煤矿需要风量计算

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2 -煤矿需要风量计算

矿井具有完整独立的通风、防尘、防灭火系统及安全监测系统，通风系统合理、通风设施齐全等。具备AQ1056-2008《煤矿通风能力核定标准》规定的核定通风系统能力的必备条件。

根据AQ1056-2008《煤矿通风能力核定标准》，采用方法二由里向外核算法进行核算。

目前，该矿主要用风地点有：

2个采煤工作面（21091工作面、11040准备工作面）；1个掘进工作面（21071上付巷）；4个独立配风硐室（中央泵房、避难硐室、乳化泵房、21采区泵房）。

2.1 矿井需要风量的计算原则

矿井需要风量的计算原则为：无论矿井或采区的供风量，均按该地区各个实际用风地点，按照风量计算依据，分别计算出各个用风地点的实际最大需风量，从而求出该地区的风量总和，再考虑一定的备用风量系数后，作为该地区的供风量，即由采、掘工作面、硐室和其它用风地点到各个采区最后得出全矿井总风量。

2.2 矿井需要风量计算方法

矿井需要风量按各采掘工作面、硐室及其它用风巷道等用风地点分别进行计算，包括按规定配备的备用工作面需要风量，现有通风系统应保证各用风地点稳定可靠地供风。

Q rs ≥(∑Q cf +∑Q hf +∑Q ur +∑Q sc +∑Q rl ) ×k aq …………… (3-1)

式中：Q rs ——矿井需要风量，m ³/min;

Q cf ——采煤工作面实际需要风量，m ³/min ； Q hf ——掘进工作面实际需要风量，m ³/min；

Q ur ——硐室实际需要风量，m ³/min； Q sc ——备用工作面实际需要风量，m ³/min； Q rl ——其他用风巷道实际需要风量，m ³/min；

k aq ——矿井通风需风系数(抽出式取l.15～1.20。压入式取1.25～

1.30) 。该矿为抽出式通风，取k aq =1.2。

2.3 采煤工作面（包括备用工作面）实际需要风量的计算

每个采煤工作面实际需要风量，应按工作面气象条件、瓦斯涌出量、二氧化碳涌出量、人员和爆破后的有害气体产生量等规定分别进行计算，然后取其中最大值。

（1）按气象条件计算

Qcf =60×70％×v cf ×S cf ×k ch ×k cl ……………………………(3-2)

式中：v cf ——采煤工作面的风速，按采煤工作面进风流的温度，按表

3-1选取；井下测风点温度21091工作面19℃、11040工作面18℃，故均取v cf =1m/s。

S cf ——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；根据采煤工作面作业规程，21091工作面采高平均2.0m ，最大和最小控顶距分别为2.4m 、3.4m ；11040工作面采高平均2.0m ，最大和最小控顶距分别为2.4m 、3.4m 。 所以，

21091工作面：S cf =(2.5+3.6)/2×2.0=6.1(㎡) 。 11040工作面：S cf =(2.5+3.6)/2×2.0=6.1(㎡) 。

k ch ——采煤工作面采高调整系数，具体取值见表3-2；11001工

作面取1.0，13012工作面取1.0。

k cl ——采煤工作面长度调整系数，具体取值见表3-3；11040工

作面长度250m ，取k cl =1.3。21091工作面长度275m ，取

k cl =1.4。

70％——有效通风断面系数； 60——为单位换算产生的系数。 故：

11040工作面：Q cf =60×0.7×1×6.1×1.0×1.3=333.06m³/min； 21091工作面：Q cf =60×0.7×1×6.1×1.0×1.4=358.68m³/min。

表3-1 采煤工作面进风流气温与对应风速

表3-2 k ch —采煤工作面采高调整系数

表3-3 k cl —采煤工作面长度调整系数

（2）按照瓦斯涌出量计算

Qcf =100×q cg ×k cg ………………………………………(3-3) 式中： q cg ——采煤工作面回风巷风流中平均绝对瓦斯涌出量，m 3/min。

进行计算；

k cg ——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。

根据煤矿瓦斯检查日报表，当月21091工作面回风流中最大瓦斯浓度为0.04％，平均瓦斯浓度为0.03％；11040工作面回风流中最大瓦斯浓度为0.04％，平均瓦斯浓度为0.03％；又根据瓦斯检查日报表同时提供的当月的通风系统图，21091工作面回风385m ³/min，11040工作面回风356m ³/min。故

21091工作面：q cg =0.04％×385=0.15m³/min 11041工作面：q cg =0.04％×356=0.14m³/min 采煤工作面瓦斯涌出不均匀的备用风量系数为1.8 所以，

21091工作面：Q cf =100×q cg ×k cg =100×0.15×1.8=27m³/min 11040工作面：Q cf =100×q cg ×k cg =100×0.14×1.8=25.2m³/min （3）按照二氧化碳涌出量计算

Qcf =67×q cc ×k cc …………………………………………(3-4)

式中：q cc ——采煤工作面回风巷风流中平均绝对二氧化碳涌出量，

m 3/min；

k cc ——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。

根据2013年4月份天河煤矿瓦斯检查日报表和通风系统图显示，当月井下测风地点回风流中二氧化碳浓度平均为0.08％，井下作业地点的最大二氧化碳浓度不超过0.1％。因此，二氧化碳涌出不均匀的备用风量系数取1.3。则:

11001工作面：Q cf =67×q cc ×k cc = 67×510×0.1％×1.3 =44.42 m ³/min 13012工作面：Q cf =67×q cc ×k cc = 67×521×0.1％×1.3 =45.38m³/min （4）按炸药量计算 一级煤矿许用炸药

Qcf ≥25A cf ………………………………………………(3-5) 式中：A cf ——采煤工作面一次爆破所用的最大炸药量，kg ；11001工作面取

3.6 kg，13012工作面取3.6kg 。

25——每千克一级煤矿许用炸药需风量， m3/min。 所以:

11001工作面：Q cf =25A=25×3.6=90m³/min 13012工作面：Q cf =25A=25×3.6=90m³/min 综合以上计算，采煤工作面实际需要风量： 11001工作面 Qcf =219.24m³/min≈220m ³/min 13012工作面 Qcf =341.04 m³/min≈350 m³/min （5）按工作人员数量验算

Qcf ≥4N cf …………………………………………………(3-6)

式中：N cf ——采煤工作面同时工作的最多人数，人；依据作业规程，

11001工作面30人，13012工作面30人；

4——每人需风量，m ³/min。

11001工作面：Q cf ≥4N cf =4×30=120m³/min 13012工作面：Q cf ≥4N cf =4×30＝120m 3/min。 综合上述计算结果，

11001工作面：Q cf =510m³/min≥220m ³/min，符合要求。

13012工作面：Q cf =681 m³/min≥350m ³/min，符合要求；所以能够满足要求。

（6）按风速进行验算 a) 验算最小风量

Q cf ≥60×0.25S cb ………………………………………(3-7)

S cb =l cb ×h cf ×70% ………………………………………(3-8)

b) 验算最大风量

Qcf ≤60×4.0S cs ………………………………………(3-9)

S cs =lcs ×h cf ×70% ………………………………………(3-10)

式中：S cb —采煤工作面最大控顶距有效断面积，㎡；

l cb —采煤工作面最大控顶距，m ；两采面均为3.4m ；

h cf —采煤工作面实际采高，m ；11001工作面2.0m ，13012工作

面2.0m ；

S cb —采煤工作面最小控顶距有效断面积，㎡； l cs —采煤工作面最小控顶距，m ；两采面均为2.4 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。

因此，验算最小风量

11001工作面：Q cf ≥60×0.25S cb =60×0.25×3.4×2.0×70%=71.4 m³/min。Q cf =220 m³/min符合要求。

13012工作面：Q cf ≥60×0.25S cb =60×0.25×3.4×2.0×70%=71.4m³/min。Q cf =350 m³/min符合要求。

验算最大风量

11001工作面：Q cf ≤60×4.0S cs =60×4.0×2.4×2.0×70%=806.4m³/min。Q cf =220m³/min符合要求。

13012工作面：Q cf ≤60×4.0S cs =60×4.0×2.4×2.0×70%=806.4m³/min。Q cf =350 m³/min符合要求。

通过以上的风量计算及验算结果，选取最大的风量11001工作面Q cf =220m³/min 、13012工作面Q cf =681m³/min能够满足工作面安全生产需要，工作面环境发生变化时, 通风科要随时调节风量，根据实际瓦斯涌出量和工作面工人工作的最适宜环境随时进行风量调节。

（7）根据2013年4月天河煤矿矿井下测风情况，采煤工作面实际进风量为11001工作面510m ³/min、13012工作面681m ³/min，该风量均满足步骤（6）的要求。

（8）验算风量是否满足回风巷瓦斯浓度不超过1％的要求。 根据上述第（2）步骤，可知：

11001工作面回风巷最大瓦斯浓度为0.08％，回风量510m ³/min ，故回风巷最大绝对瓦斯涌出量为0.0008×805=0.644m³/min 。故回风巷瓦斯浓度不超过1％时的要求最小需风量为0.644/0.01=64.4

13012工作面回风巷最大瓦斯浓度为0.05％，风量681m ³/min ，故回风巷最大绝对瓦斯涌出量为0.0005×681=0.34m³/min 。故回风巷瓦斯浓度不超过1％时的要求最小需风量为0.34/0.01=34

综合上述，生产的采煤工作面实际需要风量 ∑Q cf =220+350=570m³/min。 （9）备用工作面风量取值

备用工作面实际需要风量，应满足瓦斯、二氧化碳、气象条件等规定计算的风量，且最少不应低于采煤工作面实际需要风量的50％。13062准备工作面与13012工作面相邻，煤层赋存条件和开采条件相近，采煤方法相同，故13062准备工作面实际需要风量取13012工作面风量的50％。所以，13062准备工作面Q sc = Q cf ×50％=350×50％= 175m ³/min。

2.4 掘进工作面实际需要风量的计算

每个掘进工作面实际需要风量，应按工作面气象条件、瓦斯涌出量、二氧化碳涌出量、人员和爆破后的有害气体产生量以及局部通风机实际吸风量等规定分别进行计算，然后取其中最大值。

（1）按照瓦斯涌出量计算

Qhf =100×q hg ×k hg ………………………………………(3-11) 式中：q hg ——掘进工作面回风流中平均绝对瓦斯涌出量，m ³／min 。抽

放矿井的瓦斯涌出量，应扣除瓦斯抽放量进行计算。

k hg ——掘进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—按掘进工作面回风流中瓦斯的浓度不应超过1％的换算系数。

根据天河煤矿瓦斯检查日报表， 11032上付巷工作面回风流最大瓦斯浓度为0.05％，平均瓦斯浓度为0.02％；11032下付巷工作面回风流最大瓦斯浓度为0.05％，平均瓦斯浓度为0.03％；15皮带巷工作面回风流最大瓦斯浓度为0.06％，平均瓦斯浓度为0.05％。又根据当月的矿井测风报表和通风系统图，11032上付巷工作面回风180 m³/min，11032下付巷工作面回风190m ³/min，15皮带巷回风联巷上段工作面回风170 m³/min。故

工作面日最大绝对瓦斯涌出量为

11032上付巷：0.05％×180≈0.09m ³/min 11032下付巷：0.05％×190≈0.095m ³/min 15皮带巷：0.06％×192≈0.115m ³/min 日平均绝对瓦斯涌出量为

11032上付巷：0.02％×180≈0.036m ³/min 11032下付巷：0.03％×190≈0.057m ³/min 15皮带巷：0.05％×192≈0.096m ³/min 掘进工作面瓦斯涌出不均匀的备用风量系数 11032上付巷：k hg =0.05/0.02≈2.5 1032下付巷：k hg =0.05/0.03≈1.67 15皮带巷： khg =0.06/0.05≈1.2 所以，掘进工作面需风量

11032上付巷：Q hf =100×q hg ×k hg =100×0.036×2.5= 9 m ³/min 11032下付巷：Q hf =100×q hg ×k hg =100×0.057×1.67=9.52m³/min 15皮带巷：Q hf =100×q hg ×k hg =100×0.096×1.2=11.52m³/min （2）按照二氧化碳涌出量计算

Qhf =67×q hc ×k hc …………………………………………(3-12)

式中：q hc ——掘进工作面回风巷风流中平均绝对二氧化碳涌出量，m ³

／min 。

k hc ——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。

根据天河煤矿瓦斯检查日报表和通风系统图显示，当月井下测风地点回风流中二氧化碳浓度平均为0.9％，井下作业地点的最大二氧化碳浓度不超过0.13％。因此，二氧化碳涌出不均匀的备用风量系数取1.3。故:

掘进工作面日最大绝对二氧化碳涌出量为 11032上付巷：0.13％×180≈0.23m ³/min 11032下付巷：0.1％×190≈0.19m ³/min 15皮带巷：0.08％×192≈0.15m ³/min 日平均绝对二氧化碳涌出量为

11032上付巷：0.1％×180≈0.18m ³/min 11032下付巷：0.09％×190≈0.17m ³/min 15皮带巷：0.06％×192≈0.12m ³/min 二氧化碳涌出不均匀的备用风量系数 11032上付巷：k hh =0.13/0.1≈1.30 11032下付巷：k hh =0.1/0.09≈1.11 15皮带巷：k hh =0.08/0.06≈1.33 所以，掘进工作面实际需要风量

11032上付巷：Q hf =67×q hc ×k hc =67×0.18×1.30≈15.7m ³/min 11032上付巷：Q hf =67×q hc ×k hc =67×0.17×1.11≈12.6m ³/min 15皮带巷：Q hf =67×q hc ×k hc =67×0.12×1.33=10.7m³/min （3）按炸药量计算 一级煤矿许用炸药

Q hf ≥25A hf ………………………………………………(3-13)

式中：A hf ——掘进工作面一次爆破所用的最大炸药量，kg ；11032上付

巷取5.55kg ，11032下付巷和15皮带巷取5.55kg ；

25——每千克一级煤矿许用炸药需风量， m3/min。 所以，掘进工作面需要风量

11032上付巷：Q hf ≥25A hf =25×5.55=138.75 m3/min 11032下付巷：Q hf ≥25A hf =25×5.55=138.75 m3/min 15皮带巷：Q hf ≥25A hf =25×5.55=138.75 m3/min （4）按局部通风机的吸风量计算 a) 无瓦斯涌出的岩巷

Q hf =Qaf ×I +60×0.15S hd …………………(3-14) b) 有瓦斯涌出的岩巷，半煤岩巷和煤巷

Q hf =Qaf ×I +60×0.25S hd …………………………………(3-15)

式中：Q af ——局部通风机实际吸风量， m 3/min；根据当月的矿井测风报表和通风系统图，11032上付巷工作面风量115m ³/min、11032下付巷工作面风量115m ³/min、15皮带巷工作面风量115 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，m2。

所以，掘进工作面需风量

11032上付巷：S hd =6.7㎡，Q af =115×1+60×0.25×6.7=215.5 m ³/min 11032下付巷：S hd =6.7㎡，Q af =115×1+60×0.25×6.7=215.5 m ³/min 15皮带巷：S hd =6.7㎡，Q af =192×1+60×0.25×6.7=215.5m³/min （5）按工作人员数量验算

Qhf ≥4N hf …………………………………………………(3-15)

式中：N hf ——掘进工作面同时工作的最多人数，人；

4——每人需风量，m ³/min

11032上付巷：N hf =12人，Q hf ≥4N hf =4×12=48m³/min 1032下付巷：N hf =12人，Q hf ≥4N hf =4×12=48 m³/min 15皮带巷：N hf =12人，Q hf ≥4N hf =4×12=48 m³/min 按上述计算，掘进工作面风量符合要求。 （6）按风速进行验算 a) 验算最小风量

Q hf ≥60×0.25S hf ………………………………………(3-16)

式中：S hf ——掘进工作面巷道的净断面积，m 2。

故，

11032上付巷：S hf =6.5㎡，Q hf ≥60×0.25×6.5= 97.5m³/min，符合要求。

11032下付巷：S hf =6.5㎡，Q hf ≥60×0.25×6.5=97.5m³/min，符合要求。

15皮带巷：S hf =6.5㎡，Q hf ≥60×0.25×6.5=97.5m³/min，符合要求。

b ) 验算最大风量

Q hf ≤60×4.0S hf ……………………………………………(3-17)

式中：S hf ——掘进工作面巷道的净断面积，m 2。

11032上付巷：S hf =6.5㎡，Q hf ≤60×4.0×6.5= 1560m ³/min，符合要求。

11032下付巷：S hf =6.5㎡，Q hf ≤60×4.0×6.5= 1560m ³/min，符合要求。

15皮带巷：S hf =6.5㎡，Q hf ≤60×4.0×6.5= 1560m³/min，符合要求。

通过以上的风量计算及验算结果，掘进工作面安装风机巷道风量取11032上付巷Q hf =215.5m³/min 、11032下付巷Q hf =215.5m³/min、15皮带巷Q hf =215.5m³/min，能够满足工作面安全生产需要，工作面环境发生变化时, 通风科要随时调节风量，根据实际瓦斯涌出量和工作面工人工作的最适宜环境随时进行风量调节。

综合上述，掘进工作面实际需要风量 ∑Q hf =215.5+215.5+215.5=646.5m³/min。

2.5 硐室实际需要风量的计算

井下硐室需要风量，应按矿井各个独立通风硐室实际需要风量的总和来计算，如下式：

∑Q

硐

=Q 硐1+Q 硐2+Q 硐3+ +Q 硐ri …………………(3-18)

式中：∑Q 硐—所有独立通风硐室需要风量总和，m 3/min；

Q 硐1、Q 硐2、Q 硐3、…、Q 硐n —不同独立供风硐室需要风量，m 3/min。

1.1.1 机电硐室需要风量计算： 矿井共有1处独立通风硐室，变电所。

发热量大的机电硐室，应按照硐室中运行的机电设备发热量进行计算：

Q mr =

3600W θ……………………………………(3-19) ρC P ⨯60∆t

式中：Q mr ——机电硐室的需要风量，m 3/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 ；

θ——机电硐室发热系数，数值见表3-４；

ρ——空气密度，一般取ρ=1.20kg/m；

c p ——空气的定压比热，一般可取c p =1.0006KJ/(kg·K) ；

∆t ——机电硐室的进、回风流的温度差，K 。

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表3-4 机电硐室发热系数（θ）表

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60～80m 3/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℃。

2.6 矿井总需风量的确定

根据式（3-1）提供的计算方法，矿井总风量确定如下： Q rs ≥(∑Q cf +∑Q hf +∑Q ur +∑Q sc +∑Q rl ) ×k aq =(745+646.5+80)×1.18=1471.5m3/min。