金属非金属地下矿山风量计算和风机选型

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系统风量是选择主扇的重要参数之一，所以，总风量的计算在通风系统设计中是一个较为核心的内容。系统风量计算一般要分别对回采工作面、备采工作面、掘进工作面、硐室的通风量分别给予考虑。

（一）矿井的总进风量

应按下列3种方法分别计算，并应取其中最大值。（依据GB50830-2013《冶金矿山采矿设计规范》8.8.4）

1）按各采掘工作面、需独立通风的硐室与其他通风量以及矿井漏风量的总和计算，计算公式如下：

式中：——矿井总进风量（m³/s）；

——回采工作面（包括备用采场）所需风量（m³/s）；

——掘进工作面所需风量（m³/s）；

——独立通风的硐室所需风量（m³/s）；

——其他工作面所需风量（m³/s）；

——外部漏风系数；

——内部漏风系数。

备注：

(1)回采工作面可按排尘风量、排尘风速、排除炮烟以及排除柴油设备废气，分别计算所需风量，并取最大值为回采工作面需风量。

(2)掘进工作面实际需要的风量，应根据排除炮烟和矿尘分别计算。

(3)独立通风的硐室实际需要的风量，应根据不同类型硐室分别计算。机电设备散热量大的硐室，应按机电设备运转的发热量计算。充电硐室应按回风流中氢气浓度小于0.5%计算。其他硐室可按经验值配风。（依据GB50830-2013《冶金矿山采矿设计规范》8.8.4）

(4)按排尘风速计算，硐室型采场最低风速应不小于0.15m／s，巷道型采场和掘进巷道应不小于0.25m／s；电耙道和二次破碎巷道应不小于0.5m／s；箕斗硐室、破碎硐室等作业地点，可根据具体条件，在保证作业地点空气中有害物质的接触限值符合GBZ2规定的前提下，分别采用计算风量的排尘风速。（依据GBl6423—2006《金属非金属矿山安全规程》6.4.1.5）

(5)对于采矿方法为浅孔留矿法，采场为巷道型采场，回采工作面的排除炮烟风量计算公式：

式中：——巷道型回采工作面风量（m³/s）；

A——一次爆破的炸药消耗量（kg）；

L——采场长度之半（m）；

S——回采工作面横断面面积（m²）；

t——通风时间（一般取20～40min）。

对于中深孔爆破的回采工作面的排除炮烟风量计算：

式中：——中深孔爆破的回采工作面风量（m³/s）；

t——通风时间（一般取120～240min）；

A——一次爆破的炸药消耗量（kg）；

i——炮烟涌出系数（m）；

V——充满炮烟的巷道容积，（m³），V=V₁+iAb_a；

V₁——排风侧巷道容积，（m³）；

b_a——1kg炸药所产生的全部气体量，大致等于0.9m³/kg。（依据采矿手册第六卷33.7矿井通风设计）

(6)掘进工作面需风量计算

风筒出口到工作面的距离小于风量有效射程L_e时，风筒出口的有效射程按L_e=（4～5）进行计算。压入式通风排除炮烟风量计算如下：（依据采矿手册第六卷33.6.2局部通风设计）

式中：—压入式通风风量（m³/s）；

t——通风时间（s）；

A——一次爆破的炸药消耗量（kg）；

L_a——独头巷道长度（m）；

S——巷道断面面积（m²）。

(7)对于新建矿山的内、外部漏风系数宜按下表选取。内外部漏风系数之积不应小于1.2。

2）按井下同时工作最多人数计算，所需总风量不应少于每人4m³/min。

3）有柴油设备运行的矿井，按同时作业机台数每千瓦供风量4m³/min计算。

（二）矿井总风量分配的基本原则

1）按照所计算的回采、备用、掘进工作面、各种硐室和其他工作面需风量分配。

2）井下炸药库、充电硐室、破碎硐室、柴油设备维修硐室和主溜井的回风流应直接引入总回风道中，其他硐室的回风可重新使用。采掘工作面和其他工作面一般均不应串联通风。（依据采矿工程师手册13.2.5.2）

3）各用风点、井巷的风速必须符合《金属非金属矿山安全规程》关于最大和最小风速的规定。所有需风点和有风流通过的井巷，平均最高风速不应超过下表的规定。（依据GB16423-2006《金属非金属矿山安全规程》6.4.2.1）

（三）通风阻力计算

矿井通风总阻力是指风流由进风井口到主要通风机风硐（抽出式）或者由主要通风机风硐到排风井口（压入式），沿某风路流动途中所产生的摩擦阻力和局部阻力总和。通常是选择通风系统中线路最长阻力最大和通过风量最大的路线，作为最大阻力路线。对于一个矿井还要考虑其通风最容易和最困难时期，所谓通风容易时期（通常在达产初期）就是矿井通风系统总阻力最小的时期，通风困难时期（通常在生产后期）就是通风系统总阻力最大时期，要求矿井通风最容易和最困难时期都在主要通风机服务年限之内。

首先按如下公式，分段计算巷道的摩擦阻力。

式中：h_f——分段计算的摩擦阻力，Pa；

——井巷摩擦阻力系数，Ns²/m⁴；

P——巷道净断面之周长，m；

L——该段巷道长度，m；

S——巷道净断面积，m²。

各段计算结果列于阻力计算表，各段巷道摩擦阻力之和，即为矿井摩擦阻力h_f，矿井的局部阻力一般按摩擦阻力的0.2倍计算。故有全矿井总阻力h_m：h_m=1.2h_f，Pa。

最后分别计算出容易时期和困难时期的通风总阻力。（依据采矿手册第六卷33.7.4全矿通风阻力计算）。

（四）矿井通风设备选型

根据前面计算，用风机的个体特性曲线来选择主要通风机，要先确定通风容易和通风困难两个时期主要通风机运转时的工况点。

1）主要通风机的风量

Q_f=ΦQ

式中：Q_f——主要通风机供风量，m³/s；

Q——矿井要求的总风量，m³/s；

Φ——主要通风机的风量备用系数，一般取1.1。

2）主要通风机的全压H_t

主要通风机产生的全压不仅用于克服矿井总阻力h_m，同时还要克服反向的矿井自然风压H_n、通风机装置的通风阻力h_r以及风流流到大气时的出口动压损失h_v，故主要通风机的全压为：

H_t=h_m+H_n+h_r+h_v

式中：h_m——矿井总阻力，P_a；

H_n——自然风压，P_a；

h_r——通风机装置阻力之和（包括通风机、风硐和扩散器的阻力）。一般设计中取150～200P_a；

h_v——风流流到大气的出口动压损失，P_a。

根据通风容易时期和困难时期所算出的两组Q_f和H_t数据，在主要通风机的个体特性曲线上找出相应的工况点，并且要求这个工况点均能在主要通风机特性曲线的合理工作范围内，即效率在60%以上，风压在曲线驼峰点最高风压的90%以下。

根据主要通风机工况点的Q_f和H_t以及在通风机特性曲线上查出的相应的效率η_t计算通风机的功率N_f。

式中：N_f——通风机功率，kW。

电动机的功率N_e，可按下式进行计算。

式中：N_e——电动机功率，kW；

k——电动机备用系数，轴流式取1.1～1.2，离心式取1.2～1.3；

η_e——电动机效率，取值0.9～0.95；

H_t、Q_f、η_t——对应于通风困难时期的工况点的风压、风量和效率。

根据计算的电动机功率，可在产品目录上选取合适的电动机。

一般当通风机效率不大，可选用异步电动机；若功率较大，如400～500kW以上时，宜选用同步电动机。（依据采矿手册第六卷33.7.5矿井通风设备选择）。

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