中国矿业大学2011级本科生《矿井通风与安全》课程设计
12 13 14 总回风巷 回风石门 风井 总阻力 /pa 锚喷 锚喷 混凝土 60 92 350 536 50 145 14.8 16.6 0.010 67.02 46.74 4.03 14.8 16.6 0.001 56.31 4.72 3.39 15.7 19.6 0.011 59.67 53.98 3.59 1263.71673
（4）矿井风阻值计算如下：
R=hr/Q2
式中：R——矿井风阻，Ns2/m8；
hr——矿井总阻力，Pa； Q——矿井总风量，m3/s；
根据前一节计算的风量和阻力值，由式4-14可分别计算出矿井在不同时期的风阻值，计算结果见表4-17。
（5）等级孔
等级孔是衡量矿井通风难易程度的数值，可由下式计算：
A=1.19×Q/hr （4-15）
式中：A——等级孔，m2；
等级孔值越大说明通风越容易；值越小，通风越困难。根据表4-17，利用矿井等级孔值判断各个时期的通风难易程度。等级孔计算结果列入表4-18，然后说明矿井在不同时期的通风难易程度。
表4-17 阻力值和等级孔 时期 容易时期 困难时期 矿井通风难易程度 容易 中等 困难 风量 m3/s 50.66 52.86 总阻力 Pa 505.55 752.86 风阻 NS2/m-8 0.1970 0.2694 等积孔 m2 2.68 2.29 难易程度 容易 容易 （4-14）
表4-18 矿井通风难易程度分级 矿井总风阻Rm/NS2/m-8 等积孔A/ m2 <0.355 0.355～1.420 >1.420 >2 1～2 <1
4.6矿井主要风机选型
矿井通风设备的要求
(1)矿井必须装设两套同等能力的主通风设备，其中一套做备用，备用的一套通风机要求在10min内能够启动。
(2)选择通风设备应满足第一水平各个时期工况变化，并使通风设备长期高效率运行，当工况变化较大时，根据矿井分期时间及节能情况，应分期选择电动机。
(3)通风机能力应留有一定的余量，轴流式风机在最大设计负压和风量轮叶运转角度应
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比允许范围小5°；离心式通风机的选型设计转速不宜大于允许最高转速的90％。
(4)进、出风井井口的高差在150m以上，或进、出风井井口标高相同，但井深400m以上时，宜计算矿井的自然风压。
(5)矿井的主通风机房应有两回路直接由变(配)电所馈出的供电线路，线路上不应分接任何负荷。
(6)主通风机要有灵活可靠、合乎要求的反风装置和防爆门，要有规格质量符合要求的风硐和扩散器。分区主要通风机也应符合这个要求。
(7)主通风机和电动机的机座必须坚固耐用，要设置在不受采动影响的稳定地面上。 (8)主要通风机必须安装在地面；装有通风机的井口必须封闭严密，其外部漏风率在无提升时不得超过5%，有提升设备时不得超过15%。
(9)严禁采用局部通风机或风机群作为主要通风机使用。
(10)装有主要通风机的出风井口应安装防爆门，防爆门每6个月检查维修1次。 (11)至少每月检查1次主要通风机。改变通风机转速或叶片角度时，必须经矿技术负责人批准。
(12)新安装的主要通风机投入使用前，必须进行1次通风机性能测定和试运转工作，以后每5年至少进行1次性能测定。
(13)生产矿井主要通风机必须装有反风设施，必须能在10min内改变巷道中的风流方向。当风流方向改变后，主要通风机供给的风量不应小于正常风量的40%。
每季度应至少检查1次反风设施，每年应进行1次反风演习；矿井通风系统有较大变化时，应进行1次反风演习。
(14)严禁主要通风机房兼作他用。主要通风机房内必须安装水柱计、电流表、电压表、轴承温度计等仪表，还必须有直通矿井调度室的电话，并有反风操作系统图、司机岗位责任制和操作规程。主要通风机的运转应由专职司机负责，司机应每小时将通风机运转情况记入运转记录簿内；发现异常，立即报告。
4.6.1 矿井的自然风压
由于风流流过井巷时与岩石发生了热量交换，使得进、回风井内的气温出现差异，回风井里面的空气密度比进风井里的空气密度较小，因而两个井筒底部的空气压力不相等，其压差就是自然风压。矿井自然风压是借助于自然因素而产生的促使空气流动的能量。矿井自然风压的大小，主要取决于进回风侧空气的温度差和矿井的深度，温差越大，矿井越深，自然风压就越大。
1）地表气温的变化
对于山区平硐开拓的矿井，或深部露天转地下的矿井，或井筒开拓的浅矿井，自然风压受地表气温变化的影响较大。对于竖井开拓的深矿井，地温随深度增加而增大，地面空气进入井筒与岩石发生热交换，地表气温的影响比较小，自然风压的大小虽有改变，方向不变。
2）矿井深度
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近似认为自然风压的大小与矿并深度成正比。深1000 m的矿井，“自然通风能”占总通风能量的30％
3）地面大气压
地面大气压变化不大，对自然风压的影响较小 自然风压的计算公式为：
hn?(?1?2z1?2??2?3z2?3??3?4z3?4)g （4-16）
式中：hn——自然风压，Pa；
g——重力加速度，取9.8 m/s2；
z1?2z2?3z3?4——分别为图中1、2、3点之间的高差，m；
?1?2?2?3?3?4——分别为图中1、2、3点之间的平均空气密度，kg/m3；
矿井进风井的风流参数因季节的不同而不同，所以分夏季和冬季两个差别较大的时期。空气平均重率r2、r1参数见表4-19；
表4-19空气平均重率（kg/m ） 季节 地点 冬季 夏季 进风井口1 -394井底车场2 1.23 1.18 1.28 1.24 -120风井底3 1.24 1.22 -120风井4 1.22 1.18 3
冬季：
hn=9.8×[（1.23+1.28）/2×（25+394）-（1.28+1.24）/2×（394-120）-(1.24+1.22）
/2×（25+120）] =22.10pa 夏季： hn=9.8×[（1.18+1.24）/2×（25+394）-（1.24+1.22）/2×（394-120）- (1.22+1.18）
/2×（25+120）] = -39.5pa
通过以上计算，自然风压在冬季为正，夏季为负，说明冬季自然风压帮助通风，夏季自然风压阻碍主要通风机通风。
4.6.2通风机选型及技术验证
矿井通风的主要动力是通风机，通风机是矿井的“肺脏”，其昼夜不停运转，能耗很大，所以合理选择通风机不仅关系到矿井安全生产和职工身体健康，而且对矿井的主要技术经济指标也有一定的影响。
通风机选型的依据是根据计算出的总风量Q，容易时期最小阻力Hrmin和困难时期最大阻力Hrmax。它包括通风机和电动机的选择及通风机附属装置的设计。
1）选择通风机的基本原则
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所用的通风机除应具有安全可靠、技术先进、经济指标好等优点外，还应符合下列要求： （1）选择通风机一般应满足第一水平各个时期的阻力变化要求，并适当照顾下一水平通风机的需要。当阻力变化较大时，可考虑分期选择电动机，但初装电机的使用年限不宜小于10 a；
（2）留有一定的余量，轴流式通风机在最大设计风量和风压时，叶片安装角度一般比最大允许使用值小5°，离心式通风机的转数一般不大于允许值的90%；
（3）通风机的服务年限内，其矿井最大和最小阻力的工作点均应在合理工作范围内； （4）考虑风量调节时，应尽量避免采用风硐闸门调节。 2）确定主要通风机工作风压
选择通风机选型的依据是风量和风压，此外，为了使所选的主要通风机在通风容易时期的工作效率不致太低，选择主要通风机要考虑自然风压的影响。
（1）通风容易时期，自然风压有利于通风机工作，主要通风机静风压：
hfSmin=hrmin-hn冬
（4-17）
式中： hrmin——表示通风容易时期矿井通风总阻力，Pa； hn冬——表示容易时期帮助通风的自然风压，hn冬=107.7Pa； 则： hfSmin=505.55-107.7=397.85 pa 。
（2）通风困难时期，考虑自然风压反对主要通风机通风，主要通风机静风压：
hfSmax=Hrmax-hn夏 （4-18）
式中：hrmax——表示通风困难时期矿井通风总阻力，Pa；
hn夏——表示困难时期阻碍通风的自然风压，hn夏=-3.92 Pa；
则： hfSmax=752.86-(-3.92)=756.78 Pa 。
3）主要通风机的工作风量Qf
对于抽出式通风方式，主要通风机的工作风量为：
Qf=K×Q （4-19）
式中：Qf——实际风量，m3/s；
Q——风井总风量，m3/s；
K——抽出式矿井通风外部漏风系数,取K=1.05； 通风容易时期：
Qfmin=1.05×50.66=53.19（m3/s） 通风困难时期：
Qfmax=1.05×52.86=55.5（m3/s）
主要通风机在两个时期分别应满足的风量、风压列入表4-20中。
表4-20 主要通风机工作参数一览表 容易时期 困难时期 风量m3/s 53.19 风压Pa 397.85 风量m3/s 55.5 风压Pa 756.78 项目 范各庄矿南翼 4）主要通风机工况点的确定
Rf=hfs/Qf2 （4-20）
式中：Rf——通风机容易、困难时期工作风阻，Ns2/m-8；
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hfs——通风机静压，Pa； Qf——通风机工作风量,m3/S； 通风容易时期：
Rf=hfs/Qf2=397.85/53.192=0.1406（Ns2/m8）
-
通风困难时期：
Rf=hfs/Qf2=756.78 /55.52=0.2457（Ns2/m8）
-
5）主要通风机选型
根据表4-20所列出的矿井需风压、风量，结合当前技术经济条件，在供选择的通风机特征曲线图上粗绘通风机工作风阻曲线，范各庄矿主要通风机选择62A14-11No24型。
在62A14-11No24型风机装置性能曲线上精确绘制通风机的工作风阻曲线，见图4-13。62A14-11No24型轴流式主要通风机性能参数如表4-21。
表4-21 主要通风机性能参数
型号 62A14- 11NO24 时期 容易时期 困难时期 叶片安装角° 25° 35° 转速 r/min-1 500 500 风压 Pa 473 791 风量 m3/s 55.50 56.10 效率 输入功率 KW 78% 95% 33.9 56.4
Nfi(kw)
62A14-11风机装置性能曲线No24型 n=750r/min 叶片数1640030020010003015603Q (m /s)f209014523545403525301201501802000hfs (Pa)200403530160201512025450.95 Hmax16001477.46B'0.7B81289.620.800.750.70ysthfs (mmH2O)800690.51641.780AA'0.74402515203030
00603Q (m /s)f 40 4535
设计风量60=0.50.88359.66890工作风量57.976.66120150180图4-13通风机性能曲线
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