1、矿井一通三防计算相关公式综述矿井一通三防计算相关公式一、通风阻力测定相关公式1.简单算术平均数。有这么一组数字10、20、30、40、50那么它们的算术平均值是（10+20+30+40+50）/5=30 2.加权算术平均数。加权算术平均数 = 各组（变量值 次数）之和 / 各组次数之和 = xf / f3.紊流状态下井巷的摩擦阻力对于不同形状的井巷断面，其周长U与断面积S的关系，可用下式表示：式中：C断面形状系数：梯形C=4.16；三心拱C=3.85；半圆拱C=3.90。摩擦阻力系数矿井中大多数通风井巷风流的Re值已进入阻力平方区，值只与相对糙度有关，对于几何尺寸和支护已定型的井巷，相对糙度一
2、定，则可视为定值；在标准状态下空气密度=1.2kg/m3。 对上式，令： 称为摩擦阻力系数，单位为 kg/m3 或 N.s2/m4。则得到紊流状态下井巷的摩擦阻力计算式写为：通过大量实验和实测所得的、在标准状态（0=1.2kg/m3）条件下的井巷的摩擦阻力系数，即所谓标准值0值，当井巷中空气密度1.2kg/m3时，其值应按下式修正： 摩擦风阻Rf对于已给定的井巷，L、U、S都为已知数，故可把上式中的、L、U、S 归结为一个参数Rf： Rf 称为巷道的摩擦风阻，其单位为：kg/m7 或 N.s2/m8。工程单位：kgf .s2/m8 ，或写成：k。1 N.s2/m8= 9.8 k4.标准摩擦阻力
3、系数通过大量实验和实测所得的、在标准状态（0=1.2kg/m3）条件下的井巷的摩擦阻力系数，即所谓标准值0值，当井巷中空气密度1.2kg/m3时，其值应按上式修正。通风阻力等级通风难易程度风阻R（Ns2/m8）等积孔A （m2)大阻力矿困 难1.421中阻力矿中 等1.420.3512小阻力矿容 易0.3525.干空气密度式中P为空气的绝对压力，单位为kPa；T为空气的热力学温度（K），T=273+t, t为空气的摄氏温度（）。标准状态下，T0=273K，P0=101.3kPa时,组成成分正常的干空气的密度0=1.293 kg/m3。空气 1.293 g/L。气体的密度=它的相对分子质量/22
4、.4,单位是g/L.用空盒气压计测定空气的大气压力，用湿度计测定空气的干温度和相对湿度，根据下列公式计算空气密度。 P=（0.0034580.003473）p/T 式中p一一空气密度，kg/m p大气压力，Pa； T空气绝对温度，T=273+t（t为干温度计读数，0C）。6.湿空气密度 式中 w 湿空气密度, kg/m3； 空气相对湿度，%； Pb饱和水蒸汽压力，kPa(由表2-1-1确定)。相对湿度用RH表示。相对湿度的定义是单位体积空气内实际所含的水气密度（用d1 表示）和同温度下饱和水气密度（用d2 表示）的百分比，即RH（%）= d1/ d2 x 100%；另一种计算方法是：实际的空气
5、水气压强（用p1 表示）和同温度下饱和水气压强（用p2表示）的百分比，即RH（%）= p1/ p2 x 100%。不同温度下饱和水蒸汽压力空气温度（）饱和水蒸汽压力（Pa）空气温度（）饱和水蒸汽压力（Pa）空气温度（）饱和水蒸汽压力（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.
6、2273563.74811.93161818.5283766.85870.59171933.22940136933.25182066.5304239.67998.58192199.33144937.利用干湿球温度计算相对湿度(1)相对湿度U的计算公式： U=（E/Ew）100%（A.1） 式中U为相对湿度，E为水气压（hPa），Ew为干球温度t（）所对应的纯水平液面（或冰面）饱和水气压（hPa）。 (2)水气压E的计算公式 E=EtwAPh（ttw）（A.2） 式中Etw（hPa）为湿球温度tw（）所对应的纯水平液面的饱和水气压，湿球结冰且湿球温度低于0时，为纯水平冰面的饱和水气压；A为干湿表
7、系数，湿球未结冰时的通风干湿表（通风速度2.5m/s）系数是0.66210-3 -1，湿球结冰时的通风干湿表（通风速度2.5m/s）系数是0.58410-3 -1；Ph为本站气压（hPa）；其他符号意义同上。 (3)饱和水气压Ew的计算公式： 纯水平液面饱和水气压的计算公式式中 Tl=273.16（水的三相点绝对温度，单位：K）T =273.15 （绝对温度，单位：K）。 纯水平冰面饱和水气压的计算公式式中符号意义同上。8.自然风压HN(1) 式中 Z矿井最高点至最低水平间的距离，m； g重力加速度，m/s2； 1、2分别为0-1-2和5-4-3井巷中dZ段空气密度，kg/m3。由于空气密度受
8、多种因素影响，与高度Z成复杂的函数关系。因此利用式4-2-1计算自然风压较为困难。为了简化计算，一般采用测算出0-1-2和5-4-3井巷中空气密度的平均值m1和m2，用其分别代替式411中的1和2，则(4-1-1)可写为： (2)he=P0H（1H/10000）1/R(273+t)1/R(273+t)he为矿井自然风压 （单位为Pa）P0为空气柱上边的压力 （单位为Pa）H为井筒有效计算深度 （单位为m）R为空气常数 一般取R29.27t、t为进、出风井平均摄氏温度 （单位为）浅井自然风压示意图 深井自然风压示意图(3)直接测定法对于任一矿井，还可用另一种方法测算矿井的自然风压。如在矿井中任一
9、地点制做临时密闭，堵截风流，主要通风机停止运转后，用压差计测出密闭两侧的压差，即为该矿的hn。要求是密闭不漏风，否则测值不准。9.矿井等积孔二、通风能力核定相关公式(一)采煤工作面风量计算1、按气象条件计算Qcf=6070%VcfScfKchKcl 式中: Vcf采煤工作面的风速，按采煤工作面进风流的温度从表1 中选取，m/s； Scf采煤工作面的平均有效断面积，按最大和最小控顶有效断面的平均值计算，m2； Kch采煤工作面采高调整系数，具体取值见表2； Kcl采煤工作面长度调整系数，具体取值见表3； 70%有效通风断面系数； 60 为单位换算产生的系数。表1 采煤工作面进风流气温与对应风速采
10、煤工作面进风流气温采煤工作面风速m/s 201.020 231.0 1.523 261.5 1.8表 2 kch采煤工作面采高调整系数采 高（m） 2.02.0 2.5 2.5 及放顶煤面系数（kch）1.01.11.2表3 kcl采煤工作面长度调整系数采煤工作面长度（m）长度风量调整系数kcl 150.815 800.8 0.980 1201.0120 1501.1150 1801.2 1801.30 1.402、按照瓦斯涌出量计算 Qcf=100 qcg kcg (2) 式中： qcg采煤工作面回风巷风流中平均绝对瓦斯涌出量，m3/min。抽放矿井的瓦斯涌出量，应扣除瓦斯抽放量进行计算；
11、kcg采煤工作面瓦斯涌出不均匀的备用风量系数,正常生产时连续观测1 个月，日最大绝对瓦斯涌出量和月平均日绝对瓦斯涌出量的比值； 100按采煤工作面回风流中瓦斯的浓度不应超过1的换算系数。3、按照二氧化碳涌出量计算 Qcf=67qcckcc (4) 式中： qcc采煤工作面回风巷风流中平均绝对二氧化碳涌出量，m3/min； kcc采煤工作面二氧化碳涌出不均匀的备用风量系数，正常生产时连续观测1 个月，日最大绝对二氧化碳涌出量和月平均日绝对二氧化碳涌出量的比值； 67按采煤工作面回风流中二氧化碳的浓度不应超过1.5的换算系数。4、按炸药量计算 a) 一级煤矿许用炸药 Qcf25Acf (5) b)
12、 二、三级煤矿许用炸药 Qcf10Acf (6) 式中： Acf采煤工作面一次爆破所用的最大炸药量，kg； 25每千克一级煤矿许用炸药需风量，m3/min； 10每千克二、三级煤矿许用炸药需风量，m3/min。5、按工作人员数量验算 Qcf4Ncf (7) 式中： Ncf采煤工作面同时工作的最多人数，人； 4每人需风量，m3/min。6、按风速进行验算 Qcf600.25Scb (8) Scb=lcbhcf70% (9) b) 验算最大风量 Qcf604.0Scs (10) Scs=lcshcf70% (11) c) 综合机械化采煤工作面，在采取煤层注水和采煤机喷雾降尘等措施后，验算最大风量
13、Qcf605.0Scs (12) 式中： Scb采煤工作面最大控顶有效断面积，m2； lcb采煤工作面最大控顶距, m； hcf采煤工作面实际采高, m； Scs采煤工作面最小控顶有效断面积，m2； lcs采煤工作面最小控顶距, m； 0.25采煤工作面允许的最小风速，m/s； 70%有效通风断面系数； 4.0采煤工作面允许的最大风速，m/s； 5.0采煤工作面允许的最大风速，m/s。(二)掘进工作面实际需要风量的计算1、按照瓦斯涌出量计算 Qhf=100qhgkhg (16) 式中: qhg掘进工作面回风流中平均绝对瓦斯涌出量， m3/min。抽放矿井的瓦斯涌出量，应扣除瓦斯抽放量进行计算；
14、 khg掘进工作面瓦斯涌出不均匀的备用风量系数,正常生产条件下，连续观测1 个月，日最大绝对瓦斯出量与月平均日绝对瓦斯涌出量的比值； 100按掘进工作面回风流中瓦斯的浓度不应超过1的换算系数。2、按照二氧化碳涌出量计算 Qhf=67qhckhc (17) 式中: qhc掘进工作面回风流中平均绝对二氧化碳涌出量，m3/min； khc掘进工作面二氧化碳涌出不均匀的备用风量系数，正常生产条件下，连续观测1 个月，日最大绝对二氧化碳出量与月平均日绝对二氧化碳涌出量的比值； 67按掘进工作面回风流中二氧化碳的浓度不应超过1.5的换算系数。3、按炸药量计算 a) 一级煤矿许用炸药 Qhf25Ahf (1
15、8) b) 二、三级煤矿许用炸药 Qhf10Ahf (19) 式中： Ahf掘进工作面一次爆破所用的最大炸药量，kg。 按上述条件计算的最大值，确定局部通风机吸风量。4、按局部通风机实际吸风量计算 a) 无瓦斯涌出的岩巷 Qhf=QafI +600.15Shd (20) b) 有瓦斯涌出的岩巷，半煤岩巷和煤巷 Qhf=QafI +600.25Shd(21) 式中： Qaf局部通风机实际吸风量，m3/min； I掘进工作面同时通风的局部通风机台数； 0.15无瓦斯涌出岩巷的允许最低风速； 0.25有瓦斯涌出的岩巷，半煤岩巷和煤巷允许的最低风速； Shd局部通风机安装地点到回风口间的巷道最大断面积
16、，m2。5、按工作人员数量验算 Qaf4Nhf (22) 式中： Nhf掘进工作面同时工作的最多人数，人。6、按风速进行验算 a) 验算最小风量 无瓦斯涌出的岩巷： Qaf600.15Shf (23) 有瓦斯涌出的岩巷，半煤岩巷和煤巷 Qaf 600.25Shf (24) b ) 验算最大风量 Qaf604.0Shf (25) 式中： Shf掘进工作面巷道的净断面积，m2。(三)硐室需要风量计算1、爆破材料库需要风量计算 Qem=4V/60 (26) 式中： Qem井下爆炸材料库需要风量，m3/min； V井下爆炸材料库的体积，m3; 4井下爆炸材料库内空气每小时更换次数。 但大型爆破材料库不
17、应小于100 m3/min，中、小型爆破材料库不应小于60 m3/min2、充电硐室需要风量计算 Qer=200qhy (27) 式中： Qer充电硐室需要风量，m3/min； qhy充电硐室在充电时产生的氢气量，m3/min； 200-按其回风流中氢气浓度不大于0.5%的换算系数。 但充电硐室的供风量不应小于100 m3/min。/33、机电硐室需要风量计算 式中： Qmr 机电硐室的需要风量，m3/min； W 机电硐室中运转的电动机（或变压器）总功率（按全年中最大值计算），kW；q 机电硐室发热系数，数值见表4； 空气密度，一般取r =1.20kg/m3； Cp 空气的定压比热,一般可取
18、Cp =1.0006KJ/(kgK)； t机电硐室的进、回风流的温度差，K。表4 机电硐室发热系数（）表机电硐室名称发热系数空气压缩机房0.20 0.23水泵房0.01 0.03变电所、绞车房0.02 0.04 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；采区小型机电硐室，按经验值确定需要风量或取6080m3/min；选取硐室风量，应保证机电硐室温度不超过30，其他硐室温度不超过26。(四)其他用风巷道实际需要风量计算 其他用风巷道的需要风量，应根据瓦斯涌出量和风速分别进行计算，采用其最大值。 5.1.5.2 按瓦斯涌出量计算 Qrl=133qrgkrg (29) 式中： qrg其
19、他用风巷道平均绝对瓦斯涌出量，m3/min； krg其他用风巷道瓦斯涌出不均匀的备用风量系数，取1.2 1.3； 133其他用风巷道中风流瓦斯浓度不超过0.75%所换算的常数。(五)按风速验算 a) 一般巷道 Qrc600.15Src (30) b) 架线电机车巷道 有瓦斯涌出的架线电机车巷道 Qre601.0Sre (31) 无瓦斯涌出的架线电机车巷道 Qree600.5Sre (32) 式中： Qrc一般用风巷道实际需要风量，m3/min； Src一般用风巷道净断面积，m2； Qre架线电机车用风巷道实际需要风量，m3/min； Sre架线电机车用风巷道净断面积， m2 ； 0.15一般巷
20、道允许的最低风速，m/s； 1.0有瓦斯涌出的架线电机车巷道允许的最低风速，m/s； 0.5无瓦斯涌出的架线电机车巷道允许的最低风速，m/s。三、通风设备选型 为使通风机运转稳定，保证通风机的工况点处于一个合理的工作范围之内，对任何通风机都有如下规定：1.实际风压不能超过最大风压的0.9倍；2.通风机动轮的转数不能超过它的额定转数；3.主通风机的静压效率不应低于0.6。1、计算通风机的风量Q通考虑到外部漏风（即井口防爆门及主要通风机附近的反风门等处的漏风），主要通风机风量可用下式计算：m3/s （ 9-25）式中 Q矿矿井总风量，m3/s ；k漏风损失系数。风井无提升任务时取1.1；箕斗井兼作
21、回风井时取1.15；回风井兼做升降人员时取1.2。 2、计算通风机的风压H全（或H静）通风机全压H全和矿井自然风压H自共同作用，克服矿井通风系统的总阻力h阻、风硐阻力h硐以及扩散器出口动能损失h扩。当自然风压与通风机风压同向时取“-”；反之取“+”。即：，pa （9-26）风硐阻力一般不超过100200 Pa。通常离心式风机提供的大多是全压曲线，而轴流式、对旋式通风机提供的大多是静压曲线。因此，对抽出式通风矿井：离心式通风机：容易时期 （ 9-27）困难时期 （9-28）轴流式（或对旋式）通风机： 容易时期 （9-29）困难时期 （9-30）自然风压在容易时期取负值，困难时期取正值，是为了确保
22、所选的通风机在这两个（极端）时期均有能力满足矿井通风要求。对于压入式通风矿井，式（9-27）及（9-28）中的 h扩应改为出风井的出口动压。1、 选择通风机根据计算的矿井通风容易时期通风机的 Q通、 H静小（或 H全小）和困难时期通风机的Q通、H静大（或H全大），在通风机的个体特性图表（参见附录四、五、六）上选择合适的主要通风机。判别是否合适，要看上面两组数据所构成的两个时期的工作点，是否都在通风机个体特性曲线的合理工作范围内。选定以后，即可得出两个时期主要通风机的型号、动轮直径、动轮叶片安装角（指轴流式或对旋式风机）、转速、风压、风量、效率和输入功率等技术系数，并列表整理。2、 选择电动机计
23、算通风机输入功率按通风容易和困难时期，分别计算通风机输入功率N电小、N电大 ， kW （9-31） ， kW （9-32）或 ， kW （9-33）， kW （9-34）式中 、分别为通风机静压效率和全压效率； 、分别为矿井通风容易时期和困难时期通风机的输入功率。选择电动机时，当时，可选一台电动机，其功率为：初期 ， kW （9-35）当时，选两台电动机，其功率分别为：初期 ， kW （9-36）后期按式（9-35）计算。式中 电动机容量备用系数， k电=1.11.2； 电动机效率，电=0.920.94（大型电机取较高值）； 传动效率，电动机与通风机直联时传=1；皮带传动时传=0.95。 电动
24、机功率在400500 kW以上时，宜选用同步电动机。其优点是低负荷运转时，用来改善电网功率因数，使矿井经济用电；缺点是这种电动机的购置和安装费较高。通风网路特性方程()计算矿井通风网路阻力系数公用段 支路 初期 末期 #支路 初期 末期 ()通风网路特性方程 初期 末期 主通风机功率 (1)主风机功率（输出功率） KW单位时间内主通风机对通过风量为Qf的空气所做的功，可分为全压功率Nfot和静压功率Nfos，计算公式为： Nfot hft.Qf/1000， Nfos hfs.Qf/1000 (2)轴功率N （输入功率 ） KW电动机经传动部件输入给主通风机的功率，计算公式为：U线电压，V；I线
25、电流，A；cos功率因数；d电动机效率，；c传动功率，直接传动取1.0，间接传动0.95。主通风机的效率 ftNft/N轴hftQf/(1000 N轴) fsNfs/ N轴hfsQf/(1000 N轴)上式中ft 和fs 分别表示通风机的全压效率和静压效率。 五、概算矿井通风费用(一)吨煤通风电费吨煤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。可用下式计算： ， 元/t （ 9-37）式中 Wo吨煤通风电费，元/t E主要通风机年耗电量， kWh/a；通风容易时期和困难时期共选一台电动机时 ， kWh/a；选两台电动机时 ， kWh/a ；式中 EA局部通风机和
26、辅助通风机的年耗电量 ，kWh/a； D电价 ，元/ kWh ； 变变压器效率，可取0.95； 缆电缆输电效率，取决于电缆长度和每米电缆耗损，在0.900.95内选取。(二)其它吨煤通风费用1、 设备折旧费通风设备折旧费与设备数量、成本及服务年限有关，可用表9-6计算。吨煤通风设备折旧费W1用下式计算：， 元/t （9-38）表9-6 通风成本计算表序号设备名称计算单位数量单位成本总成本服务年限每年的折旧费备注设备费运转及安装费总计基本设资折旧费（G1）大修理折旧费（G2）2、 材料消耗费吨煤通风材料消耗费W2按下式计算：，元/t （9-39）式中 C通风材料消耗总费用（包括各种通风构筑物的材料费、通风机和电动机润滑油料费等），元/a。3、 通风工作人员工资费吨煤通风工作人员工资费用W3按下式计算： ，元/t （9-40）式中 A矿井通风工作人员每年工资总额，元/a。4、 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为W4(元/t)。5、 通风仪表购置费和维修费吨煤通风仪表购置费
