产能力核定》“矿井需要风量核定办法”、中华人民共和国安全生产行业标准(AQ1028-2006)《煤矿井工开采通风技术条件》、(AQ1056-2008)《煤矿通风能力核定标准》和国家发展改革委、国家安全监管总局、国家能源局、国家煤矿安监局联合下发的安监总煤装〔2011〕162号文件《煤矿瓦斯等级鉴定暂行办法》等文件规定内容,结合煤矿生产实际和设计部门的实际,修改完善了《矿井风量计算》,以便同学们在设计过程中参考。
矿井风量计算方法
1矿井通风意义
煤矿生产是地下作业,工作环境比较复杂、恶劣,矿井通风是矿井安全工作的基础,是防治瓦斯、粉尘、火灾事故和创造良好劳动环境的最有效的方法。
矿井通风的目的为:
(1)供给井下人员足够的新鲜空气;
(2)冲淡并排出井下有毒害气体及矿尘;
(3)创造良好的气候条件(如劳动环境),提高劳动效率;
(4)增强矿井的防灾、抗灾能力。
矿井供风量不足,易造成工作环境恶化,影响劳动效率,造成瓦斯积聚,甚至酿成惨不忍睹的瓦斯爆炸事故,重者矿毁人亡,给矿井安全生产带来严重威胁。
若供风过多,风量浪费,风速超限,煤尘飞扬,通风设备费用高,耗电量大,并相应增加矿井取暖费用,使吨煤成本增加。
因此,合理进行矿井配风,对于保证矿井安全生产,保证井下作业人员身体健康,提高劳动生产率和经济效益,具有十分重要的意义。
2矿井供风的基本原则
矿井供风总的原则是,既要能确保矿井安全生产的需要,又要符合经济要求。
矿井风量计算是通风技术管理的主要基础工作,选择正确的风量计算办法,实现用风地点合理稳定供风,不仅是瓦斯治理、预防煤层自燃和综合防尘的先决条件,也是矿井生产能力核定的重要依据。
根据《煤矿安全规程》“矿井需要的风量应按下列要求分别计算,并选取其中最大值:
⑴按井下同时工作的最多人数计算,每人每分钟供给风量不少于4m3。
⑵按采煤、掘进、硐室及其它地点实际需要风量的总和进行计算。
各地点实际需要风量必须使该地点风流中瓦斯、二氧化碳、氢气和其它有害气体的浓度,风速以及温度,每人供风量符合本规程的有关规定。
”的原则和第104条“矿井每年安排采掘作业计划时必须核定矿井生产和通风能力,必须按实际供风量核定矿井产量,严禁超通风能力生产”的规定,参照近期上级下发的相关规程、标准、规范等文件精神,结合矿井煤层开采自然和技术因素及实际配风经验,修改制定本计算办法。
3制定矿井风量计算办法依据
本次矿井风量计算办法修改制定的主要依据是:
1、《煤矿安全规程》、“国家发展和改革委员会、国家安全生产监督管理总局、国家煤矿安全监察局”联合下发的文件,发改运行[2006]819号文件中《矿井生产能力核定》“矿井需要风量核定办法”、中华人民共和国安全生产行业标准(AQ1028-2006)《煤矿井工开采通风技术条件》、(AQ1056-2008)《煤矿通风能力核定标准》和国家发展改革委、国家安全监管总局、国家能源局、国家煤矿安监局联合下发的安监总煤装〔2011〕162号文件《煤矿瓦斯等级鉴定暂行办法》的有关规定。
4矿井供风的基本要求
由于矿井空气质量对井下作业人员健康和矿井安全有着重要影响,所以《煤矿安全规程》对供给井下空气的质量有明确的规定:
(1)采掘工作面的进风流中,氧气浓度不低于20%,瓦斯或二氧化碳浓度不超过0.5%。
每人每分钟供风量不少于4m3。
(2)有害气体的浓度不超过表1规定。
表1矿井有害气体最高允许浓度
名称
最高允许浓度
一氧化碳
0.0024
氧化氮(换算成二氧化氮NO2)
0.00025
二氧化硫SO2
0.0005
硫化氢H2S
0.00066
氨NH3
0.004
*矿井中所有气体的浓度均按体积的百分比计算。
(3)作业场所空气中粉尘(总粉尘、呼吸性粉尘)浓度应符合表2要求。
表2作业场所空气中粉尘浓度标准
粉尘中游离SiO2含量(%)
最高允许浓度(mg/m3)
总粉尘
呼吸性粉尘
<10
10
3.5
10~<50
2
1
50~<80
2
0.5
≥80
2
0.3
(4)进风井口以下的空气温度(干球温度,下同)必须在2℃以上。
生产矿井采掘工作面空气温度不得超过26℃,机电设备硐室的空气温度不得超过30℃;当空气温度超过时,必须缩短超温地点工作人员的工作时间,并给予高温保健待遇。
采掘工作面的空气温度超过30℃、机电设备硐室的空气温度超过34℃时,必须停止作业。
(5)井巷中的风流速度应符合表3要求。
设有梯子间的井筒或修理中的井筒,风速不得超过8m/s;梯子间四周经封闭后,井筒中的最高允许风速可按上表规定执行。
表3井巷中的允许风流速度
井巷名称
允许风速(m/s)
最低
最高
无提升设备的风井和风硐
15
专为升降物料的井筒
12
风桥
10
升降人员和物料的井筒
8
主要进﹑回风巷
8
架线电机车巷道
1.0
8
运输机巷,采区进﹑回风巷
0.25
6
采煤工作面﹑掘进中的煤巷和半煤岩巷
0.25
4
掘进中的岩巷
0.15
4
其他通风人行巷道
0.15
无瓦斯涌出的架线电机车巷道中的最低风速可低于上表的规定值,但不得低于0.5m/s。
综合机械化采煤工作面,在采取煤层注水和采煤机喷雾降尘等措施后,其最大风速可高于上表的规定值,但不得超过5m/s。
5矿井风量计算办法
矿井的需风量计算按采煤、掘进、峒室及其它用风地点实际需要风量的总和进行计算,包括按规定配备的备用工作面需要风量,现有通风系统应保证各用风地点稳定可靠供风。
全矿井需要风量的计算公式为:
Qra≥(∑Qcf+∑Qhf+∑Qur+∑Qsc+∑Qrl)×kaq,m3/min………………
(1)
式中:
Qra—矿井需要风量,m3/min;
Qcf—采煤工作面实际需要风量,m3/min;
Qhf—掘进工作面实际需要风量,m3/min;
Qur—硐室实际需要风量,m3/min;
Qsc—备用工作面实际需要风量,m3/min;
Qrl—其他用风巷道实际需要风量,m3/min;
kaq—矿井通风需风系数(抽出式kaq取1.15~1.20,压入式kaq取1.25-1.30)。
5.1采煤工作面需要风量计算办法
1全矿井采煤工作面需要风量计算
全矿井采煤工作面实际需要风量,应按矿井各采煤工作面实际需要风量的总和计算
,m3/min……………………
(2)
式中:
—所有采煤工作面供风量总和,m3/min;
、
、不同采煤工作面、备用采煤工作面供风量,m3/min。
2采煤工作面实际需要风量的计算
每个采煤工作面实际需要风量,应按工作面气象条件、瓦斯涌出量、二氧化碳涌出量、人员和爆破后的有害气体产生量等规定分别进行计算,然后取其中最大值。
①按气象条件计算
Qcf=60×70%×vcf×Scf×kch×kcl,m3/min………………(3)
式中:
vcf—采煤工作面的风速,按采煤工作面进风流的温度从表4中选取,m/s;
Scf—采煤工作面的平均有效断面积,按最大和最小控顶有效断面的平均值计算,m2;
kch—采煤工作面采高调整系数,具体取值见表5;
kcl—采煤工作面长度调整系数,具体取值见表6;
70%—有效通风断面系数;
60—为单位换算产生的系数。
表4采煤工作面进风流气温与对应风速
采煤工作面进风流气温/
℃
采煤工作面风速/
(m·s-1)
<20
1.0
20~23
1.0~1.5
23~26
1.5~1.8
表5kch—采煤工作面采高调整系数
采高/m
<2.0
2.0~2.5
>2.5及放顶煤面
系数(kch)
1.0
1.1
1.2
表6kcl—采煤工作面长度调整系数
采煤工作面长度/m
长度风量调整系数(kcl)
<15
0.8
15~80
0.8~0.9
80~120
1.0
120~150
1.1
150~180
1.2
>180
1.30~1.40
②按照瓦斯涌出量计算
Qcf=100×qcg×kcg,m3/min…………………(4)
式中:
qcg—采煤工作面回风巷风流中平均绝对瓦斯涌出量,m3/min。
抽放矿井的瓦斯涌出量,应扣除瓦斯抽放量进行计算;
kcg—采煤工作面瓦斯涌出不均匀的备用风量系数,正常生产时连续观测1个月,日最大绝对瓦斯涌出量和月平均日绝对瓦斯涌出量的比值;
100—按采煤工作面回风流中瓦斯的浓度不应超过1%的换算系数。
③按照二氧化碳涌出量计算
Qcf=67×qcc×kcc,m3/min………………………(5)
式中:
qcc—采煤工作面回风巷风流中平均绝对二氧化碳涌出量,m3/min;
kcc—采煤工作面二氧化碳涌出不均匀的备用风量系数,正常生产时连续观测1个月,日最大绝对二氧化碳涌出量和月平均日绝对二氧化碳涌出量的比值;
67—按采煤工作面回风流中二氧化碳的浓度不应超过1.5%的换算系数。
④按炸药量计算
a)一级煤矿许用炸药
Qcf≥25Acf,m3/min……………………(6)
b)二、三级煤矿许用炸药
Qcf≥10Acf,m3/min……………………(7)
式中:
Acf—采煤工作面一次爆破所用的最大炸药量,kg;
25—每千克一级煤矿许用炸药需风量,m3/min;
10—每千克二、三级煤矿许用炸药需风量,m3/min。
⑤按工作人员数量验算
Qcf≥4Ncf,m3/min…………………(8)
式中:
Ncf—采煤工作面同时工作的最多人数,人;
4—每人需风量,m3/min。
⑥按风速进行验算
a)验算最小风量
Qcf≥60×0.25Scb,m3/min……………………(9)
Scb=lcb×hcf×70%……………………(10)
b)验算最大风量
Qcf≤60×4.0Scs,m3/min……………………(11)
Scs=lcs×hcf×70%…………………(12)
c)综合机械化采煤工作面,在采取煤层注水和采煤机喷雾降尘等措施后,验算最大风量
Qcf≤60×5.0Scs,m3/min…………………(13)
式中:
Scb—采煤工作面最大控顶有效断面积,m2;
lcb—采煤工作面最大控顶距,m;
hcf—采煤工作面实际采高,m;
Scs—采煤工作面最小控顶有效断面积,m2;
lcs—采煤工作面最小控顶距,m;
0.25—采煤工作面允许的最小风速,m/s;
70%—有效通风断面系数;
4.0—采煤工作面允许的最大风速,m/s;
5.0—采煤工作面允许的最大风速,m/s。
⑦备用工作面实际需要风量
备用工作面实际需要风量应满足瓦斯、二氧化碳、气象条件等规定计算的风量,且最少不应低于采煤工作面实际需要风量的50%。
⑧布置有专用排瓦斯巷的采煤工作面实际需要风量计算
Qcf=Qcr+Qcd,m3/min…………………(14)
Qcr=100×qgr×kcg,m3/min………………(15)
Qcd=40×qgd×kcg,m3/min………………(16)
式中:
Qcr—采煤工作面回风巷需要风量,m3/min;
Qcd—采煤工作面专用排瓦斯巷需要风量,m3/min;
qgr—采煤工作面回风巷的排瓦斯量,m3/min;
qgd—采煤工作面专用排瓦斯巷的风排瓦斯量,m3/min;
40—专用排瓦斯巷回风流中的瓦斯浓度不应超过2.5%的换算系数。
5.2掘进工作面实际需要风量的计算
1全矿井掘进工作面需要风量
∑Q掘=Q掘全1+Q掘全2+……+Q掘全i,m3/min…………………(17)
式中:
∑Q掘—全矿井掘进工作面需要风量,m3/min;
Q掘全1、……Q掘全i—每个独立通风的掘进工作面需要风量,m3/min。
2掘进工作面实际需要风量的计算
独立通风的掘进工作面需要风量计算具体方法:
每个掘进工作面实际需要风量,应按瓦斯涌出量、二氧化碳涌出量、人员、爆破后的有害气体产生量等规定分别进行计算,然后取其中最大值。
再按巷道设计最大供风距离和风筒百米漏风率反算局部通风机吸风量,以风机吸风量来选定局部通风机型号,从而确定风机的最大工作风量。
再以风机的最大工作风量,加上风机安装位置巷道最低风速的风量,确定整个掘进工作面的全风压供给的风量(即掘进工作面的总需要风量Q掘全)。
按以下三个步骤计算。
⑴确定掘进工作面实际需要风量
①按照瓦斯涌出量计算
Qhf=100×qhg×khg,m3/min…………………(18)
式中:
qhg—掘进工作面回风流中平均绝对瓦斯涌出量,m3/min,抽放矿井的瓦斯涌出量,应扣除瓦斯抽放量进行计算;
khg—掘进工作面瓦斯涌出不均匀的备用风量系数,正常生产条件下,连续观测1个月,日最大绝对瓦斯出量与月平均日绝对瓦斯涌出量的比值;
100—按掘进工作面回风流中瓦斯的浓度不应超过1%的换算系数。
②按照二氧化碳涌出量计算
Qhf=67×qhc×khc,m3/min…………………(19)
式中:
qhc—掘进工作面回风流中平均绝对二氧化碳涌出量,m3/min;
khc—掘进工作面二氧化碳涌出不均匀的备用风量系数,正常生产条件下,连续观测1个月,日最大绝对二氧化碳出量与月平均日绝对二氧化碳涌出量的比值;
67—按掘进工作面回风流中二氧化碳的浓度不应超过1.5%的换算系数。
③按炸药量计算
a)一级煤矿许用炸药
Qhf≥25Ahf,m3/min……………………(20)
b)二、三级煤矿许用炸药
Qhf≥10Ahf,m3/min……………………(21)
式中:
Ahf—掘进工作面一次爆破所用的最大炸药量,kg。
按上述条件计算的最大值,确定掘进工作面需要风量。
④按工作人员数量验算
Qhf≥4Nhf,m3/min………………………(22)
式中:
Nhf—掘进工作面同时工作的最多人数,人。
⑤按风速进行验算
a)验算最小风量
—无瓦斯涌出的岩巷:
Qhf≥60×0.15Shf………………………(23)
—有瓦斯涌出的岩巷,半煤岩巷和煤巷
Qhf≤60×0.25Shf………………………(24)
b)验算最大风量
Qhf≤60×4.0Shf………………………(25)
式中:
Shf—掘进工作面巷道的净断面积,m2。
⑵局部通风机选型
①局部通风机工作风量计算
Q扇=Q掘×P,m3/min…………………(26)
式中:
Q掘—局部通风机工作风量,m3/min;
P—局部通风机供风巷道风筒漏风系数。
如有实测百米漏风率P100,可按公式(27)计算,当无实测资料时,应按公式(28)计算。
P=1/(1-L×P100/100)…………………(27)
L—风筒长度,m;
柔性风筒应按下式计算:
P=1/(1-nL接)…………………(28)
n—风筒接头数;
L接—一个接头漏风率,插接时Li=0.01~0.02;罗圈反压边连接时,Li=0.002。
②局部通风机工作风压计算
根据掘进工作面设计长度、局部通风机需要工作风量、掘进工作面需要风量、风筒风阻,计算掘进工作面局部通风机工作风压值:
hft=RpQ扇Q掘,Pa…………………(29)
式中:
Rp—压入式风筒的总风阻,N.S2/m8;风筒风阻是由摩擦风阻、局部风阻组成,其大小取决于风筒的直径、接头方式、风筒总长度、风压、单节风筒长度、风筒的材质等,如有实测百米风阻值R100,可按公式(30)计算,当无实测资料时,应按公式(31)计算或参考表7中的百米风阻值按公式(30)计算。
hft—压入式局部通风机全风压,Pa;
Rp=R100×(L/100),…………………(30)
Rp=6.5α×L/(d5)+(n×ζj0+∑ζbei+ζin)×[ρ/(2s2)]…………(31)
α—风筒摩擦阻力系数(无实测资料时可参用表7),N.S2/m4;
L—风筒长度,m;
d—风筒直径,m;
ρ—空气密度,kg/m3;
s—风筒断面积,m2;
n—风筒接头个数;
ζj0—风筒接头局部阻力系数(无实测资料时可参用表7);
ζbei—风筒拐弯局部阻力系数(无实测资料时可参用表8);
ζin—风筒入口局部阻力系数,
当入口处完全修圆时,取ζin=0.1;
不加修圆的直角入口时,取ζin=0.5~0.6。
表7胶质风筒α、ζj0选用范围参考表
风筒直径(mm)
摩擦阻力系数α
(N.S2/m4)
百米风阻值R
(Ns2•m-8)
接头局部阻力系数ζj0
备注
300
0.0053
1412
0.15
接头为插接、反边接头
400
0.0049
314
500
0.0045
94
0.15~0.13
600
0.0041
34
700
0.0038
14.7
0.13~0.09
800
0.0032
6.5
1000
0.0029
2.0
表8胶质风筒拐弯局部阻力系数参考表
拐弯角度
20°
40°
60°
80°
90°
100°
ζbei
0.18
0.4
0.62
1.0
1.25
1.55
③选择合适局部通风机
根据工作风压、风量和局部通风机的性能曲线,选择合适的局部通风机。
④根据所选用局部通风机型号,确定局部通风机的工作风量。
局部通风机的工作风量范围应以该局部通风机出厂说明书中提供的有效风量范围为准,各矿必须保存好局部通风机出厂说明书,以此为矿井配风计算和局部通风机选型的凭证,无此资料时,可参考表9选取。
表9部分局部通风机选型表
型号
功率(KW)
级数
建议Q扇(m3/min)
风压Pa
备注
FBD4.5/2×5.5
2×5.5
2
200-140
500-2800
此表参数为二级通风机的参数,如果采用三级通风机,表中建议Q扇(m3/min)取值可不变,风压(Pa)的取值增加1.3~1.5倍
FBD5/2×7.5
2×7.5
2
240-180
700-3200
FBD5.6/2×11
2×11
2
350-240
800-3700
FBD6/2×15
2×15
2
400-300
1500-4400
FBD6/2×18.5
2×18.5
2
450-350
2000-5800
FBD6/2×22
2×22
2
500-380
1600-5000
FBD6.3/2×30
2×30
2
600-430
2000-5800
FBD7.5/2×55
2×55
2
900-600
3000-5800
⑶按局部通风机实际吸风量计算
按照《煤矿安全规程》规定:
安设局部通风机的巷道中的风量,除了满足局部通风机的吸风量外,还应保证局部通风机吸入口至掘进工作面回风巷之间的风速,岩巷不小于0.15m/s、煤和半煤岩巷不小于0.25m/s,以防止局部通风机吸入循环风和这段距离内风流停滞,造成瓦斯积聚。
计算公式为:
a)无瓦斯涌出的岩巷
Qhf=Qaf×I+60×0.15Shd,m3/min…………………(32)
b)有瓦斯涌出的岩巷,半煤岩巷和煤巷
Qhf=Qaf×I+60×0.25Shd,m3/min…………………(33)
式中:
Qaf—局部通风机实际吸风量,m3/min;
I—掘进工作面同时通风的局部通风机台数;
0.15—无瓦斯涌出岩巷的允许最低风速;
0.25—有瓦斯涌出的岩巷,半煤岩巷和煤巷允许的最低风速;
Shd—局部通风机安装地点到回风口间的巷道最大断面积,m2。
3掘进工作面风筒直径选用标准
表10掘进工作面风筒直径选用标准表
局部通风机功率(kW)
2×5.5
2×7.5
2×11
2×15及以上
选用风筒直径(mm)
400~500
500~600
600~800
不低于800
5.3硐室需要风量计算
1、按矿井各个独立通风硐室需要风量的总和确定:
∑Q硐=Q硐1+Q硐2+Q硐3+...+Q硐n,(m3/min)…………………(34)
式中:
∑Q硐—所有独立通风硐室需要风量总和,m3/min;
Q硐1、Q硐2、Q硐3、⋯、Q硐n—不同独立通风硐室需要风量,按硐室配风原则计算,并与分公司实际配风情况相比,取其最大值,m3/min。
2、各个独立通风硐室的需要风量
各个独立通风硐室的需要风量,应根据不同类型的硐室分别进行计算。
①爆破材料库需要风量计算:
Qem=4V/60=0.07V,m3/min……………………………(35)
式中:
Qem—井下爆炸材料库需要风量,m3/min;
V—井下爆炸材料库的体积,m3;
4—井下爆炸材料库内空气每小时更换次数。
但大型爆破材料库不应小于100m3/min,中、小型爆破材料库不应小于60m3/min。
②充电硐室需要风量计算:
Qer=200qhy,m3/min……………………(36)
式中:
Qer—充电硐室需要风量,m3/min;
qhy—充电硐室在充电时产生的氢气量,m3/min;
200—按其回风流中氢气浓度不大于0.5%的换算系数。
但充电硐室的供风量不应小于100m3/min。
③机电硐室需要风量计算:
发热量大的机电硐室,应按照硐室中运行的机电设备发热量进行计算:
,m3/min……………………(37)
式中:
—机电硐室的需要风量,m3/min;
—机电硐室中运转的电动机(或变压器)总功率(按全年中最大值计算),kW;
—机电硐室发热系数,数值见表11;
—空气密度,一般取
=1.20kg/m3;
—空气的定压比热,一般可取
=1.0006KJ/(kg·K);
—机电硐室的进、回风流的温度差,K。
表11 机电硐室发热系数(
)表
机电硐室名称
发热系数
空气压缩机房
0.20~0.23
水泵房
0.01~0.03
变电所、绞车房
0.02~0.04
机电硐室需要风量应根据不同硐室内设备的降温要求进行配风;采区小型机电硐室,按经验值确定需要风量或取60~80m3/min;选取硐室风量,应保证机电硐室温度不超过30℃,其他硐室温度不超过26℃。
5.4其他用风巷道实际需要风量计算
1、其它井巷总实际需要风量
其它井巷实际需要风量,应按矿井各个其它巷道用风量的总和计算
∑Q其它=Q其1+Q其2+Q其3+...+Q其n,m3/min…………………(3
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- 矿井 风量 计算方法