煤礦礦井風量計算方法

煤礦礦井風量計算方法

中華人民共和國煤炭工業(yè)部1996—12—30批準 1997—11—01實施
前言
煤礦礦井的供風是保證礦井工作人員正常勞動和安全生產(chǎn)的基本條件。礦井供風量也是確定礦井主要井巷斷面尺寸和主要通風機能力的基礎數(shù)據(jù)。因此，本標準可作為礦井通風設計和日常通風管理工作的依據(jù)和檢查標準。
本標準由煤炭工業(yè)部科技教育司提出。
本標準由煤礦安全標準化技術委員會歸口。
本標準起草單位：煤炭科學研究總院撫順分院。
本標準主要起草人：姚爾義。
本標準委托煤礦安全標準化技術委員會通風技術及設備分會負責解釋。
1 范圍
本標準規(guī)定了煤礦礦井、采區(qū)和各用風地點的風量計算方法，風量分配和供風量的檢驗辦法。
本標準適用于煤礦的新井設計、生產(chǎn)礦井的改擴建和新采區(qū)的作業(yè)規(guī)程的風量計算，以及礦井通風管理中的風量分配與調(diào)節(jié)。
2 引用標準
下列標準包含的條文，通過在本標準中引用而構成為本標準的條文。在標準出版時，所示版本均為有效。所有標準都會被修訂，使用本標準的各方應探討使用下列標準最新版本的可能性。
TJ 36—79 工業(yè)企業(yè)設計衛(wèi)生標準
煤礦安全規(guī)程 1992年10月22日 中華人民共和國能源部
3 定義
本標準采用下列定義。
需風量 reguired air quantity
為用風地點供給人員呼吸、稀釋和排出有害氣體、礦塵和創(chuàng)造良好氣候條件所需要的風量。
4 礦井風量計算方法
4．1 風量計算依據(jù)
供給煤礦井下任何用風地點的新鮮風量，必須依照下述各種條件進行計算，并取其最大值，作為該用風地點的供風量。
4．1．1 按該用風地點同時工作的最多人數(shù)計算，每人每分鐘供給風量不得少于4m3；
4．1．2 按該用風地點的風流中瓦斯、二氧化碳、氫氣和其他有害氣體的濃度，風速以及溫度等都符合《煤礦安全規(guī)程》的有關各項規(guī)定要求，分別計算，取其最大值。
4．2 風量計算原則
無論礦井或采區(qū)的供風量，均按該地區(qū)各個實際用風地點，按照風量計算依據(jù)，分別計算出各個用風地點的實際最大需風量，從而求出該地區(qū)的風量總和，再考慮一定的備用風量系數(shù)后，作為該地區(qū)的供風量。即由采、掘工作面、硐室和其他用風地點計算到各個采區(qū)和全礦井總風量。
4．3 礦井風量計算的基礎資料
4．3．1 新井設計、生產(chǎn)礦井的改、擴建和新水平延深時的采、掘工作面、硐室和其他用風地點的配置數(shù)量、工程設計、平面布置圖和地質說明書。
4．3．2 礦井和采、掘工作面瓦斯涌出量預測資料。瓦斯涌出量可按煤層瓦斯含量預測資料、瓦斯來源和開采條件等因素進行計算；或按礦井實際瓦斯涌出量和瓦斯梯度進行計算。當設計新井瓦斯資料不足時，也可參照鄰近生產(chǎn)礦井的瓦斯資料進行計算。
4．3．3 采、掘工作面和通風巷道風流溫度預測資料。按礦井當?shù)氐臍鉁?、地溫、井下機械設備等熱源、其他熱源和巖石的熱物理性能，計算井下各通風巷道和采、掘工作面的風流溫度。
4．3．4 每個機械硐室的裝機容量和運轉的電動機總功率、爆破材料庫的空間總容積和充電硐室中蓄電池機車同時充電的臺數(shù)和噸數(shù)。
4．4 礦井需風量的計算方法
4．4．1 采煤工作面需風量的計算。
采煤工作面的風量應按下列因素分別計算，取其最大值。
4．4．1．1 按瓦斯涌出量按式(1)計算：
……………………………(1)
式中；Qfi——第i個采煤工作面需要風量，m3／min；
qgfi——第i個采煤工作面瓦斯平均絕對涌出量，m3／min?？筛鶕?jù)該采煤工作面的煤層埋藏條件、地質條件、開采方法、頂板管理、瓦斯含量、瓦斯來源等因素進行計算。抽放礦井的瓦斯涌出量，應扣除瓦斯抽放量進行計算。生產(chǎn)礦井可按條件相似的工作面推算；
kgfi——第i個采煤工作面因瓦斯涌出不均勻的備用風量系數(shù)，它是該工作面瓦斯絕對涌出量的最大值與平均值之比。生產(chǎn)礦井可根據(jù)各個工作面正常生產(chǎn)條件時，在整個工作面開采期間，均勻間隔的選取不少于5個晝夜，進行觀測，得出5個比值，取其最大值。通常根據(jù)采煤方法可按表1選?。?/SPAN>

表1 各種采煤工作面瓦斯涌出不均勻的備用風量系數(shù)

當采煤工作面有其他有害氣體涌出時，也可按有害氣體涌出量和不均勻系數(shù)，使其稀釋到《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定的最高允許濃度計算之。

4．4．1．2 按工作面進風流溫度計算：

采煤工作面應有良好的氣候條件。進風流溫度可根據(jù)風流溫度預測方法進行計算。其氣溫與風速應符合表2的規(guī)定：

表2 采煤工作面空氣溫度與風速對應表

采煤工作面的需要風量按式(2)計算：

……………………………(2)

式中；Vfi——第i個采煤工作面的風速，按采煤工作面進風流溫度從表2中選取，m／s；

Sfi——第i個采煤工作面的平均有效斷面，按最大和最小控頂有效斷面的平均值計算，m2；

Kf1i——第i個工作面的長度系數(shù)?？砂幢?/SPAN>3選取。

表3 采煤工作面長度風量系數(shù)表

4．4．1．3 按使用炸藥量計算：

按每公斤炸藥爆破后稀釋炮煙所需的新鮮風量為500m3計算：

…………………………………………(3)

式中：Afi——第i個采煤工作面一次爆破所用的最大炸藥量，kg；

t——爆破后稀釋炮煙的通風時間，min，一般取20～30min。

4．4．1．4 按工作人員數(shù)量計算：

按每人每分鐘應供給4m3新鮮風量計算：

…………………………………………(4)

式中：nfi——第i個采煤工作面同時工作的最多人數(shù)，人。

4．4．1．5 按風速進行驗算：

——按《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定的最低風速，以式(5)驗算最小風量：

…………………………………………(5)

綜采和綜放工作面的最小風量應按式(6)驗算：

…………………………………………(6)

——按《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定的最高風速，以式(7)驗算最大風量：

…………………………………………(7)

式中：Sfi——第i個采煤工作面的平均有效斷面積，m2。

采煤工作面有串聯(lián)通風時，按其中一個最大需風量計算。備用工作面也應按上述要求，滿足瓦斯、二氧化碳、風流溫度和風速等規(guī)定計算需風量，且不得低于其回采時需風量的50％。

4．4．2 掘進工作面需風量計算：
煤巷、半煤巖巷和巖巷掘進工作面的需風量，應按下列因素分別計算，取其最大值：
4．4．2．1 按瓦斯涌出量計算：
…………………………………………(8)
式中：Qdi——第i個掘進工作面的需風量，m3／min；
qgdi——第i個掘進工作面的平均絕對瓦斯涌出量，m3／min。按該工作面煤層的地質條件、瓦斯含量和掘進方法等因素進行計算，抽放礦井的瓦斯涌出量，應扣除瓦斯抽放量。生產(chǎn)礦井可按條件相似的掘進工作面來推算之。
kgdi——第i個掘進工作面瓦斯涌出不均勻的備用風量系數(shù)，其含義和觀察計算方法與采煤工作面的瓦斯涌出不均勻的備用風量系數(shù)相似。通常，機掘工作面取kgdi＝1．5～2．0。炮掘工作面取kgdi＝1．8～2．5。當有其他有害氣體時，應根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定的允許濃度按上式計算的原則計算所需風量。
4．4．2．2 按炸藥量計算：
按每公斤炸藥爆破后稀釋炮煙所需的新鮮風量為500m3計算：
…………………………………………(9)
式中：Adi——第i個掘進工作面一次爆破所用的最大炸藥量，kg；
t——爆破后稀釋炮煙的通風時間，min，一般取20～30min。
4．4．2．3 按工作人員數(shù)量計算：
…………………………………………………(10)
式中：ndi——第i個掘進工作面同時工作的最多人數(shù)，人。
4．4．2．4 按風速進行驗算：
——按《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定的最低風速，驗算最小風量：
無瓦斯涌出的巖巷：
………………………………………(11)
有瓦斯涌出的巖巷，半煤巖巷和煤巷：
………………………………………(12)
——按《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定的最高風速，驗算最大風量：
…………………………………………(13)
式中：Sdi——第i個掘進工作面巷道的凈斷面積，m2。
按上述條件計算的最大值，再按配置獨立送風(非串聯(lián))局部通風機臺數(shù)和型號的額定吸風量總和計算：
……………………………………(14)
式中：∑Qafi——同時運轉的局部通風機額定風量的總和，m3／min；
kafi——防止局部通風機吸循環(huán)風的風量備用系數(shù)，進風巷中無瓦斯時取1．15，有瓦斯涌出時取1．25。
4．4．3 硐室需風量計算：
各個獨立通風硐室的供風量，應根據(jù)不同類型的硐室分別進行計算：
4．4．3．1 機電硐室：
——發(fā)熱量大的機電硐室，按硐室中運行的機電設備發(fā)熱量進行計算：
………………………………………(15)
式中：Qri——第i個機電硐室的需風量，m3／min；
∑W——機電硐室中運轉的電動機(或變壓器)總功率(按全年中最大值計算)，kW；
θ——機電硐室的發(fā)熱系數(shù)，可根據(jù)實際考察由機電硐室內(nèi)機械設備運轉時的實際熱量轉換為相當于電器設備容量作無用功的系數(shù)確定，也可按表4選??；
ρ——空氣密度，一般取ρ＝1．2kg／m3；
Cp——空氣的定壓比熱，一般可取Cp＝1．000 6kJ／(kg×K)。
△t——機電硐室進、回風流的溫度差，K。

表4 機電硐室發(fā)熱系數(shù)(θ)表

——采區(qū)小型機電硐室，按經(jīng)驗值確定需風量或取60～80m3／min。
4．4．3．2 爆破材料庫：
按庫內(nèi)空氣每小時更換四次計算：
………………………………………(16)
式中：V——庫房容積，m3。
但大型爆破材料庫不得小于100m3／min，中小型爆破材料庫不得小于60m3／min。
4．4．3．3 充電硐室：
按其回風流中氫氣體積濃度不大于0．5％計算：
…………………………………………(17)
式中：qrhi——第i個充電硐室在充電時產(chǎn)生的氫氣量，m3／min，但充電硐室的供風量不得小于100m3／min。
4．4．4 其他用風巷道的需風量計算：
其他用風巷道的需風量，應根據(jù)瓦斯涌出量和風速分別進行計算，采用其最大值。
4．4．4．1 按瓦斯涌出量計算：
(1)采區(qū)內(nèi)的其他用風巷道
…………………………………………(18)
(2)采區(qū)外的其他用風巷道
……………………………………(19)
式中：qgei——第i個其他用風巷道的瓦斯絕對涌出量，m3／min；
kgei——第i個其他用風巷道瓦斯涌出不均勻的風量備用系數(shù)，一般可取kgei＝1．1～1．3。
4．4．4．2 按風速驗算：
(1)一般巷道
…………………………………………(20)
(2)有架線機車行走的巷道
…………………………………………(21)
式中：Sei——第i個其他用風井巷凈斷面積，m2。
4．4．5 采區(qū)需風量計算：
采區(qū)所需的總風量QP是采區(qū)內(nèi)各用風地點需風量之和，并考慮適當?shù)膫溆孟禂?shù)，按式(22)進行計算：
………(22)
式中：Qp——采區(qū)所需總風量，m3／min；
∑Qpfi——該采區(qū)內(nèi)各采煤工作面和備用工作面所需風量之和，m3／min；
∑Qpdi——該采區(qū)內(nèi)務掘進工作面所需風量之和，m3／min；
∑Qpri——該采區(qū)內(nèi)務硐室所需風量之和，m3／min；
∑QPei——該采區(qū)內(nèi)其他用風巷道風量之和，m3／min；
kp——包括采區(qū)的漏風和配風不均勻等因素的備用風量系數(shù)。應從實測中統(tǒng)計求得，一般可取1．1～1．2。
4．4．6 礦井總需風量計算：
4．4．6．1 礦井所需總風量Qm是礦井井下各個用風地點需風量之和，并考慮漏風和配風不均勻等的備用風量系數(shù)，按式(23)進行計算：
………(23)
式中：Qm——礦井所需總風量，m3／min；
∑Qmfi——各采煤工作面和備用工作面所需風量之和，m3／min；
∑Qmdi——各掘進工作面所需風量之和，m3／min；
∑Qmri——各硐室所需風量之和，m3／min；
∑Qmei——其他用風巷道所需風量之和，m3／min；
km——礦井內(nèi)部漏風和調(diào)風不均勻等因素的備用風量系數(shù)。通常可取1．15～1．25。
4．4．6．2 設計新井時，其他用風巷道所需風量難以計算時，也可以采取按采煤、掘進和硐室的總和的0．03～0．05進行計算之，則礦井的總風量也可按式(24)進行計算：
………(24)
4．5 計算結果表述
4．5．1 編寫計算報告：
礦井風量計算結果應編寫計算報告。報告內(nèi)容應包括提供的地質、瓦斯、地溫、井型、開拓、開采等方面的資料；按本標準規(guī)定的采、掘工作面、硐室、其他用風地點和采區(qū)與全礦的需風量計算和選用的風量備用系數(shù)；以及其他有關說明。
4．5．2 礦井每五年應結合礦井生產(chǎn)規(guī)劃，對礦井、采掘工作面、硐室和其他用風地點的需風量進行驗算，當?shù)V井地質條件和生產(chǎn)條件發(fā)生有較大變化時，應按本標準計算方法重新進行計算。