礦井壓風設備的選型計算

韓成壽

（1.太原理工大學 礦業工程學院，山西 太原 030024；2.山西省陽泉市南莊煤炭集團有限責任公司，山西 陽泉 045000）

礦井壓風設備的選型計算

韓成壽1，2

（1.太原理工大學 礦業工程學院，山西 太原 030024；2.山西省陽泉市南莊煤炭集團有限責任公司，山西 陽泉 045000）

介紹了礦井壓風設備的選型過程，應該參照礦山的具體數據，結合《煤礦安全規程》、《煤礦設計規范》的各項規定，參考《礦山固定機械手冊》、《流體機械》推薦算式精確計算，最后確定空壓機選型。

礦井；空壓機；選型

1 概述

煤礦中，壓縮空氣作為動力源，是因為它有下列廣泛應用特點：空氣有很好的可壓縮性和彈性，適宜作功能傳遞中的介質，輸送方便，不凝結，對人體無害，沒有起火危險，而且空氣到處都有。使用壓縮空氣的風動工具，雖然效率低，但在煤礦的特殊條件下，具有獨特優點：1）安全性好，不會產生火花，這對有沼氣的礦井井下作業特別重要。2）在濕度大、氣溫高、灰塵多的環境中，能很好地操作并無觸電危險。3）過載能力強，適合沖擊性和負荷變化很大的工作。

選擇礦山壓縮空氣設備的原則是：必須能夠保證在整個礦井服務期間內，在用風量最多、輸氣距離最遠的情況下，供給足夠數量和壓力的壓縮空氣；設計中要充分考慮設備使用的效能和運轉的經濟性，而且要初期投資小，操作維修方便。空壓機形式的選擇和臺數的確定，是依據礦井所需空氣量及供氣壓力。由于一般礦井生產年限較長，考慮空壓機的使用年限，沒有必要按礦井生產末期采掘需風量作為設計依據（服務年限較短的礦井除外）。通常可用礦井生產達到設計產量時需要的風量和壓力來設計，并適當考慮后期機站擴建的場所。

2 礦井壓風設備選型

2.1 礦井壓風設備選型的依據

本礦年生產能力300萬t，開采第一水平達到設計產量時，有8個巖巷掘進工作面，其中開拓2個頭（N1、N8）準備 6 個頭（N2-N7）集中巷，采用噴射混凝土支護，各個掘進工作面使用風動工具的型號和數量，見圖1，井口標高+15m。

2.2 礦山壓氣設備的選型

1）計算礦井所需供氣量

計算之前，先要統計每班風動工具同時使用的臺數，由于同一工作面中風鎬和鑿巖機不能同時開動，故在選型設計中只統計鑿巖機工作臺數；又注意到一個支管中，開動噴射機會時影響風動工具正常工作，因此井下各工作面使用壓風情況示于圖1，圖中（N2-N7）巷道的掘進和錨噴機應錯開進行，所以，每班同時工作風動機具的臺數列于表1。

表1 每班同時工作風動機具臺數反系數表

礦井所需總供氣量：Q=α1α2γΣin=1miqikim3/min.式中：α1為沿管道全長的漏風系數；α2為由于風動工具的磨損耗氣量增加系數；γ為海拔高度修正系數；mi為同型號風動工具同時使用臺數；qi為每臺風動工具耗氣量；ki為同型號風動工具同時使用系數。

分析：因輸氣管道已超過2 km，故α1=1.2；α2取較大值；因機站所處海拔高度很小，取γ=1；根據文獻可查得18臺TY—30型鑿巖機耗氣量為58.3 m3/min。由上算式可得：

1臺HP2-5型噴錨機耗氣量為：1.2×1.15×1×1×6×1=8.28 m3/min。36臺G-7風鎬耗氣量為：1.2×1.15×1×36×0.7×1=34.78 m3/min。因此，礦井所需總耗氣量為：Q=58.3+34.78+8.28=101.36 m3/min。

圖1 井下各工作面使用壓風情況圖

2）計算空壓機必須的出口壓力

式中：Pw為風動工具的額定工作壓力，MPa；Σ0為輸氣管路各部分壓力損失之和，MPa。

查文獻得Pw=0.49MPa。該礦第一水平服務年限內的最遠管路是自空壓站至N8工作面，于是全長：

取γ=40kPa/km，則有：

所以P=0.49+0.16+0.1=0.66MPa.

3）選擇空壓機型式和臺數

依據P和Q的計算值，遵循設計規范的規定，可得幾種：一是選取5L—40/8型空壓機4臺，其中一臺備用；另一是選取L8—60/8型空壓機3臺，其中一臺備用。現按第一方案計算。5L—40/8型空壓機的參數如表2所示。

表2 5L--40/8型空壓機參數表

4）選擇各段管道直徑：依風動機，求得通過各管段的空氣量，確定各管段的直徑、管長，管徑可查壓縮空氣管徑選擇表見表3，選出標準鋼管直徑。根據煤礦設計手冊說明，選干管管徑時，應以礦井服務年限內最遠采區工作面到空壓機站的距離來考慮；而選支管時，可按達到設計產量時該采區最遠工作面到空壓機站的距離來考慮。

表3 各管段參數表

5）校驗空壓機的排氣壓力

管路直徑確定之后，就可計算管路壓力損失值，然后校驗空壓機排氣壓力是否能滿足要求。各管路的壓力損失按公式計算：

式中：Li為表示某管路的長度，m；di為管徑，m。現將各段管道的長度、通過空氣量、選定的內徑，分別代入算式，得到各段壓力損失值，由表3，查出空壓機站至N6面這一路管道好空氣壓力損失最大，將是：ΣΔPmax=10.65+24.55+24.30+12.12=71.62kPa。需要空壓機出口最小壓力為：

所選5L—40/8型空壓機的額定排氣壓力P=784＞661.62kPa，故滿足要求。

6）空壓機年電耗

方案一：E=（0.8k+0.2）ZNktd/ηcηdηw=3.62×106kW·h.方案二：E=（0.8k+0.2）ZNktd/ηcηdηw=4.7×106kW·h.式中：k為空壓機符合系數，k=1.27；Z為空壓機同時工作臺數；Nk為空壓機軸功率，kW；t為空壓機每天工作小時數；d為空壓機年工作天數；ηc為傳動效率，ηc=1；ηd為電動機效率，ηd=0.92。

據上計算，以及各種風壓機初期投資量，選方案一。

3 結束語

總之，參照礦山的具體數據，結合《煤礦安全規程》、《煤礦設計規范》的各項規定，參考《礦山固定機械手冊》、《流體機械》推薦算式精確計算，最后確定空壓機選型。

Model Selection and Calculation of Air Compression Equipment

HAN Cheng-shou1,2
(1.College of Mining Engineering,Taiyuan University of Technology,Taiyuan Shanxi 030024，China;2.Nanzhuang Coal Co.,Yangquan Shanxi 045000，China)

The paper introduces the model selection of air compression equipment in mines.According to the detailed parameters of a specific mine and all provisions of Mine Safety Rules and Mine Design Code,the final air compressor model is determined after the accurate calculation on the formulas recommended by Mining Fixed Machinery Handbook and Fluid Machinery.

coal;air compressor;model selection

TD443+.5

A

1672-5050（2010）11-0052-03

編輯：劉新光

2010-07-30

韓成壽（1974—），男，山西陽泉人，在讀工程碩士研究生，助理工程師，從事煤礦生產技術管理工作。