煤矿机电常用公式汇总.docx
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煤矿机电常用公式汇总
矿井机电常用选型、验算公式汇总
第一篇矿井机电设计部分
一、水泵的选型计算
1、水泵选型依据
《煤矿安全规程》第二百七十八条规定，主要排水设备应符合下列要求：
水泵：
必须有工作、备用和检修水泵。
工作水泵的能力，应能在20h内排水矿井24h的正常涌水量，（包括充填水及其他用水）。
备用水泵的能力应不小于工作水泵能力的70%，工作和备用水泵的总能力，应能在20h内排出矿井24h的最大涌水量。
检修水泵的能力应不小于工作水泵能力的25%。
配电设备：
应同工作、备用以及检修水泵相适应，并能同时开动工作和备用水泵
2、水泵的选型计算
正常涌水时期，水泵必需的排水能力
QB≥24q（m3/h）
20
最大涌水时期，水泵必需的排水能力
24
Qmax≥qmax（m3/h）
20
水泵必须的扬程
式中：
q—正常涌水量（m3/h）Qmax—最大涌水量（m3/h）
Hc=Hg+（车场与最低吸水水面标高差）+（排水管出口高出上一水平的高度）α－井筒倾角；0.1～0.12－扬程损失系数。
初选水泵根据涌水量QB和排水高度HB，自产品目录查符合要求的水泵
3、水泵稳定性校验
为保证水泵工作稳定性，应符合0.9H0≥HC，其中，H0为水泵零流量时的扬程，根据水泵的特性曲线查找。
4、确定水泵台数根据《煤矿安全规程》第二百七十八条规定：
水泵必须有工作、备用和检修水泵。
工作水泵的能力，应能在20h内排水矿井24h的正常涌水量，（包括充填水及其他用水）。
备用水泵的能力应不小于工作水泵能力的70%，工作和备用水泵的总能力，应能在20h内排出矿井24h的最大涌水量。
检修水泵的能力应不小于工作水泵能力的25%。
比较Q、Qmax、Qe可知，正常涌水时期需要水泵的台数：
Q
n1=（台）
Qe
最大涌水期需要投入工作水泵台数
n1+n2=Qmax（台）
Qe
Qe—水泵的额定流量（m3/h）
备用水泵：
n3=n1×0.7（台）检修水泵n4=n1×0.25（台）一共需要的水泵数量为：
n=n1+n2+n3+n4
5、管路趟数确定
管路选择依据《煤矿安全规程》第二百七十八条规定：
水管：
必须有工作和备用的水管。
工作水管的能力应能配合工作水泵在20h内排出矿井24h的正常涌水量。
工作和备用水管的总能力，应能配合工作和备用水泵在20h内排出矿井24h的最大涌水量。
计算管径选择管材
必需的管内径
按照一泵一管工作方式选择管径。
经济流速选VP=2.2m/s
5.1、排水管径：
dp=4Q
3600VP
5.2、吸水管径：
吸水管内径通常比排水管内径大25mm，以降低流速，减少损失，取得较大的吸水高度。
dx1=dp1+25×10-3（m）
5.3、选择管材
选择管材主要依据管路将要承受水压的大小，压力大于10kg/㎝2时应选择无缝钢管，压力小于10kg/㎝2可用铸铁管或螺旋焊管。
排水管沿竖井敷设时，应选择焊接钢管或无缝钢管，沿进风井敷设钢管所承受的工作水压在40kg/㎝2以内时一般采用焊接连接。
管壁必须的厚度：
0.4P
δ=0.5dp1C
1.3P
式中：
dp－标准管内径cm；
σ－为许用应力，无缝钢管许用应力σ＝800kg/cm2；焊接钢管取600kg/cm2，铸铁管取200kg/cm2
P－为管内液体压强，作为估算P=0.11HPkg/cm2，HP为排水高度；
C－为附加壁厚，对铸铁管取0.7—0.9cm钢管取0.1—0.2cm。
6、计算沿程阻力系数
根据舍维列夫公式，吸水管、排水管的沿程阻力系数分别为：
0.021
0.3x
0.021
λp=d0.3
p
式中：
dx－吸水管内径m
dp－排水管内径m
局部阻力损失系数
1、吸水管路局部阻力：
阻力损失系数查手册可得出，统计表如6-1所示；
2、排水管路局部阻力阻力损失系数查手册可得出，统计表如6-1所示
表6-1吸水管局部阻力损失系数
名称
阻力损失系数（ξx）
名称
阻力损失系数（ξx）
无底阀滤水网
3
逆止阀
7.5
90°弯头
0.206
单流三通
2.0
渐缩管
0.1
分流三通
1.5
电动闸阀
0.5
合流三通
3.0
斜弯头
1.0
球形阀
3.9
焊缝
0.03
旋转阀
1.0
斜下支流三通
0.5
锐边进管
0.5
斜上支流三通
1.0
扩张异径管
0.22—0.91
斜下锐角支流三通
3.0
收缩异径管
0.16—0.36
锐边突出进入管
0.25
进入水槽管
1.0
急涨
0—0.81
急缩
0—0.5
闸阀
0.25—0.5
管子焊缝
0.03
弯角阀
2.5
伸缩节
0.21
底阀（带滤网）
5—10
直角阀
0.5—1.6
管路中的扬程损失：
Hat—排水管路扬程损失mH2O
Hst—吸水管路吸程损失mH2O
λ—水与管壁摩擦的阻力系数（见下表）或计算
K1—焊接管取K1=1.1—1.3mm
无缝钢管取K1=1.01—1.07mm
水与管壁摩擦的阻力系数表：
管件直径（
mm）
50
75
100
125
150
175
200
225
0.045
0.041
0.038
0.035
0.031
0.030
0.029
0.028
λ
5
8
0
2
6
4
3
4
管件直径（
mm）
250
275
300
325
350
400
450
500
0.028
0.027
0.027
0.026
0.025
0.024
0.023
λ
0.025
4
6
0
3
8
1
4
LJ—管路计算长度，等于实际长度加上底阀、异径管、逆止阀、闸阀、及其他部分补充的等值长度（m），管件折合成直线管路的等值长度见下表：
管件名称
管件内径（mm）
75
100
125
150
200
250
300
350
400
450
500
管件的等值长度（m）
带滤网底阀
15
18
23
27
34
39
41
45
50
52
53
闸阀
0.45
0.66
0.87
1.31
1.64
2.20
2.78
3.40
4.00
4.67
5.34
逆止阀40°
25
31
36
43
48
52
56
60
64
68
72
逆止阀50°
20
21
24
29
36
39
41
45
50
54
58
弯头
0.45
0.66
0.89
1.31
1.64
2.20
2.78
3.40
4.00
4.67
5.34
异径管
1.79
2.63
3.55
4.52
6.58
8.80
11.10
13.60
16.00
18.70
21.40
合流三通
5.38
7.89
10.65
13.55
19.73
26.41
33.30
40.70
48.00
56.00
64.10
单流三通
3.59
5.26
7.10
9.04
13.16
17.61
22.20
27.10
32.00
37.30
42.30
分流三通
2.69
3.95
5.33
6.78
9.83
13.20
16.70
20.40
24.00
28.00
32.00
直流三通
1.79
2.63
3.55
4.52
6.58
8.80
11.10
13.60
16.00
18.70
管路总损失计算：
1）排水管路中的扬程损失；
式中：
ψ1—速度压头系数，取ψ1=1
Ld
ψ2—直管阻力系数（ψ2=D）Dg
ψ3—弯管助力系数见表6—1
n3—弯管数量个
ψ4—闸阀助力系数，见表6—1
ψ5—逆止阀助力系数见表6—1
排水直管总长：
Ld=Hh+L1+L2+L3+h1+h2
式中：
Hh—井筒深度或斜井长度（m）
L1—水泵房长度，m
L2—地面上的排水管长，m
L3—斜巷道长度，m
h1—从井底车场至支撑弯管间的高度
h2—管子超出井口水平高度，m
吸水管路中的吸程损失：
ψ3＇—吸水弯管助力系数见表6—1
n3＇—弯管数量个
ψ4＇—闸阀助力系数，见表6—1
ψ5＇—逆止阀与滤网阻力系数见表6—1
吸水高度Hs
Hs=Hst-（10-Hw）-Hsf
Hst—水泵样本中的最大允许吸上真空度（m）
Hw—水泵安装地点的大气压力水头，m见表6—2
H0—饱和蒸汽压力水头m其值与水温有关见表6—3
Hsf＇—吸水管及局部水头损失之和，m
0.24—水温为20℃时饱和蒸汽压力水头，m
表6—2按海拔而定的大气压力
海拔高度（m）
-600
0
100
200
300
400
500
600
700
大气压力（mH20）
11.3
10.3
10.2
10.1
10.0
9.8
9.7
9.6
9.5
海拔高度（m）
800
900
1000
1500
2000
3000
4000
5000
大气压力（mH20）
9.4
9.3
9.2
8.6
8.4
7.3
6.3
5.5
表6—3按水温而定的饱和水蒸气压力
水温℃
0
5
10
15
20
30
40
50
60
70
80
90
100
饱和水蒸气压力
mH20
0.06
0.09
0.12
0.17
0.24
0.43
0.75
1.25
2.0
3.17
4.8
7.1
10.33
水泵的总扬程：
H=Ha+Hs+Haf+Hst
Ha—水泵轴中心至排水管地面出水口之高差。
确定水泵的公开点
HHt
管路阻力：
R=2（取整数）
Qna
式中Ht—吸水面到排水口几何高差。
Ht=Ha+Hs（m）na—水泵的级数
按照H=Ht+RQ2，在水泵特性曲线上绘出管路特性曲线，Q-H特性曲线与管路特性曲线的交点就是水泵的工况点。
该店对应的就是水泵工作时的流量、扬程和效率。
水泵的轴功率
QIHI0
QI、HIηr水泵在工况点运行时的流量、扬程和效率
γ0—矿井水的比重，一般取1050kg/m3
电动机容量
N
Nc=k（KW）
C
ηc—传动效率，对直联取1联轴节取0.95—0.98
k—富裕系数当Q<20m3/hk=1.5
Q=25—80m3/h，k=1.3—1.2
Q=80—300m3/hk=1.2—1.15
Q>300m3/hk=1.1
年耗电量：
QIHI0365t
E=3600I10I20rdx（KWh/年）
ηd—电动机效率，对于大电动机取0.9—0.94，小电机取0.82—0.9
ηr—电网效率取0.95
t—平均每天运转小时数。
E
吨煤电耗：
Er=A（KWh/吨）
A—年产量，吨/年
二、皮带机的选型计算：
带式输送机选型计算时，所需要的原始资料有：
1带式输送机的敷设长度L,m
2带式输送机的铺设倾角β；
3顺槽的运输生产率Q；t/h；
4物料的散碎密度γt/m3
5物料最大块度的长尺寸amax,mm；
6物料的堆积角ρ。
皮带的输送量：
Q=KB2VγC（吨/小时）
V—皮带机的运动速度B—胶带的宽度（米）Q—输送量（吨/小时）γ—物料的散碎密度t/m3（见表一）K—货载断面系数（K值与货载的堆积角ρ）K
值见表
（二）C—输送机的倾角系数（见表三）
表一、货载断面系数
货载名称
γt/m3
ρ
货载名称
γt/m3
ρ
煤
0.8—1.0
30°
石灰土
1.6—2.0
25°
礁渣
0.6—0.9
35°
沙
1.6
30°
焦炭
0.5—0.7
35°
粘土
1.8—2.0
35°
黄铁矿
2.0
25°
碎石
1.8
20°
表二、K值
堆积角ρ
10°
20°
25°
30°
35°
K
槽型
316
385
422
458
496
平型
67
135
172
209
247
表三、输送机的倾角系数
β
0°—10°
10°—15°
15°—20°
C
1
0.95
0.9
皮带的运行阻力:
Wz=（q+qd+qg＇）×g×L×ω＇×cosβ（q+qd）×g×L×sinβ
Wk=（qd+qg″）×g×L×ω″c×osβqdLsinβ
Wz—承载分支直线段运行阻力，N；
Wk—回空分支直线段运行阻力，N；
β-带式输送机的铺设倾角运行方向倾斜向上时取正号，而倾斜向下时取负号
L-输送机长度
ω＇，ω″—分别为槽型、平型托辊的助力系数（见表四）
qd—每米长的胶带自重
qg＇qg″—上，下托辊转动部位的重量（kg/m）托辊转动部分的重量qg＇，qg″分别按照下式计算：
qg＇=Gg＇/lg＇（kg/m）
qg″=Gg＇＇/lg＇＇（kg/m）
式中的Gg＇＇与Gg＇分别为上下托辊转动部分重量（kg）（见表五）lg＇—上托辊的间距（米）一般取lg＇=1—1.5米lg＇＇—下托辊的间距（米）一般取lg＇＇=2—3米表四、托辊的助力系数：
工作条件
ω＇槽型
ω″平型
滚动轴承
含油轴承
滚动轴承
含油轴承
清洁，干燥
0.02
0.04
0.018
0.034
少量尘埃正常湿度
0.03
0.05
0.025
0.040
大量尘埃湿度大
0.04
0.06
0.35
0.056
表五、托辊转动部分重量表：
托辊形式
带宽B毫米
500
650
800
1000
1200
1400
Gg＇＇与Gg＇
槽型
铸铁座
11
12
14
22
25
27
冲击座
8
9
11
17
20
22
平型
铸铁座
8
10
12
17
20
23
冲击座
7
9
11
15
18
21
4、计算输送带需用张力：
帆布层芯带：
dZB
Se=
m
式中：
Se—输送带的许用张力，N
σd—带芯每层帆布拉断强度，N（mm*层）
Z—帆布层数
B—输送带的宽度。
m——输送带的安全系数，棉帆布的m取值见表1尼龙帆布芯带一般取m=12
织物层数
3—4
5—8
9—12
m
硫化接头
8
9
10
机械接头
10
11
12
对于钢丝绳芯带和整体带芯带
Se=
Se—输送带的许用张力，N
σd—带芯每层帆布拉断强度，N（mm*层）
Z—帆布层数
B—输送带的宽度mm。
m—输送带的安全系数，钢丝绳带：
m=10，整体带芯带：
采用塑化接头m=9，用机械接头m=14
4、局部助力计算：
（1）转载点的物料加速阻力为：
1
Wa=2qv2
式中；Wa—物料的加速阻力，N
q—物料的线质量，kg/m
v—带速
（2）装载点导料槽侧板的阻力：
Wb=l（16B2γ+70）
Wb—料槽侧板的阻力，N
B—带宽m
γ—物料的松散密度，t/m3
l—导料槽侧板的长度
（3）清扫器阻力为：
弹簧清扫器：
Wt=（700—1000）B
空段清扫器Wt＇=200B
输送带张力计算：
用逐点法求输送带的关键点的张力，顺送带的张力应满足两个条件：
摩擦传动条件；即输送带的张力必须保证输送机在任何正常的工况下都无输送带打滑现象的发生。
传动滚筒与输送带间的摩擦系数可参考下表选取，对于塑面带应相应的减小。
运行条件
光滑裸露的钢滚
筒
带人字型的沟槽
的橡胶盖面
带人字型的沟槽的聚氨基
酸覆盖面
带人字型的沟槽的
陶瓷覆盖面
干态运行
0.35—0.4
0.4—
0.45
0.35—0.4
0.4—
0.45
清洁湿态（有水）
运行
0.1
0.35
0.35
0.35
—0.4
污浊湿态（泥土）
运行
0.05—0.1
0.25
—0.3
0.2
0.35
垂度条件：
即输送带的张力必须保证输送带在两托辊间的垂度不超过规定值，或满足
最小张力条件
Szmin=5gLt＇（q+qd）cosβ
Skmin=5gLt＇＇qdcosβ
Szmin—承载分支输送带最小张力，N
Skmin—回空分支输送带最小张力，N
4v3
1L2
按照上图说明胶带张力的一般步骤：
按逐点法计算法找出S1与S4的关系
因为：
S2=S1+WkS3=S2+W2-3S4=S3+Wzh
所以：
S4=S1+Wk+W2-3+Wzh
按照摩擦传动条件找出S1与S4的关系
W0maxS（1eμα1）
因为：
S4-S1=W0==
nn
（eμα1）所以：
S4=S1（1+）
n
n—摩擦力备用系数，设计时取n=1.15—1.2
将上面的算式联立，可以求出各张点的张力，，这些数值是保证胶带工作是不打滑所需
要的值，然后按照垂度条件进行演算。
如果最小值不满足时可以增大最小值后，重新计算。
输送带强度校核：
Smax≤Se
Smax—输送带最大张力
输送机的总牵引力
S4S10.03（S4S1）
W
Wv
K
1000
电动机功率
N
其中K－电机功率备用系数，取K=1.25；
－传动系统的工作效率；
1－电机的工作效率；。
8、拉紧力及拉紧行程计算
△L=KL+（1—2）B
△L—拉紧行程，m
L—输送机的长度，m
B—带宽，m
K—伸长系数，见下表
输送机长度
合成纤维输送带
钢丝绳芯输送带
<300
0.02
0.002
301—500
0.02
0.002
500—100
0.015
0.0017
>1000
0.01
0.0015
制动力矩计算：
根据井下用带式输送机技术要求，制动装置或逆止装置产生的制动力矩不得小于该输送机的所需制动力矩的1.5部。
对于电动机运行状态的带式输送机所需要的制动力矩为：
Mz=0.75gLD[qsinβ-（q+2qd+qt＇+qt＇＇）ωcosβ]式中：
Mz—制动装置作用在传动滚筒轴上的总制动力矩，NmD—传动滚筒直径，mL—输送带的长度，m
ω—托辊的阻力系数，取ω=0.012
（2）对于发电运行状态的带式运输机所需要的总制动力矩为
0.75DN0103
Mz=V0
式中：
Mz—制动装置作用在传动滚筒轴上的总制动力矩，Nm
D—传动滚筒直径，m
V—带速m/s
N0—系统所需要电机总功率（未考虑备用系数前）,KW。
三、压风机的选型计算
1、选型设计的最基本资料：
（1）采掘设备布置图，各班风动工具同时使用的台数、型号及规格
2）机修厂、井口及井底车场风动工具同时使用台数，型号规格
3）最远采区的距离，井口工业场地的标高
2、压缩空气站供气量计算
Q=a1a2γΣmiqiKi
式中：
a1—为沿管道全长的漏风系数见表一
a2—机械磨损耗气量增加系数，一般a2=1.15
γ—海拔高度修正系数见表二
mi—同类型风动工具的台数
qi—空气耗气量m3/min
Ki—同时使用系数见表三
表一、漏风系数：
管道长度在1000m以下
1.1
管路总长度在1000米—2000米
1.15
管路总长度在2000米以上
1.2
表二、海拔高度修正系数：
海波高度
0
300
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
修正系数
1.00
1.03
1.05
1.06
1.07
1.08
1.09
1.10
1.11
1.12
1.13
1.14
表三、同时使用系数：
凿岩机及风镐的数量
同时使用系数
10台及以下
1.0—
0.85
11—30台
0.85—
0.75
31—60台
0.75—
0.65
60台以上
不小于
0.65
空气压缩机功率和压缩空站年电耗计算：
各种压缩过程，单级空气压缩机每压缩1m3空气理论功的计算公式为：
等温压缩过程
p2
Ld=23030p0log（kg.m/m3）
p0
p0—大气压力，按照1kgf/㎝2
Lj=3500p0（k
p2—空气压缩机实际绝对排气压力，kgf/㎝2
（2）、绝热压缩过程：
-1）=3500（ε0.286-1）kg.m/m3
p2
—压缩比ε=p0
3）、多变的压缩过程：
n-1
n—多变指数，12、空气压缩机的功率：
LQ
Nt=60102（kw）
L—任何过程的功（对1m3空气的功）
空气压缩机的轴功率，即为空气压缩机运转时所需要的功率，当理论功率已知，只须考虑汽缸内部的损失和机械运动的部分损失，空气压缩机的轴功率可表示如下：
从等温过程的理论功率出发的表示方法：
id—等温过程，气缸内部损
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