在煤矿安全生产中,通风计算是确定通风系统参数和风机规格的基础工作。无论是在新矿设计、扩建改造,还是在现有矿井的通风系统优化中,都离不开对风量、阻力、压力和选型计算的系统分析。很多通风技术人员在查阅资料时,会搜索“煤矿通风计算与要求(风量 / 阻力 / 压力 / 选型计算)”,下面对这些关键问题进行分步说明。
一、煤矿通风风量计算的基本思路
煤矿通风风量计算通常从以下几个方面入手:
- 按稀释瓦斯和有害气体确定风量:根据瓦斯涌出量、容许浓度和安全系数,计算所需风量,使掘进工作面和采煤工作面的瓦斯浓度保持在规定限值以下。
- 按稀释粉尘确定风量:对采煤工作面、转载点等粉尘浓度高的地点,根据粉尘产生量和允许浓度计算所需通风量。
- 按采掘作业人数和设备散热确定风量:确保作业区域的温度、湿度和空气成分符合劳动保护要求。
- 按多种因素计算并取最大值:综合瓦斯、粉尘、人员、设备等因素进行多种计算,取较大值作为设计风量,再乘以一定安全系数。
二、通风阻力计算与沿程阻力、局部阻力
风流在井巷和设备中流动时会产生压力损失,通称通风阻力,主要包括沿程阻力和局部阻力:
- 沿程阻力:风流在巷道等长距离空间中流动时,由于壁面摩擦产生的压力损失。通常与巷道长度、断面形状、风速以及壁面粗糙程度有关。
- 局部阻力:风流通过弯头、收缩段、扩散段、风门、风窗、调节阀等装置时产生的附加阻力,与局部构件的形状、开度和流速有关。
- 通风网络计算:将矿井复杂的通风系统抽象为管网,利用通风网络理论,对各分支阻力进行计算和平衡,最终确定主进风巷和回风巷的总阻力。
通过通风阻力的精确计算,可以为主通风机和局部通风机的压力选择提供依据,避免风机压头过低导致风量不足,或压头过高造成能源浪费。
三、通风压力与风机全压的关系
在通风系统中,为克服总阻力并形成足够风量,风机需要提供相应的全压:
- 风机全压大致应当等于或略大于通风网络计算得到的总阻力;
- 设计中通常考虑一定的余压系数,以适应巷道壁面恶化、风门增加、设备老化等导致的阻力增长;
- 对于需要反风的主通风机,还应考虑反风工况下的压力和风量要求。
因此,通风压力计算与风机全压选取是紧密联系的,必须在通风网络计算和安全系数设置的基础上综合确定。
四、煤矿通风机选型计算的步骤
在完成风量、阻力和压力的计算后,可按以下步骤进行通风机选型计算:
- 确定目标工况点
以通风计算结果为基础,确定主通风机和局部通风机所需的设计风量 Q 和全压 P,并考虑未来扩能和阻力变化的余量。 - 查阅风机性能曲线和参数表
在风机厂家提供的性能曲线和参数表中,寻找能够覆盖目标工况点的机型和叶片角度,重点关注高效率区域的工况点。 - 校核电机功率和运行点
计算风机在设计工况下的轴功率,并选择合适功率等级的电机,确保在大负荷和反风工况下电机仍有安全裕度。 - 考虑噪声、振动和安装条件
对井口或风机房的噪声要求较高的场合,应优先选择噪声控制效果好的机型,并配置消声器和减振装置。 - 进行多方案比较
对不同机型和运行方式(单级、对旋、多机并联或串联)进行经济技术比较,从能耗、投资和维护便利性等多方面进行综合评估。
五、通风计算与选型过程中的注意事项
在实际工程中,为保证通风系统的安全性和经济性,还应注意:
- 通风计算应由具备经验的通风工程师根据规范和现场条件进行,不宜简单套用经验公式;
- 在选型阶段要充分与风机厂家沟通,提供详细的通风网络资料和工况说明,避免因信息不完整导致选型偏差;
- 对于瓦斯矿井和高瓦斯矿井,必须遵守相关安全规程,确保风机具有足够的反风能力和备机配置;
- 通风系统投入运行后,应定期进行风量、风压和气体浓度测试,对比原始通风计算结果,必要时调整风机运行参数或补充局部通风设施。
总体来说,“煤矿通风计算与要求(风量 / 阻力 / 压力 / 选型计算)”是一套完整的工程技术流程,从通风需求分析到通风机选型,每一步都需要遵循规范和科学方法。通过规范的通风计算和合理的选型计算,可以为煤矿构建安全可靠、节能高效的通风系统。