式中:
S采平均——采煤工作面最大和最小控顶净断面积的平均值,m2。
采煤工作面采空区顶板悬顶时,必须采取加大风量及控制风流防止向采空区扩散的措施,确保采煤工作面控顶区域内最低风速不得小于0.5m/s,有害气体浓度符合《煤矿安全规程》规定。
2、备用采煤工作面需要风量计算
备用工作面亦应满足按瓦斯、二氧化碳、气温等规定计算的风量,且最少不得低于同一采煤方式相同的采煤工作面实际需要风量的50%。
Q备≥0.5×Q采(2-12)
3、掘进工作面局部通风机处的需要风量
(1)掘进工作面的需要风量
每个掘进工作面需要风量,应按瓦斯、二氧化碳绝对涌出量和爆破后有害气体产生量以及工作面气温、风速和人数等规定分别进行计算,然后取Q掘1~Q掘4的最大值作为该掘进工作面需要风量。
①按照瓦斯绝对涌出量计算:
Q掘1=100×q掘×K掘(m3/min)(3-1)
式中:
Q掘——单个掘进工作面需要风量,m3/min;
q掘——掘进工作面回风流中瓦斯绝对涌出量(正常生产条件下,连续观测1个月,取月平均日瓦斯绝对涌出量),m3/min;
K掘——掘进工作面瓦斯涌出不均衡系数。
(正常生产条件下,连续观测1个月,日最大瓦斯绝对涌出量与月平均日瓦斯绝对涌出量的比值);100——掘进工作面回风流中瓦斯浓度不超过1%所换算的常数。
按二氧化碳绝对涌出量计算需要风量时,可参照瓦斯绝对涌出量计算方法进行。
②按照风速、温度计算掘进工作面需要风量
Q掘2=60×V掘×S掘max×K温m3/min(3-2)
式中:
V掘——局部通风机供风巷道内最低允许风速,m/s;
岩巷V掘≥0.15m/s,煤巷和半煤岩巷V掘≥0.25m/s;
S掘max——局部通风机供风巷道的最大净断面积(掘进工作面因出现断层、高冒、地质构造造成巷道断面积增大的除外),m2;
K温——局部通风机供风巷道空气温度调整系数,可按本细则第四项第2小项有关要求选取(见表4);
表4K温——掘进工作面空气温度调整系数
掘进工作面空气温度(℃)配风调整系数K温
26~281.25~1.4
28~301.4~1.6
③按掘进工作面同时作业人数和炸药量计算需要风量:
每人供风量≮4m3/min:
Q掘3>4N(m3/min)(3-3)
每千克炸药供风量≮25m3/min:
Q掘4>25A药(m3/min)(3-4)
式中:
N——掘进工作面最多人数;
A药——一次爆破炸药最大用量,Kg。
④按风速进行验算:
岩巷掘进最低风量,Q岩掘>9S掘max(m3/min)
煤巷掘进最低风量,Q煤掘>15S掘max(m3/min)
岩煤巷道最高风量,Q掘<240S掘min(m3/min)
式中:
S掘max——局部通风机供风巷道的最大净断面积,m2;
S掘min——局部通风机供风巷道的最小净断面积,m2。
(2)局部通风机选型
①局部通风机工作风量计算
Q扇=Q掘×Pm3/min(3-5)
式中:
Q扇——局部通风机工作风量,m3/min;如有实测百米漏风率P100,可按公式(3-6)计算,当无实测资料时,应按公式(3-5)计算。
Q扇=Q掘/(1-L×P100/100)(3-6)
L——风筒长度,m;
P——局部通风机供风巷道风筒漏风系数,柔性风筒应按下式计算:
P=1/(1-nL接),(3-7)
n——风筒接头数;
L接——一个接头漏风率,反压边连接时,L接=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=Rp*Q扇*Q掘Pa(3-8)
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(3-9)计算,当无实测资料时,应按公式(3-10)计算。
hft——压入式局部通风机全风压,Pa;
Rp=R100×(L/100),(3-9)
Rp=6.5α×L/(d5)+(n×ζj0+∑ζbei+ζin)×[ρ/(2s2)](3-10)
α——风筒摩擦阻力系数(无实测资料时可参用表5),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5);
ζbei——风筒拐弯局部阻力系数(无实测资料时可参用表6);
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5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)接头局部阻力系数ζj0备注
3000.0053
4000.0049
0.15
5000.0045
6000.0041
0.15~0.13
7000.0038
8000.0032
10000.0029
0.13~0.09
接头为插接、反边接头
表6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°ζbei0.180.40.621.01.251.55
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7选取。
表7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
JBT-515.51225-145245-1177
JBT-52112225-145490-2350
JBT-61141390-250343-1569
(3)局部通风机安装处巷道全风压供风量的计算:
Q掘全=∑Q扇实+60×V安×S安(m3/min)(3-11)
式中:
Q掘全——局部通风机安装处巷道的全风压供风量,m3/min;
∑Q扇实——安装在同一地点并联通风的各局部通风机实际工作风量之和,m3/min。
可现场实测或参考表7选取,供风长度小时取大值,反之取小值。
V安——局部通风机吸入口至局部通风机供风井巷回风口之间的风速,m/s。
安装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而外,还应保证局部通风机吸入口至局部通风机供风井巷回风口之间的
风速,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。
风速岩巷取≥0.15m/s、煤巷和半煤巷取≥0.25m/s;S安——局部通风机吸入口至局部通风机供风巷道回风口之间的巷道断面,m2。
4、井下硐室需要风量计算
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)(4-1)
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,取其最大值,m3/min。
(1)井下不同硐室配风原则:
井下爆炸材料库配风必须保证每小时4次换气量:
Q库=4V/60=0.07V(m3/min)(4-2)
式中:
Q库——井下爆炸材料库需要风量,m3/min;
V——井下爆炸材料库的体积(包括联络巷在内的爆炸材料库的空间总体积),m3。
井下充电室,应按其回风流中氢气浓度小于0.5%计算风量。
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。
选取硐室风量,须保证机电硐室温度不超过30℃,其它硐室温度不超过26℃。
(2)根据经验和本矿实际配风情况,井下硐室供风量应为:
①排水泵房
+200主排水泵房:
Q≮150m3/min;
+70排水泵房:
Q≮80m3/min。
②空气压缩机
装机总容量≤16m3的:
Q≮80m3/min。
③绞车房
直径1.2m以上绞车房的:
Q≮50m3/min;
直径1.2m以下绞车房的:
Q≮30m3/min;
④变电所
+200中央变电所:
Q≮70m3/min;
+70采区变电所:
Q≮50m3/min;
⑤其它机电硐室Q≮30m3/min。
⑥爆破材料库
小型爆破材料库:
Q≮80m3/min;
5、其它巷道需要风量计算
按矿井各个其它巷道需要风量的总和确定:
∑Q其它=Q其1+Q其2+Q其3+...+Q其n(m3/min)(5-1)
式中:
Q其1、Q其2、Q其3、...、Q其n——各其它巷道需要风量,m3/min。
按瓦斯涌出量计算:
Q其i=100×qCH4×K其通(m3/min)(5-2)
式中:
Q其i——第i个其它巷道需要风量,m3/min;
qCH4——第i个其它巷道最大瓦斯绝对涌出量,m3/min;
K其通——其它巷道瓦斯涌出不均衡系数,取K其通=1.2~1.3;
100——其它巷道中风流瓦斯浓度不超过1%所换算的常数。
按其风速验算:
Q其它i>9×S其i(m3/min)(5-3)
三、矿井有关通风参数的计算方法
1、矿井有效风量是指风流通过井下各用风地点实测风量之和(包括独立通风采煤
工作面、掘进工作面、备用工作面、硐室及其它用风巷道)。
矿井有效风量计算:
Q有效=∑Q采i+∑Q掘全i+∑Q硐i+∑Q备i+∑Q其它i(m3/min)(6-1)
式中:
Q有效——矿井有效风量,m3/min;
∑Q采i——矿井独立通风采煤工作面实测风量之和,m3/min;
∑Q掘全i——矿井独立通风掘进工作面局部通风机安装处全风压实测风量之和,m3/min;
∑Q硐i——矿井独立通风硐室实测风量之和,m3/min;
∑Q备i——矿井独立通风备用工作面实测风量之和,m3/min;
∑Q其它i——矿井其它独立用风巷道实测风量之和,m3/min。
2、矿井有效风量率(E)是矿井有效风量与各台主要通风机工作风量总和之比。
矿井有效风量率计算:
E=Q有效÷∑Q主通i×100(6-2)
式中:
E——矿井有效风量率,%;
Q有效——矿井有效风量,m3/min;
∑Q主通i——各台主要通风机工作风量总和,m3/min。
3、矿井外部漏风量是指直接由主要通风机装置及其风井附近地表漏失的风量之和。
矿井外部漏风量计算:
∑Q外漏=∑Q主通i-∑Q井i(m3/min)(6-3)
式中:
∑Q外漏——矿井外部漏风量之和,m3/min;
∑Q主通i——各台主要通风机工作风量总和,m3/min;
∑Q井i——各回风井的实测风量之和,m3/min。
4、矿井外部漏风率是指矿井外部漏风量与各台主要通风机工作风量总和之比。
矿井外部漏风率计算:
L=∑Q外漏÷∑Q主通i×100(6-4)
式中:
L——矿井外部漏风率,%。
∑Q外漏——矿井外部漏风量之和,m3/min;
∑Q主通i——各台主要通风机工作风量总和,m3/min。
5、矿井内部漏风量是指矿井实际总进风量与矿井有效风量之差。
矿井内部漏风量计算:
Q内漏=Q实进-Q有效(m3/min)(6-5)
式中:
Q内漏——矿井内部漏风量,m3/min;
Q实进——矿井实际总进风量,m3/min;
Q有效——矿井有效风量,m3/min。
6、矿井主要通风机工作风量(排风量),应等于矿井的实际总回风量、外部漏风量之和。
7、矿井总进风量比(G)是反映矿井通风能力大小的指标,该值合理范围应在100%<G<110%。
该值大于110%时,则反映主要通风机能力充裕,矿井实际进风量过大,经济不合理,主要通风机应予下调;该值G≤100%时,则反映主要通风机目前工况点满足不了矿井安全生产,应予上调。
矿井总进风量比计算:
G=Q实进÷Q矿×100(6-6)
式中:
G——矿井总进风量比,%;
Q实进——矿井实际总进风量,m3/min;
Q矿——矿井需要总进风量,m3/min。
8、矿井等积孔(A)是用以表示矿井通风难易程度的指标。
①单风井矿井等积孔计算:
H
QA主通19.1=(6-7)
式中:
A——矿井等积孔,m2;
Q主通——主要通风机工作风量,m3/s;
H——主要通风机的静压,Pa。
②多风井矿井等积孔计算:
∑∑
∑=
主通
主通
Q/HQ
Q
19.1
ii
A(6-8)
式中:
A——矿井等积孔,m2;
∑Q主通——各台主要通风机工作风量总和,m3/s;
∑QiHi——各台主要通风机工作风量和对应的主要通风机静压乘积之和,Pa.m3/s。
∑QiHi=Q1H1+Q2H2+?
+QnHn
9、矿井内部漏风系数是指矿井实际总进风量与矿井总有效风量之比。
矿井内部漏风系数计算:
K=Q实进÷Q有效(6-9)
式中:
K——矿井内部漏风系数;
Q实进——矿井实际总进风量,m3/min;
Q有效——矿井有效风量,m3/min。
10、计算矿井有效风量、有效风量率、漏风量、漏风率、漏风系数及主要通风机工作风量时,风量均应换算成标准状态下的风量,可按下式计算:
Q标=Q测×ρ测÷1.2(6-10)
式中:
Q标——标准状态下的风量,m3/min;
Q测——测定地点的实际风量,m3/min;
ρ测——测定地点的空气密度,kg/m3;
1.2——标准状态下矿井空气密度,kg/m3。
四、矿井通风能力核算方法
矿井通风能力是指矿井主要通风机在实际工况点时对应的矿井实际总进风量可供生产煤炭量的能力。
矿井有两个及以上通风系统时,应按照每一个通风系统分别进行通风能力核定,矿井通风能力为每一通风系统通风能力之和。
1、矿井通风能力核定采用总体核算法或由里向外核算法计算。
方法一(总体核算法,我矿产量在6万吨/年以下可使用本法):
2、矿井通风能力验证
(1)矿井通风能力的验证。
按照矿井主要通风机的实际特性曲线对通风能力进行验证,主要通风机实际运行工况点应处于安全、稳定、可靠、合理的范围内。
(2)采用通风网络解算验证通风能力的矿井,在进行矿井通风能力核定中,按下限选取有关系数。
通风网络解算时,要对矿井所有巷道进行阻力测定,利用矿井通风阻力测定的结果对矿井通风网络进行解算,验证通风阻力与主要通风机性能是否匹配,能否满足安全生产实际需要。
(3)井下各用风地点有效风量的验证。
采用矿井内各采区有效风量验证用风地点的供风能力,核查矿井内各用风地点的有效风量是否满足风量需要,井巷中风流速度、温度要符合《煤矿安全规程》规定。
(4)稀释瓦斯能力的验证。
利用矿井瓦斯等级鉴定结果、安全监控系统及瓦斯安全监测仪器仪表检测的结果,验证矿井通风稀释排放瓦斯的能力,各地点瓦斯浓度应符合《煤矿安全规程》的有关规定。
3、矿井通风能力核定结果计算
按照以上方法计算的通风能力为矿井初步通风能力,凡不符合《煤矿安全规程》有关规定的,以及有下列情况的,应从矿井通风能力中扣减相应部分的通风能力,扣减后的通风能力为最终矿井核定通风能力。
(1)高瓦斯矿井、有煤与瓦斯突出危险的矿井没有专用回风巷的采区,没有形成全风压通风系统、没有独立完整通风系统的采区的通风能力;采掘工作面通风系统不完善、不合理的,没有形成全风压通风系统的采煤工作面和没有独立完整通风系统的掘进工作面的通风能力,应从矿井通风能力中扣减。
(2)存在不符合有关规定的串联通风、扩散通风、采空区通风的用风地点的通风能力,应从矿井通风能力中扣减。
4、矿井通风能力核定工作要求
按照《煤矿安全规程》规定,矿井每年在安排年度采掘作业计划时必须进行一次矿井通风能力核定工作,按矿井实际供风量核定矿井产量,严禁超通风能力生产。
当发生下列情形之一、造成矿井通风能力发生变化的,必须及时重新核定矿井通风能力,并在3日内对实际情况召开技术工作会议,并作好风量调整等安全技术措施。
(1)通风系统发生变化;
(2)生产工艺发生变化;
(3)矿井瓦斯等级发生变化或瓦斯赋存条件发生重大变化;
(4)实施改建、扩建、技术改造并经“三同时”验收合格;
(5)其他影响到矿井通风能力的重大变化。
五、说明:
1、矿井必须每月按本细则进行风量核算,列出矿井配风计划,做到“以风定产”,并报矿长、技术负责人审核、签字。
2、在计算和考核矿井需要风量时,应扣除矿井实际发生的不违反《煤矿安全规程》串联通风规定的串联通风用风地点的风量。
3、串联通风的采掘工作面、备用工作面和非独立通风的硐室,其实供风量虽不独立计入矿井有效风量,但以上用风地点的需要风量亦须进行理论计算,并保证实供风量要大于需要风量计算值。
4、空气温度的测点:
掘进工作面空气温度的测点应在工作面迎头2m处的回风流中,采煤工作面空气温度的测点应在采煤工作面内输送机道空间中央距工作面回风道口15m处的风流中,机电硐室空气温度的测点应在硐室回风道口的回风流中,串联通风时要分别测定。
一般使用经过校正的最小分度为0.5℃的温度计测定空气温度,测定时间一般在8:
00~16:
00之间进行,在其他班次也要测定,以便掌握空气温度的变化情况。
5、备用工作面是指具备生产条件而没有生产的采煤工作面;如不具备生产条件的,应按巷道供风标准考核。
6、新投产的采掘工作面的风量计算,可参考同一煤层相邻工作面的空气温度、瓦斯绝对涌出量等参数进行计算。
7、巷道中的允许风流速度、有害气体的最高允许浓度必须符合《煤矿安全规程》的有关规定。
8、以采掘工作面瓦斯绝对涌出量和实际供风量为计算参数,核算采煤工作面正常生产条件下的年产量和煤(半煤岩)巷掘进工作面正常掘进条件下的年进尺;
9、矿井安