矿井掘进工作面所需风量计算

1掘工作面所需风量的计算根据《煤矿安全规程》以及《矿井通风与安全》的相关规定，现就掘进工作面所需风量以及工作面应配风量的计算与选择设备的方法、顺序予后，以供各矿井在编制掘进《作业规程》时参考。一．风量计算依据1．按工作面同时工作的最多人数计算，每人每分钟供给新鲜风量不得少于4米3；2．工作面空气中CH4的浓度低于1%、CO2的浓度低于1.5%，空气温度低于260C；并同时考虑工作面在放炮时瓦斯、二氧化碳涌出不均衡系数取2.0～2.5；3．掘进中的煤巷和半煤岩巷道的风速最低为0.25m/s，最高为4m/s；掘进中的岩石巷道的风速最低为0.15m/s，最高为4m/s；其它通风行人巷道的风速最低为0.15m/s；4．放炮后，主要以稀释炸药爆炸后产生的炮烟中的巨毒气体CO浓度低于0.024%，NO2浓度低于0.0025%（确定起爆点位置，被串联工作面进风口位置）。二．工作面所需风量的确定（一）.安全距离的确定掘进工作面采用压入式通风除了要计算需风量以外,还必须按规定计算工作面在放炮后工人不被炮烟熏倒的安全长度。1．回风流的安全长度（确定起爆点位置，被串联工作面进风口位置）。AL=400,;Sm稀式中：L稀—从掘进工作面至稀释炮烟到安全浓度（CO浓度0.024%，NO2浓度低于0.0025%）的距离，m；A—掘进工作面一次爆破的炸药量，Kg；S—掘进巷道成巷后的净断面，m2;当计算出的距离L稀大于100米而又小于工作面到回风口的距离时，起爆点位置为L稀长度处设点；当计算出的距离L稀小于100米时，起爆点位置应在大于100米长度处设点；当计算出的距离L稀大于100米而且又大于工作面到回风口的距离（距离工作面大于100米）2时，起爆在回风口外的位置设点。2.风筒出口到工作面的距离L压≤L射=4S，m≦;式中：L压—风筒出口到工作面的距离，当计算出的长度大于《煤矿安全规程》的规定时，取《规程》规定值，小于《煤矿安全规程》的规定时，取计算值；L射—风流的有效射程，m；（二）、工作面需要压入风量在煤巷、半煤岩巷和岩巷独头通风掘进工作面的风量应按瓦斯（或二氧化碳）涌出量、局部通风机吸风量、炸药用量、同时工作的最多人数分别计算，取其中最大值，并用风速验算。1．按一次起爆炸药量计算23,/min;Qmt3C压7.8KASL=式中：Q压—稀释、排除掘进巷道中炮烟所需的风量，m3/min;AC---掘进工作面一次起爆最大炸药量,Kg；t—稀释炮烟所需时间，一般取20～30min；L—掘进巷道的通风长度（工作面到回风口的距离），m；当L＜L稀时，取L值；当L稀＜L时，取L稀值。K--高瓦斯矿井CH4、CO2涌出不均衡系数，取1.45；也可以按下面的公式计算：CAbQtc压式中Q压—稀释、排除掘进巷道中炮烟所需的风量，m3/min;AC---掘进工作面一次起爆最大炸药量,Kg；b----每公斤炸药爆破后生成的当量CO的量，根据炸药爆破后的有毒气体国家3标准，取b=0.1m3/kg；t----通风时间,一般取20～30min；C----爆破经通风后,允许工人进入工作面工作的CO浓度,一般取C=0.02%。将各参数取值代入上式后,简化为25CQA压式中Q压—稀释、排除掘进巷道中炮烟所需的风量，m3/min;AC---掘进工作面一次起爆最大炸药量,Kg。2.按瓦斯(或CO2)涌出量计算所需风量:Q压=qK,m3/min;1%对于串联通风的工作面Q压=qK,m3/min;0.5%式中:Q压--为按瓦斯涌出量计算所需风量,m3/min;q---矿井瓦斯或CO2平均的相对涌出量,m3/t;K---瓦斯涌出量不均衡系数,高瓦斯矿井取2.0～2.5。3．按工作面同时工作的最多人数计算4Qn压式中Q压—稀释、排除掘进巷道中炮烟所需的风量，m3/min;4----每人每分钟需要4m3的新鲜空气；n----工作面同时工作的最多人数。4．按风速验算：（1）根据《煤矿安全规程》规定,掘进煤巷、半煤岩巷道工作面最低风速为0.25m/s，最高风速为4m/s的要求进行验算。即工作面风量应满足:15×SC≤Q≤240×SC。4SC---工作面巷道净断面积，m2；（2）根据《煤矿安全规程》规定,掘进岩石巷道工作面最低风速为0.15m/s，最高风速为4m/s的要求进行验算。即工作面风量应满足:9×SC≤Q≤240×SC。SC---工作面巷道净断面积，m2；例：栗子坪矿井K9掘进工作面，巷道设计净断面为3.76m2，工作面最大班同时作业为6人，设计掏槽眼5个，共装炸药1.125kg，辅助眼8个，共装炸药2.4kg，周边眼10个，共装炸药2.25kg，底眼4个，共装炸药1.8kg；采用毫秒雷管引爆，掏槽眼（煤层眼）为第一次爆破，爆破后将煤装车，然后再分4段起爆其它岩石炮眼，计算该工作面所需风量（局扇吸风处为新鲜风流）。计算：1.按工作面同时工作最多人数计算Q=6×4×1.45=34.8m3/min;2.按一次起爆最多炸药量计算（1）回风流的安全长度L稀=400A/S=400×6.45÷3.76=686m；（2）风筒出口到工作面的距离L压≤L射=4S=43.76=7.75m（一般取6米）；（3）工作面需要压入风量2Qt3C压7.8KASL==7.8×1.45236.453.7668630=11.31×11.67=132m3/min。3.按CH4涌出量计算:高瓦斯矿井掘进工作面瓦斯涌出不均衡系数K=2.0～2.5;Q压=100qCH4K掘=100×0.21×2.5=52.5m3/min。54.按照回风巷道风速验算所需风量：（1）最低风速：Q低=SV=3.76×0.25×60=56.4m3/min；（2）最高风速：Q高=SV=3.76×4×60=902.4m3/min；Q低≤Q压≤Q高符合要求。所以，工作面所需风量应为132m3/min。工作面所需风量确定后，再根据回风巷道的长度和需风量来选择局扇风机、风筒的型号，然后再确定局扇风机安设位置及配风量。在此必须注意：1．采用毫秒雷管引爆，不管分成几段，其炸药都是在很短的时间内（130ms）一齐爆炸，其按炸药爆炸后产生的CO和NO2计算风量时不能以一段的起爆炸药量来计算风量；若风量不能满足要求，应选择其它的起爆方式或减少一次起爆的炸药量；2．爆破后炮烟所经过的巷道（或其它通道）内若无新风渗入，在686米长的巷道里，30分钟内若有人员进入，都有CO或NO2中毒的危险。因此，要尽可能地缩短回风通道，让有毒风流进入回风巷道；3．若采用掘进工作面串联采煤工作面，在掘进工作面放炮时，处于掘进工作面所需安全回风长度范围内的采煤工作面不能有人作业，否则应参入新鲜空气并在被串工作面的进风流中除了安设低浓度瓦斯传感器外，还应安设CO、NO2传感器，空气净化装置等（如净化水幕）；4．在受条件限制，风量、回风安全长度、各种传感器的安设都不能满足要求时，为了矿井的安全生产,首先应暂停施工,待条件具备时再开工。三．通风设备的选择根据工作面所需风量进行验证后，对工作面所需通风设备进行选择，在此仍以栗子坪矿井K9掘进工作面所需风量为132m3/min为例。1．风筒的选择：根据“栗子坪矿井K9掘进工作面”《作业规程》规定,该工作面选用ф=400～500㎜的风筒,风筒预选确定后,按下面的方法验证。公式H=h摩+h局=(aLP/S3)Q2+h局；6式中：H---风筒的通风总阻力，毫米水柱；a----风筒摩擦阻力系数，公斤·秒2/米4；橡胶风筒摩擦阻力系数及百米风阻值风筒直径（mm）300400500600700摩擦阻力系数KgfS2/m40.000540.000500.000460.000420.00039百米风阻Kg/m71412314943414.7L---风程长度，米；P---风筒净断面周长，米；S---风筒净断面面积，米2；Q---风筒内通过风量，米3/秒；h局---局部阻力，毫米水柱；取摩擦阻力的10%；查表得:a=0.00050（ф=400）;P=πф=3.14×0.4=1.257米;S=πr2=3.14×0.22=0.126米2;L=450+10=460米;Q=132m3/min=132÷60=2.2m3/s;h摩=(aLP/S3)Q2=（0.00050×450×1.257/0.1263）2.22=699mmH2O；h局=h摩×10%=699×10%=69.9mmH2O；H=h摩+h局=699+69.9=769mmH2O；查表可知,JBT、YBT、BKJ或BKY等系列电机功率在11KW以下的局部扇风机,长时工作状态下的全风压都低于250mmH2O,故不能选用ф=400mm的风筒。查表得:a=0.00046（ф=500）;P=πф=3.14×0.5=1.571米;S=πr2=3.14×0.252=0.196米2;L=450+10=460米;Q=132m3/min=132÷60=2.2m3/s;h摩=(aLP/S3)Q2=（0.00046×460×1.571/0.1963）2.22=214mmH2O；h局=h摩×10%=214×10%=21.4mmH2O；H=h摩+h局=214+21.4=235.4mmH2O；通过计算,ф=500mm的胶布风筒可用。在掘进工作面开工到220米时的风阻为:7h摩=(aLP/S3)Q2=（0.00046×230×1.571/0.1963）2.22=107mmH2O；h局=h摩×10%=107×10%=11mmH2O；H=h摩+h局=107+11=118mmH2O；以上计算是假设风筒有效风率为90%来计算的。2．局部扇风机的选择：通过以上的计算，在后半段风量Q=132m3/min，风压≥235.4mmH2O时,只有选择电机功率为11KW的局扇。在前半段风量Q=132m3/min，风压≥118mmH2O时,只有选择电机功率为5.5KW的局扇。通过以上的计算可以看出存在以下问题：（1）由于巷道断面小，风筒直径大了占居巷道断面空间；（2）风量大，引起风筒通风阻力大，浪费电能；（3）这样大的风量只是放炮过程中需要，其它时间需风量要小得多以上问题通过公式h摩=(aLP/S3)Q2可以找到解决问题的办法,风筒的摩擦阻力与风筒断面积的三次方成反比,与通过的风量的平方成正比,在风筒可选范围很小的时候,为了解决以上问题，只有减少一次起爆的炸药量或延长爆破后的通风时间，但减少风量不是随意性的，在保证大于按瓦斯涌出量计算所需风量就行。注1.减少一次起爆的炸药量有以下优点和缺点：（1）可缩短回风流的安全回风距离，这对于串联通风工作面尤其重要；（2）能使工作面的风量在爆破与其它作业工序时基本相等，合理利用局部扇风机，节约用电；（3）能使用小一号的风筒；（4）按一次装药一次爆破的规定，工作面装药、爆破的时间较长；（5）工人多次进入空顶区内，危险性大。注2．全断面一次装药，用毫秒雷管一次引爆并延长爆破后的通风时间，有以下优点和缺点：（1）实现全断面一次装药，一次引爆。装约、爆破一次完成，安全性高，工人劳动强度低，这对于无串联通风工作面的情况下十分有利；8（2）由于回风路线长，需要大容量的起爆器和电阻小的放炮母线；经过以上计算与设备选择后，根据计算结果，若所选设备符合矿井的实际（有这种设备、巷道又安得下不影响运输、行人、进风量有保证），下一步再确定局扇的安放位置。3．局扇安装位置的确定：（1）距回风口位置大于10米；（2）有大于局扇吸入风量的风流量经过该位置；4．局扇安装位置风量的确定：局扇吸入风量加上该处巷道内最低风速所需的风量。（1）局扇吸入风量（局部通风机技术特征）如下表：型号功率风压mmH2O风量m3/min有效风量m3/minJBT41-22.075～1575～11260～90JBT42-24.0150～3075～11260～90JBT51-25.5120～25145～225120～180JBT52-211.0240～50145～225120～180JBT61-214.0160～35250～390220～330JBT62-228.0320