矿井一通三防计算相关公式.docx
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矿井一通三防计算相关公式
矿井一通三防计算相关公式
一、通风阻力测定相关公式
1.简单算术平均数。
有这么一组数字10、20、30、40、50 那么它们的算术平均值是（10+20+30+40+50）/5=30
2.加权算术平均数。
加权算术平均数=各组（变量值×次数）之和/各组次数之和=∑xf/∑f
3.紊流状态下井巷的摩擦阻力
对于不同形状的井巷断面，其周长U与断面积S的关系，可用下式表示：
式中：
C—断面形状系数：
梯形C=4.16；三心拱C=3.85；半圆拱C=3.90。
摩擦阻力系数α
矿井中大多数通风井巷风流的Re值已进入阻力平方区，λ值只与相对糙度有关，对于几何尺寸和支护已定型的井巷，相对糙度一定，则λ可视为定值；在标准状态下空气密度ρ=1.2kg/m3。
对上式，令：
α称为摩擦阻力系数，单位为 kg/m3 或 N.s2/m4。
则得到紊流状态下井巷的摩擦阻力计算式写为：
通过大量实验和实测所得的、在标准状态（ρ0=1.2kg/m3）条件下的井巷的摩擦阻力系数，即所谓标准值α0值，当井巷中空气密度ρ≠1.2kg/m3时，其α值应按下式修正：
摩擦风阻Rf
对于已给定的井巷，L、U、S都为已知数，故可把上式中的α、L、U、S 归结为一个参数Rf：
Rf 称为巷道的摩擦风阻，其单位为：
kg/m7或N.s2/m8。
工程单位：
kgf.s2/m8 ，或写成：
kμ。
1N.s2/m8=9.8kμ
4.标准摩擦阻力系数
通过大量实验和实测所得的、在标准状态（ρ0=1.2kg/m3）条件下的井巷的摩擦阻力系数，即所谓标准值α0值，当井巷中空气密度ρ≠1.2kg/m3时，其α值应按上式修正。
通风阻力等级
通风难易程度
风阻R（Ns2/m8）
等积孔A（m2）
大阻力矿
困难
＞1.42
＜1
中阻力矿
中等
1.42～0.35
1～2
小阻力矿
容易
＜0.35
＞2
5.干空气密度
式中P为空气的绝对压力，单位为kPa；T为空气的热力学温度（K），T=273+t,t为空气的摄氏温度（℃）。
标准状态下，T0=273K，P0=101.3kPa时,组成成分正常的干空气的密度ρ0=1.293kg/m3。
空气1.293g/L。
气体的密度=它的相对分子质量/22.4,单位是g/L.
用空盒气压计测定空气的大气压力，用湿度计测定空气的干温度和相对湿度，根据下列公式计算空气密度。
P=（0.003458~0.003473）p/T
式中p一一空气密度，kg/m
p——大气压力，Pa；
T——空气绝对温度，T=273+t（t为干温度计读数，0C）。
6.湿空气密度
式中ρw——湿空气密度,kg/m3；
ψ——空气相对湿度，%；
Pb——饱和水蒸汽压力，kPa（由表2-1-1确定）。
相对湿度用RH表示。
相对湿度的定义是单位体积空气内实际所含的水气密度（用d1表示）和同温度下饱和水气密度（用d2表示）的百分比，即RH（%）=d1/d2x100%；另一种计算方法是：
实际的空气水气压强（用p1表示）和同温度下饱和水气压强（用p2表示）的百分比，即RH（%）=p1/p2x100%。
不同温度下饱和水蒸汽压力
空气温度（℃）
饱和水蒸汽压力（Pa）
空气温度（℃）
饱和水蒸汽压力（Pa）
空气温度（℃）
饱和水蒸汽压力（Pa）
-20
128
8
1069.24
20
2333.1
-15
193.32
9
1143.9
21
2493.1
-10
287.98
10
1127.9
22
2639.8
-5
422.63
11
1311.89
23
2813.1
0
610.6
12
1402.55
24
2986.4
1
655.94
13
1497.21
25
3173.5
2
705.27
14
1598.9
26
3359.7
3
757.27
15
1706.2
27
3563.7
4
811.93
16
1818.5
28
3766.8
5
870.59
17
1933.2
29
4013
6
933.25
18
2066.5
30
4239.6
7
998.58
19
2199.3
31
4493
7.利用干湿球温度计算相对湿度
（1）相对湿度U的计算公式：
U=（E/Ew）×100%∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙（A.1）
式中U为相对湿度，E为水气压（hPa），Ew为干球温度t（℃）所对应的纯水平液面（或冰面）饱和水气压（hPa）。
（2）水气压E的计算公式
E=Etw－APh（t－tw）∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙（A.2）
式中Etw（hPa）为湿球温度tw（℃）所对应的纯水平液面的饱和水气压，湿球结冰且湿球温度低于0℃时，为纯水平冰面的饱和水气压；A为干湿表系数，湿球未结冰时的通风干湿表（通风速度≥2.5m/s）系数是0.662×10-3℃-1，湿球结冰时的通风干湿表（通风速度≥2.5m/s）系数是0.584×10-3℃-1；Ph为本站气压（hPa）；其他符号意义同上。
（3）饱和水气压Ew的计算公式：
①纯水平液面饱和水气压的计算公式
式中Tl=273.16（水的三相点绝对温度，单位：
K）T=273.15＋℃（绝对温度，单位：
K）。
②纯水平冰面饱和水气压的计算公式
式中符号意义同上。
8.自然风压HN
（1）
式中Z—矿井最高点至最低水平间的距离，m；
g—重力加速度，m/s2；
ρ1、ρ2—分别为0-1-2和5-4-3井巷中dZ段空气密度，kg/m3。
由于空气密度受多种因素影响，与高度Z成复杂的函数关系。
因此利用式4-2-1计算自然风压较为困难。
为了简化计算，一般采用测算出0-1-2和5-4-3井巷中空气密度的平均值ρm1和ρm2，用其分别代替式4—1—1中的ρ1和ρ2，则（4-1-1）可写为：
（2）he=P0H×（1＋H/10000）×［1/R（273+t′）－1/R（273+t″）］
he为矿井自然风压（单位为Pa）
P0为空气柱上边的压力（单位为Pa）
H为井筒有效计算深度（单位为m）
R为空气常数一般取R＝29.27
t′、t″为进、出风井平均摄氏温度（单位为℃）
浅井自然风压示意图深井自然风压示意图
（3）直接测定法
对于任一矿井，还可用另一种方法测算矿井的自然风压。
如在矿井中任一地点制做临时密闭，堵截风流，主要通风机停止运转后，用压差计测出密闭两侧的压差，即为该矿的hn。
要求是密闭不漏风，否则测值不准。
9.矿井等积孔
二、通风能力核定相关公式
（一）采煤工作面风量计算
1、按气象条件计算
Qcf=60×70%×Vcf×Scf×Kch×Kcl
⏹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1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2；
⏹Kcl—采煤工作面长度调整系数，具体取值见表3；
⏹70%—有效通风断面系数；
⏹60—为单位换算产生的系数。
表1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
＜20
1.0
20～23
1.0～1.5
23～26
1.5～1.8
表2kch—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3kcl—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………………………
（2）
⏹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………………………（4）
⏹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……………………………（5）
⏹b）二、三级煤矿许用炸药
⏹Qcf≥10Acf……………………………（6）
⏹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……………………………（7）
⏹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
⏹Qcf≥60×0.25Scb……………………（8）
⏹Scb=lcb×hcf×70%…………………（9）
⏹b）验算最大风量
⏹Qcf≤60×4.0Scs……………………（10）
⏹Scs=lcs×hcf×70%…………………（11）
⏹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…………………（12）
⏹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。
（二）掘进工作面实际需要风量的计算
1、按照瓦斯涌出量计算
⏹Qhf=100×qhg×khg…………………（16）
⏹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
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