礦井一通三防計算相關公式.doc

礦井一通三防計算相關公式一、通風阻力測定相關公式1.簡單算術平均數(shù)。有這么一組數(shù)字10、20、30、40、50那么它們的算術平均值是（10+20+30+40+50）/5=30 2.加權算術平均數(shù)。加權算術平均數(shù) = 各組（變量值 次數(shù)）之和 / 各組次數(shù)之和 = xf / f3.紊流狀態(tài)下井巷的摩擦阻力對于不同形狀的井巷斷面，其周長U與斷面積S的關系，可用下式表示：式中：C斷面形狀系數(shù)：梯形C=4.16；三心拱C=3.85；半圓拱C=3.90。摩擦阻力系數(shù)礦井中大多數(shù)通風井巷風流的Re值已進入阻力平方區(qū)，值只與相對糙度有關，對于幾何尺寸和支護已定型的井巷，相對糙度一定，則可視為定值；在標準狀態(tài)下空氣密度=1.2kg/m3。 對上式，令： 稱為摩擦阻力系數(shù)，單位為 kg/m3 或 N.s2/m4。則得到紊流狀態(tài)下井巷的摩擦阻力計算式寫為：通過大量實驗和實測所得的、在標準狀態(tài)（0=1.2kg/m3）條件下的井巷的摩擦阻力系數(shù)，即所謂標準值0值，當井巷中空氣密度1.2kg/m3時，其值應按下式修正： 摩擦風阻Rf對于已給定的井巷，L、U、S都為已知數(shù)，故可把上式中的、L、U、S 歸結為一個參數(shù)Rf： Rf 稱為巷道的摩擦風阻，其單位為：kg/m7 或 N.s2/m8。工程單位：kgf .s2/m8 ，或?qū)懗桑簁。1 N.s2/m8= 9.8 k4.標準摩擦阻力系數(shù)通過大量實驗和實測所得的、在標準狀態(tài)（0=1.2kg/m3）條件下的井巷的摩擦阻力系數(shù)，即所謂標準值0值，當井巷中空氣密度1.2kg/m3時，其值應按上式修正。通風阻力等級通風難易程度風阻R（Ns2/m8）等積孔A （m2)大阻力礦困 難1.421中阻力礦中 等1.420.3512小阻力礦容 易0.3525.干空氣密度式中P為空氣的絕對壓力，單位為kPa；T為空氣的熱力學溫度（K），T=273+t, t為空氣的攝氏溫度（）。標準狀態(tài)下，T0=273K，P0=101.3kPa時,組成成分正常的干空氣的密度0=1.293 kg/m3?？諝?1.293 g/L。氣體的密度=它的相對分子質(zhì)量/22.4,單位是g/L.用空盒氣壓計測定空氣的大氣壓力，用濕度計測定空氣的干溫度和相對濕度，根據(jù)下列公式計算空氣密度。 P=（0.0034580.003473）p/T 式中p一一空氣密度，kg/m p大氣壓力，Pa； T空氣絕對溫度，T=273+t（t為干溫度計讀數(shù)，0C）。6.濕空氣密度 式中 w 濕空氣密度, kg/m3； 空氣相對濕度，%； Pb飽和水蒸汽壓力，kPa(由表2-1-1確定)。相對濕度用RH表示。相對濕度的定義是單位體積空氣內(nèi)實際所含的水氣密度（用d1 表示）和同溫度下飽和水氣密度（用d2 表示）的百分比，即RH（%）= d1/ d2 x 100%；另一種計算方法是：實際的空氣水氣壓強（用p1 表示）和同溫度下飽和水氣壓強（用p2表示）的百分比，即RH（%）= p1/ p2 x 100%。不同溫度下飽和水蒸汽壓力空氣溫度（）飽和水蒸汽壓力（Pa）空氣溫度（）飽和水蒸汽壓力（Pa）空氣溫度（）飽和水蒸汽壓力（Pa）-2012881069.24202333.1-15193.3291143.9212493.1-10287.98101127.9222639.8-5422.63111311.89232813.10610.6121402.55242986.41655.94131497.21253173.52705.27141598.9263359.73757.27151706.2273563.74811.93161818.5283766.85870.59171933.22940136933.25182066.5304239.67998.58192199.33144937.利用干濕球溫度計算相對濕度(1)相對濕度U的計算公式： U=（E/Ew）100%（A.1） 式中U為相對濕度，E為水氣壓（hPa），Ew為干球溫度t（）所對應的純水平液面（或冰面）飽和水氣壓（hPa）。 (2)水氣壓E的計算公式 E=EtwAPh（ttw）（A.2） 式中Etw（hPa）為濕球溫度tw（）所對應的純水平液面的飽和水氣壓，濕球結冰且濕球溫度低于0時，為純水平冰面的飽和水氣壓；A為干濕表系數(shù)，濕球未結冰時的通風干濕表（通風速度2.5m/s）系數(shù)是0.66210-3 -1，濕球結冰時的通風干濕表（通風速度2.5m/s）系數(shù)是0.58410-3 -1；Ph為本站氣壓（hPa）；其他符號意義同上。 (3)飽和水氣壓Ew的計算公式： 純水平液面飽和水氣壓的計算公式式中 Tl=273.16（水的三相點絕對溫度，單位：K）T =273.15 （絕對溫度，單位：K）。 純水平冰面飽和水氣壓的計算公式式中符號意義同上。8.自然風壓HN(1) 式中 Z礦井最高點至最低水平間的距離，m； g重力加速度，m/s2； 1、2分別為0-1-2和5-4-3井巷中dZ段空氣密度，kg/m3。由于空氣密度受多種因素影響，與高度Z成復雜的函數(shù)關系。因此利用式4-2-1計算自然風壓較為困難。為了簡化計算，一般采用測算出0-1-2和5-4-3井巷中空氣密度的平均值m1和m2，用其分別代替式411中的1和2，則(4-1-1)可寫為： (2)he=P0H（1H/10000）1/R(273+t)1/R(273+t)he為礦井自然風壓 （單位為Pa）P0為空氣柱上邊的壓力 （單位為Pa）H為井筒有效計算深度 （單位為m）R為空氣常數(shù) 一般取R29.27t、t為進、出風井平均攝氏溫度 （單位為）淺井自然風壓示意圖 深井自然風壓示意圖(3)直接測定法對于任一礦井，還可用另一種方法測算礦井的自然風壓。如在礦井中任一地點制做臨時密閉，堵截風流，主要通風機停止運轉后，用壓差計測出密閉兩側的壓差，即為該礦的hn。要求是密閉不漏風，否則測值不準。9.礦井等積孔二、通風能力核定相關公式(一)采煤工作面風量計算1、按氣象條件計算Qcf=6070%VcfScfKchKcln 式中:n Vcf采煤工作面的風速，按采煤工作面進風流的溫度從表1 中選取，m/s；n Scf采煤工作面的平均有效斷面積，按最大和最小控頂有效斷面的平均值計算，m2；n Kch采煤工作面采高調(diào)整系數(shù)，具體取值見表2；n Kcl采煤工作面長度調(diào)整系數(shù)，具體取值見表3；n 70%有效通風斷面系數(shù)；n 60 為單位換算產(chǎn)生的系數(shù)。表1 采煤工作面進風流氣溫與對應風速采煤工作面進風流氣溫采煤工作面風速m/s 201.020 231.0 1.523 261.5 1.8表 2 kch采煤工作面采高調(diào)整系數(shù)采 高（m） 2.02.0 2.5 2.5 及放頂煤面系數(shù)（kch）1.01.11.2表3 kcl采煤工作面長度調(diào)整系數(shù)采煤工作面長度（m）長度風量調(diào)整系數(shù)kcl 150.815 800.8 0.980 1201.0120 1501.1150 1801.2 1801.30 1.402、按照瓦斯涌出量計算n Qcf=100 qcg kcg (2)n 式中：n qcg采煤工作面回風巷風流中平均絕對瓦斯涌出量，m3/min。抽放礦井的瓦斯涌出量，應扣除瓦斯抽放量進行計算；n kcg采煤工作面瓦斯涌出不均勻的備用風量系數(shù),正常生產(chǎn)時連續(xù)觀測1 個月，日最大絕對瓦斯涌出量和月平均日絕對瓦斯涌出量的比值；n 100按采煤工作面回風流中瓦斯的濃度不應超過1的換算系數(shù)。3、按照二氧化碳涌出量計算n Qcf=67qcckcc (4)n 式中：n qcc采煤工作面回風巷風流中平均絕對二氧化碳涌出量，m3/min；n kcc采煤工作面二氧化碳涌出不均勻的備用風量系數(shù)，正常生產(chǎn)時連續(xù)觀測1 個月，日最大絕對二氧化碳涌出量和月平均日絕對二氧化碳涌出量的比值；n 67按采煤工作面回風流中二氧化碳的濃度不應超過1.5的換算系數(shù)。4、按炸藥量計算n a) 一級煤礦許用炸藥n Qcf25Acf (5)n b) 二、三級煤礦許用炸藥n Qcf10Acf (6)n 式中：n Acf采煤工作面一次爆破所用的最大炸藥量，kg；n 25每千克一級煤礦許用炸藥需風量，m3/min；n 10每千克二、三級煤礦許用炸藥需風量，m3/min。5、按工作人員數(shù)量驗算n Qcf4Ncf (7)n 式中：n Ncf采煤工作面同時工作的最多人數(shù)，人；n 4每人需風量，m3/min。6、按風速進行驗算n Qcf600.25Scb (8)n Scb=lcbhcf70% (9)n b) 驗算最大風量n Qcf604.0Scs (10)n Scs=lcshcf70% (11)n c) 綜合機械化采煤工作面，在采取煤層注水和采煤機噴霧降塵等措施后，驗算最大風量n Qcf605.0Scs (12)n 式中：n Scb采煤工作面最大控頂有效斷面積，m2；n lcb采煤工作面最大控頂距, m；n hcf采煤工作面實際采高, m；n Scs采煤工作面最小控頂有效斷面積，m2；n lcs采煤工作面最小控頂距, m；n 0.25采煤工作面允許的最小風速，m/s；n 70%有效通風斷面系數(shù)；n 4.0采煤工作面允許的最大風速，m/s；n 5.0采煤工作面允許的最大風速，m/s。(二)掘進工作面實際需要風量的計算1、按照瓦斯涌出量計算n Qhf=100qhgkhg (16)n 式中:n qhg掘進工作面回風流中平均絕對瓦斯涌出量， m3/min。抽放礦井的瓦斯涌出量，應扣除瓦斯抽放量進行計算；n khg掘進工作面瓦斯涌出不均勻的備用風量系數(shù),正常生產(chǎn)條件下，連續(xù)觀測1 個月，日最大絕對瓦斯出量與月平均日絕對瓦斯涌出量的比值；n 100按掘進工作面回風流中瓦斯的濃度不應超過1的換算系數(shù)。2、按照二氧化碳涌出量計算n Qhf=67qhckhc (17)n 式中:n qhc掘進工作面回風流中平均絕對二氧化碳涌出量，m3/min；n khc掘進工作面二氧化碳涌出不均勻的備用風量系數(shù)，正常生產(chǎn)條件下，連續(xù)觀測1 個月，日最大絕對二氧化碳出量與月平均日絕對二氧化碳涌出量的比值；n 67按掘進工作面回風流中二氧化碳的濃度不應超過1.5的換算系數(shù)。3、按炸藥量計算n a) 一級煤礦許用炸藥n Qhf25Ahf (18)n b) 二、三級煤礦許用炸藥n Qhf10Ahf (19)n 式中：n Ahf掘進工作面一次爆破所用的最大炸藥量，kg。n 按上述條件計算的最大值，確定局部通風機吸風量。4、按局部通風機實際吸風量計算n a) 無瓦斯涌出的巖巷n Qhf=QafI +600.15Shd (20)n b) 有瓦斯涌出的巖巷，半煤巖巷和煤巷n Qhf=QafI +600.25Shd(21)n 式中：n Qaf局部通風機實際吸風量，m3/min；n I掘進工作面同時通風的局部通風機臺數(shù)；n 0.15無瓦斯涌出巖巷的允許最低風速；n 0.25有瓦斯涌出的巖巷，半煤巖巷和煤巷允許的最低風速；n Shd局部通風機安裝地點到回風口間的巷道最大斷面積，m2。5、按工作人員數(shù)量驗算n Qaf4Nhf (22)n 式中：n Nhf掘進工作面同時工作的最多人數(shù)，人。6、按風速進行驗算n a) 驗算最小風量n 無瓦斯涌出的巖巷：n Qaf600.15Shf (23)n 有瓦斯涌出的巖巷，半煤巖巷和煤巷n Qaf 600.25Shf (24)n b ) 驗算最大風量n Qaf604.0Shf (25)n 式中：n Shf掘進工作面巷道的凈斷面積，m2。(三)硐室需要風量計算1、爆破材料庫需要風量計算n Qem=4V/60 (26)n 式中：n Qem井下爆炸材料庫需要風量，m3/min；n V井下爆炸材料庫的體積，m3;n 4井下爆炸材料庫內(nèi)空氣每小時更換次數(shù)。n 但大型爆破材料庫不應小于100 m3/min，中、小型爆破材料庫不應小于60 m3/min2、充電硐室需要風量計算n Qer=200qhy (27)n 式中：n Qer充電硐室需要風量，m3/min；n qhy充電硐室在充電時產(chǎn)生的氫氣量，m3/min；n 200-按其回風流中氫氣濃度不大于0.5%的換算系數(shù)。n 但充電硐室的供風量不應小于100 m3/min。/33、機電硐室需要風量計算n 式中：n Qmr 機電硐室的需要風量，m3/min；n 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；q n 機電硐室發(fā)熱系數(shù)，數(shù)值見表4；n 空氣密度，一般取r =1.20kg/m3；n Cp 空氣的定壓比熱,一般可取Cp =1.0006KJ/(kgK)；n t機電硐室的進、回風流的溫度差，K。表4 機電硐室發(fā)熱系數(shù)（）表機電硐室名稱發(fā)熱系數(shù)空氣壓縮機房0.20 0.23水泵房0.01 0.03變電所、絞車房0.02 0.04n 機電硐室需要風量應根據(jù)不同硐室內(nèi)設備的降溫要求進行配風；采區(qū)小型機電硐室，按經(jīng)驗值確定需要風量或取6080m3/min；選取硐室風量，應保證機電硐室溫度不超過30，其他硐室溫度不超過26。(四)其他用風巷道實際需要風量計算n 其他用風巷道的需要風量，應根據(jù)瓦斯涌出量和風速分別進行計算，采用其最大值。n 5.1.5.2 按瓦斯涌出量計算n Qrl=133qrgkrg (29)n 式中：n qrg其他用風巷道平均絕對瓦斯涌出量，m3/min；n krg其他用風巷道瓦斯涌出不均勻的備用風量系數(shù)，取1.2 1.3；n 133其他用風巷道中風流瓦斯?jié)舛炔怀^0.75%所換算的常數(shù)。(五)按風速驗算n a) 一般巷道n Qrc600.15Src (30)n b) 架線電機車巷道n 有瓦斯涌出的架線電機車巷道n Qre601.0Sre (31)n 無瓦斯涌出的架線電機車巷道n Qree600.5Sre (32)n 式中：n Qrc一般用風巷道實際需要風量，m3/min；n Src一般用風巷道凈斷面積，m2；n Qre架線電機車用風巷道實際需要風量，m3/min；n Sre架線電機車用風巷道凈斷面積， m2 ；n 0.15一般巷道允許的最低風速，m/s；n 1.0有瓦斯涌出的架線電機車巷道允許的最低風速，m/s；n 0.5無瓦斯涌出的架線電機車巷道允許的最低風速，m/s。三、通風設備選型n 為使通風機運轉穩(wěn)定，保證通風機的工況點處于一個合理的工作范圍之內(nèi)，對任何通風機都有如下規(guī)定：1.實際風壓不能超過最大風壓的0.9倍；2.通風機動輪的轉數(shù)不能超過它的額定轉數(shù)；3.主通風機的靜壓效率不應低于0.6。1、計算通風機的風量Q通考慮到外部漏風（即井口防爆門及主要通風機附近的反風門等處的漏風），主要通風機風量可用下式計算： m3/s （ 9-25）式中 Q礦礦井總風量，m3/s ；k漏風損失系數(shù)。風井無提升任務時取1.1；箕斗井兼作回風井時取1.15；回風井兼做升降人員時取1.2。 2、計算通風機的風壓H全（或H靜）通風機全壓H全和礦井自然風壓H自共同作用，克服礦井通風系統(tǒng)的總阻力h阻、風硐阻力h硐以及擴散器出口動能損失h擴。當自然風壓與通風機風壓同向時取“-”；反之取“+”。即：，pa （9-26）風硐阻力一般不超過100200 Pa。通常離心式風機提供的大多是全壓曲線，而軸流式、對旋式通風機提供的大多是靜壓曲線。因此，對抽出式通風礦井：離心式通風機：容易時期 （ 9-27）困難時期 （9-28）軸流式（或?qū)π剑┩L機： 容易時期 （9-29）困難時期 （9-30）自然風壓在容易時期取負值，困難時期取正值，是為了確保所選的通風機在這兩個（極端）時期均有能力滿足礦井通風要求。對于壓入式通風礦井，式（9-27）及（9-28）中的 h擴應改為出風井的出口動壓。1、 選擇通風機根據(jù)計算的礦井通風容易時期通風機的 Q通、 H靜?。ɑ?H全?。┖屠щy時期通風機的Q通、H靜大（或H全大），在通風機的個體特性圖表（參見附錄四、五、六）上選擇合適的主要通風機。判別是否合適，要看上面兩組數(shù)據(jù)所構成的兩個時期的工作點，是否都在通風機個體特性曲線的合理工作范圍內(nèi)。選定以后，即可得出兩個時期主要通風機的型號、動輪直徑、動輪葉片安裝角（指軸流式或?qū)π斤L機）、轉速、風壓、風量、效率和輸入功率等技術系數(shù)，并列表整理。2、 選擇電動機計算通風機輸入功率按通風容易和困難時期，分別計算通風機輸入功率N電小、N電大 ， kW （9-31） ， kW （9-32）或 ， kW （9-33） ， kW （9-34）式中 、分別為通風機靜壓效率和全壓效率； 、分別為礦井通風容易時期和困難時期通風機的輸入功率。選擇電動機時，當時，可選一臺電動機，其功率為：初期 ， kW （9-35）當時，選兩臺電動機，其功率分別為：初期 ， kW （9-36）后期按式（9-35）計算。式中 電動機容量備用系數(shù)， k電=1.11.2； 電動機效率，電=0.920.94（大型電機取較高值）； 傳動效率，電動機與通風機直聯(lián)時傳=1；皮帶傳動時傳=0.95。 電動機功率在400500 kW以上時，宜選用同步電動機。其優(yōu)點是低負荷運轉時，用來改善電網(wǎng)功率因數(shù)，使礦井經(jīng)濟用電；缺點是這種電動機的購置和安裝費較高。通風網(wǎng)路特性方程()計算礦井通風網(wǎng)路阻力系數(shù)公用段 支路 初期 末期 #支路 初期 末期 ()通風網(wǎng)路特性方程 初期 末期 主通風機功率 (1)主風機功率（輸出功率） KW單位時間內(nèi)主通風機對通過風量為Qf的空氣所做的功，可分為全壓功率Nfot和靜壓功率Nfos，計算公式為： Nfot hft.Qf/1000， Nfos hfs.Qf/1000 (2)軸功率N （輸入功率 ） KW電動機經(jīng)傳動部件輸入給主通風機的功率，計算公式為：U線電壓，V；I線電流，A；cos功率因數(shù)；d電動機效率，；c傳動功率，直接傳動取1.0，間接傳動0.95。主通風機的效率 ftNft/N軸hftQf/(1000 N軸) fsNfs/ N軸hfsQf/(1000 N軸)上式中ft 和fs 分別表示通風機的全壓效率和靜壓效率。 五、概算礦井通風費用(一)噸煤通風電費噸煤通風電費為主要通風機年耗電費及井下輔助通風機、局部通風機電費之和除以年產(chǎn)量?？捎孟率接嬎悖?， 元/t （ 9-37）式中 Wo噸煤通風電費，元/t E主要通風機年耗電量， kWh/a；通風容易時期和困難時期共選一臺電動機時 ， kWh/a；選兩臺電動機時 ， kWh/a ；式中 EA局部通風機和輔助通風機的年耗電量 ，kWh/a； D電價 ，元/ kWh ； 變變壓器效率，可取0.95； 纜電纜輸電效率，取決于電纜長度和每米電纜耗損，在0.900.95內(nèi)選取。(二)其它噸煤通風費用1、 設備折舊費通風設備折舊費與設備數(shù)量、成本及服務年限有關，可用表9-6計算。噸煤通風設備折舊費W1用下式計算： ， 元/t （9-38）表9-6 通風成本計算表序號設備名稱計算單位數(shù)量單位成本總成本服務年限每年的折舊費備注設備費運轉及安裝費總計基本設資折舊費（G1）大修理折舊費（G2）2、 材料消耗費噸煤通風材料消耗費W2按下式計算：，元/t （9-39）式中 C通風材料消耗總費用（包括各種通風構筑物的材料費、通風機和電動機潤滑油料費等），元/a。3、 通風工作人員工資費噸煤通風工作人員工資費用W3按下式計算： ，元/t （9-40）式中 A礦井通風工作人員每年工資總額，元/a。4、 專為通風服務的井巷工程折舊費和維護費折算至噸煤的費用為W4(元/t)。5、 通風儀表購置費和維修費噸煤通風儀表購置費和維修費為W5(元/t)。噸煤通風成本（W）按下式計算：， 元/t 六、粉塵測定 按以下公式計算空氣中總粉塵的濃度： 式中：C 空氣中總粉塵的濃度，mgm 3 ；m2 采樣后的濾膜質(zhì)量，mg；m1 采樣前的濾膜質(zhì)量，mg；Q 采樣流量，Lmin；t 采樣時間，min。七、測風V表=n/t式中： V表-風表測得表速，m/s n-風表刻度盤的讀數(shù)，m t-測風時間，一般60s為消除人體對風速的影響，應將所測得的平均風速進行校正，校正系數(shù)如下：K=(S0.4)/S 式中： S為測風巷道斷面積，m2 0.4為測風員人體所占巷道斷面面積，m2計算出的V表由風表校正曲線或校正公式求得真實風速V真，然后將真實風速乘以測風校正系數(shù)K，即得實際平均風速V均。 Q= V均S 式中：Q-所測巷道通風風量，m3/min S-測風巷道斷面面積，m2 V均巷道實際平均風速，m/min 誤差檢驗方法 E=（最大讀數(shù)-最小讀數(shù)）最小讀數(shù)100%5%常見的巷道斷面形狀的斷面積計算 矩形 S=Bh m2 梯形 S=(B1+B2)/2h m2 圓形 S=D2/4; S=0.7854D2 m2 三心拱 S=B(0.262B+h) m2 半圓形 S= B2/8+Bh或B(0.39B+h ) m2 圓弧拱 S=B(0.24B+h) m2測量不規(guī)則斷面時，可劃分成規(guī)則的測量。Q=（S-0.4)v，立方米/秒 （立方米/分） Q-測得的風量，立方米/秒（立方米/分） S-巷道斷面積，平方米0.4-測風員的面積，平方米v-校正后的風速，米/秒當巷道風速低于0.3 時，可以用煙霧法測定。即選一段10m長、巷道斷面規(guī)整、無拐彎的直線巷道，1人在起點釋放煙霧（可以選用四氯化錫、四氯化鈦），另1人在終點用秒表記錄煙霧到達的時間，然后采用下式算出風速。 V=KL/t 式中K一一系數(shù)，0.80.9； L起點到終點的巷道長度，m； t一一間隔時間，s瓦斯治理十二字方針：先抽后采、監(jiān)測監(jiān)控、以風定產(chǎn)瓦斯治理十六字方針：通風可靠、抽采達標、監(jiān)控有效、管理到位第一是絕對濕度，它表示每立方米空氣中所