第四节  矿井通风设计

 一、矿井通风设计的内容与要求

  1.矿井通风设计的内容

 确定矿井通风系统；

 矿井风量计算和风量分配；

 矿井通风阻力计算；

 选择通风设备；

 概算矿井通风费用。

 2.矿井通风设计的要求

 将足够的新鲜空气有效地送到井下工作场所，保证生产和良好的劳动条件；

 通风系统简单，风流稳定，易于管理，具有抗灾能力；

 发生事故时，风流易于控制，人员便于撤出；

 有符合规定的井下环境及安全监测系统或检测措施；

 通风系统的基建投资省，营运费用低、综合经济效益好。

 二、优选矿井通风系统 

 1.矿井通风系统的要求

 (1)每一矿井必须有完整的独立通风系统。

 (2)进风井囗应按全年风向频率，必须布置在不受粉尘、煤尘、灰尘、有害气体和高温气体侵入的地方。

 (3)箕斗提升井或装有胶带输送机的井筒不应兼作进风井，如果兼作回风井使用，必须采取措施，满足安全的要求。

 (4)多风机通风系统，在满足风量按需分配的前提下，各主要通风机的工作风压应接近。

 (5)每一个生产水平和每一采区，必须布置回风巷，实行分区通风。

 (6)井下爆破材料库必须有单独的新鲜风流，回风风流必须直接引入矿井的总回风巷或主要回风巷中。

 (7)井下充电室必须单独的新鲜风流通风，回风风流应引入回风巷。

 2.确定矿井通风系统

 根据矿井瓦斯涌出量、矿井设计生产能力、煤层赋存条件、表土层厚度、井田面积、地温、煤层自燃倾向性及兼顾中后期生产需要等条件，提出多个技术上可行的方案，通过优化或技术经济比较后确定矿井通风系统。

 三、矿井风量计算

 1.矿井风量计算原则

 矿井需风量，按下列要求分别计算，并必须采取其中最大值。

 (1)按井下同时工作最多人数计算，每人每分钟供给风量不得少于4m³；

 (2)按采煤、掘进、硐室及其他实际需要风量的总和进行计算。

 2.矿井需风量的计算

 (1)采煤工作面需风量的计算

 采煤工作面的风量应该按下列因素分别计算，取其最大值。

 1)按瓦斯涌出量计算：

        

式中：——第个采煤工作面需要风量，/

       ——第个采煤工作面瓦斯绝对涌出量，/

      ——第个采煤工作面因瓦斯涌出不均匀的备用风量系数，通常机采工作面取 炮采工作面取,水采工作面取

 2)按工作面进风流温度计算：

 采煤工作面应有良好的气候条件。其进风流温度可根据风流温度预测方法进行计算。其气温与风速应符合表中的要求：

 采煤工作面的需要风量按下式计算：

采煤工作面进风气温℃	采煤工作面风速m/s
<15                         15-18                         18-20                         20-23                         23-26	0.3-0.5                          0.5-0.8                          0.8-1.0                          1.0-1.5                          1.5-1.8

 式中

 —第个采煤工作面的风速，按其进风流温度从表中取；,

 —第个采煤工作面有效通风断面，取最大和最小控顶时有效断面的平均值， ；

 ——第个工作面的长度系数。

 3)按使用炸药量计算：

式中 

  ——每使用炸药的供风量，/；

 ——第个采煤工作面一次爆破使用的最大炸药量，。

 4)按工作人员数量计算：

 式中     

   ——每人每分钟应供给的最低风量，/

      ——第i个采煤工作面同时工作的最多人数,个。

 5)按风速进行验算

 按最低风速验算各个采煤工作面的最小风量：

 按最高风速验算各个采煤工作面的最大风量：

 (2)掘进工作面需风量的计算：

 煤巷、半煤岩和岩巷掘进工作面的风量，应按下列因素分别计算，取其最大值。

  1)按瓦斯涌出量计算：

 式中 ——第个掘进工作面的需风量，/

      ——第个掘进工作面的绝对瓦斯涌出量,/

      ——第个掘进工作面的瓦斯涌出不均匀和备用风量系数,一般可取。

  2)按炸药量计算

  式中 ——使用1kg炸药的供风量，/;

       ——第i个掘进工作面一次爆破所用的最大炸药量，

  3)按局部通风机吸风量计算

  式中——第i个掘进工件面同时运转的局部通风机额定风量的和。 

  ——为防止局部通风机吸循环风的风量备用系数，一般取；进风巷道中无瓦斯涌出时取，有瓦斯涌出时取

  4)按工作人员数量计算

  式中 ——第个掘进工作面同时工作的最多人数，人。

  5)按风速进行验算

  按最小风速验算，岩巷掘进面最小风量：

  各个煤巷或半煤岩巷掘进面的最小风量；

  按最高风速验算，掘进面的最大风量：

  式中——第个掘进工作面巷道的净断面积，

  (3)硐室需风量计算

  独立通风硐室的供风量，应根据不同类型的硐室分别进行计算：

  1)机电硐室

  发热量大的机电硐室，按硐室中运行的机电设备发热量进行计算：

 式中  ——第个机电硐室的需风量，/

       ——机电硐室中运转的电动机（变压器）总功率，

       ——机电硐室的发热系数，

      ——空气密度，一般取

     ——空气的定压比热，一般可取

     ——机电硐室进、回风流的温度差，

 采区变电所及变电硐室，可按经验值确定需风量

  /

 2)爆破材料库

   式中——库房空积，

 3)充电硐室

 按其回风流中氢气浓度小于0.5%计算

 式中 ——第个充电硐室在充电时产生的氢气量，/

 3.矿井总风量计算

 矿井的总进风量，应按采煤、掘进、硐室及其他地点实际需要风量的总和:

 式中——采煤工作面和备用工作面所需风量之和，/；

     ——掘进工作面所需风量之和，/；

     ——硐室所需风量之和，/；

     ——矿井通风系统（包括矿井内部漏风和配风不均匀等因素）备用系数，宜取。

 四、矿井通风总阻力计算

 1.矿井通风总阻力计算原则

 (1)矿井通风设的总阻力，不应超过2940Pa。

 (2)矿井井巷的局部阻力，新建矿井按井巷摩擦阻力的10%计算，扩建矿井宜按井巷摩擦阻力的15%计算。

  2.矿井通风总阻力计算

 矿井通风总阻力：风流由进风井口起，到回风井口止，沿一条通路（风流路线）各个分支的摩擦阻力和局部阻力的总和，简称矿井总阻力，用hm表示。

 对于矿井有两台或多台风主要通风机工作，矿井通风阻力按每台主要通风机所服务的系统分别计算。

 矿井通风系统总阻力最小时称通风容易时期。通风系统总阻力最大时亦称为通风困难时期。

 对于通风困难和容易时期，要分别画出通风系统图。按照采掘工作面及硐室的需要分配风量，再由各段风路的阻力计算矿井总阻力。

 计算方法：       

 沿着风流总阻力最大路线，依次计算各段摩擦阻力，然后分别累计得出容易和困难时期的总摩擦阻力和。

 通风容易时期总阻力 ：     

 通风困难时期总阻力：

 按下式计算：

 式中                          

  五、矿井通风设备的选择

  矿井通风设备是指主要通风机和电动机。

  1.矿井通风设备的要求：

  (1)矿井必须装设两套同等能力的主通风设备，其中一套作备用。

  (2)选择通风设备应满足第一开采水平各个时期工况变化，并使通风设备长期高效率运行。

  (3)风机能力应留有一定的余量。

  (4)进、出风井井口的高差在150m以上，或进、出风井井口标高相同，但井深400m以上时，宜计算矿井的自然风压。

  2.主要通风机的选择

  (1)计算通风机风量

 式中 —主要通风机的工作风量，; —矿井需风量，；

 ——漏风损失系数，风井不提升用时取；箕斗井兼作  回砚用时取；回风回升降人员时取。

  (2)计算通风机风压

  离心式通风机（提供的大多是全压曲线）：

  容易时期

  困难时期

  轴流式通风机（提供的大多是静压曲线）：

  容易时期

  困难时期

  －－通风系统的总阻力；

  －－通风机附属装置（风硐和扩散器）的阻力；

  －－扩散器出口动能损失；

  －－自然风压，当自然风压与通风机风压作用相同时取“”；自然风压与通风机负压作用反向时取“”。

 3.初选通风机

 根据计算的矿井通风容易时期通风机的、(或)和矿井通风困难通风机的、或)在通风机特性曲线上，选出满足矿井通风要求的通风机。

  4.求通风机的实际工况点

 因为根据、(或)和、(或)确定的工况点，但设计工况点不一定恰好在所选择通风机的特性曲线上，必须根据通风机的工作阻力，确定其实际工况点。步骤：

  (1)计算通风机的工作风阻

  用静压特性曲线时：

  用全压特性曲线时：

                                       

                                       

 (2)确定通风机的实际工况点

 在通风机特性曲线上作通风机工作风阻曲线，与风压曲线的交点即为实际工况点。

 5.确定通风的型号和转速

 根据通风机的工况参数（ 、 、、）对初选的通风机进行技术、经济和安全性比较，最后确定通风机的型号和转速。

 6.电动机选择

 (1)通风机的输入功率按通风容易和困难时期，分别计算风所需的输入功率，。

                            

       或

                       

 (2)电动机的台数及种类

 当时，可选一台电动机，电动机功率为：

/

 当时，选二台电动机，其功率分别为：

 初期：

/

 后期按选一台电机公式计算。：电机效率，：传动效率。

 六、概算矿井通风费用

 吨煤通风成本是通风设计和管理的重要经济指标。

 吨煤通风成本主要包括下列费用：

 1.电费（W₁）

 吨煤的通风电费为主要通风机年耗电费及井下辅助通风机、局部通风机电费之和除以年产量，可用如下公式计算：

  

 ——主要通风机年耗电量，   ——电价，元；

 ——矿井年产量，吨；       ——变压器效率，可取；

 ——局部通风机和辅助通风机的年耗电量；——电缆输电效率

 2.设备折旧费

 3.材料消耗费用

  4.通风工作人员工资费用

 5.专为通风服务的井巷工程折旧费和维护费折算至吨煤的费用。

 6.采每吨煤的通风仪表的购置费和维修费用。