矿井压风设备的选型计算

韩成寿

（1.太原理工大学 矿业工程学院，山西 太原 030024；2.山西省阳泉市南庄煤炭集团有限责任公司，山西 阳泉 045000）

矿井压风设备的选型计算

韩成寿1，2

（1.太原理工大学 矿业工程学院，山西 太原 030024；2.山西省阳泉市南庄煤炭集团有限责任公司，山西 阳泉 045000）

介绍了矿井压风设备的选型过程，应该参照矿山的具体数据，结合《煤矿安全规程》、《煤矿设计规范》的各项规定，参考《矿山固定机械手册》、《流体机械》推荐算式精确计算，最后确定空压机选型。

矿井；空压机；选型

1 概述

煤矿中，压缩空气作为动力源，是因为它有下列广泛应用特点：空气有很好的可压缩性和弹性，适宜作功能传递中的介质，输送方便，不凝结，对人体无害，没有起火危险，而且空气到处都有。使用压缩空气的风动工具，虽然效率低，但在煤矿的特殊条件下，具有独特优点：1）安全性好，不会产生火花，这对有沼气的矿井井下作业特别重要。2）在湿度大、气温高、灰尘多的环境中，能很好地操作并无触电危险。3）过载能力强，适合冲击性和负荷变化很大的工作。

选择矿山压缩空气设备的原则是：必须能够保证在整个矿井服务期间内，在用风量最多、输气距离最远的情况下，供给足够数量和压力的压缩空气；设计中要充分考虑设备使用的效能和运转的经济性，而且要初期投资小，操作维修方便。空压机形式的选择和台数的确定，是依据矿井所需空气量及供气压力。由于一般矿井生产年限较长，考虑空压机的使用年限，没有必要按矿井生产末期采掘需风量作为设计依据（服务年限较短的矿井除外）。通常可用矿井生产达到设计产量时需要的风量和压力来设计，并适当考虑后期机站扩建的场所。

2 矿井压风设备选型

2.1 矿井压风设备选型的依据

本矿年生产能力300万t，开采第一水平达到设计产量时，有8个岩巷掘进工作面，其中开拓2个头（N1、N8）准备 6 个头（N2-N7）集中巷，采用喷射混凝土支护，各个掘进工作面使用风动工具的型号和数量，见图1，井口标高+15m。

2.2 矿山压气设备的选型

1）计算矿井所需供气量

计算之前，先要统计每班风动工具同时使用的台数，由于同一工作面中风镐和凿岩机不能同时开动，故在选型设计中只统计凿岩机工作台数；又注意到一个支管中，开动喷射机会时影响风动工具正常工作，因此井下各工作面使用压风情况示于图1，图中（N2-N7）巷道的掘进和锚喷机应错开进行，所以，每班同时工作风动机具的台数列于表1。

表1 每班同时工作风动机具台数反系数表

矿井所需总供气量：Q=α1α2γΣin=1miqikim3/min.式中：α1为沿管道全长的漏风系数；α2为由于风动工具的磨损耗气量增加系数；γ为海拔高度修正系数；mi为同型号风动工具同时使用台数；qi为每台风动工具耗气量；ki为同型号风动工具同时使用系数。

分析：因输气管道已超过2 km，故α1=1.2；α2取较大值；因机站所处海拔高度很小，取γ=1；根据文献可查得18台TY—30型凿岩机耗气量为58.3 m3/min。由上算式可得：

1台HP2-5型喷锚机耗气量为：1.2×1.15×1×1×6×1=8.28 m3/min。36台G-7风镐耗气量为：1.2×1.15×1×36×0.7×1=34.78 m3/min。因此，矿井所需总耗气量为：Q=58.3+34.78+8.28=101.36 m3/min。

图1 井下各工作面使用压风情况图

2）计算空压机必须的出口压力

式中：Pw为风动工具的额定工作压力，MPa；Σ0为输气管路各部分压力损失之和，MPa。

查文献得Pw=0.49MPa。该矿第一水平服务年限内的最远管路是自空压站至N8工作面，于是全长：

取γ=40kPa/km，则有：

所以P=0.49+0.16+0.1=0.66MPa.

3）选择空压机型式和台数

依据P和Q的计算值，遵循设计规范的规定，可得几种：一是选取5L—40/8型空压机4台，其中一台备用；另一是选取L8—60/8型空压机3台，其中一台备用。现按第一方案计算。5L—40/8型空压机的参数如表2所示。

表2 5L--40/8型空压机参数表

4）选择各段管道直径：依风动机，求得通过各管段的空气量，确定各管段的直径、管长，管径可查压缩空气管径选择表见表3，选出标准钢管直径。根据煤矿设计手册说明，选干管管径时，应以矿井服务年限内最远采区工作面到空压机站的距离来考虑；而选支管时，可按达到设计产量时该采区最远工作面到空压机站的距离来考虑。

表3 各管段参数表

5）校验空压机的排气压力

管路直径确定之后，就可计算管路压力损失值，然后校验空压机排气压力是否能满足要求。各管路的压力损失按公式计算：

式中：Li为表示某管路的长度，m；di为管径，m。现将各段管道的长度、通过空气量、选定的内径，分别代入算式，得到各段压力损失值，由表3，查出空压机站至N6面这一路管道好空气压力损失最大，将是：ΣΔPmax=10.65+24.55+24.30+12.12=71.62kPa。需要空压机出口最小压力为：

所选5L—40/8型空压机的额定排气压力P=784＞661.62kPa，故满足要求。

6）空压机年电耗

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为空压机符合系数，k=1.27；Z为空压机同时工作台数；Nk为空压机轴功率，kW；t为空压机每天工作小时数；d为空压机年工作天数；ηc为传动效率，ηc=1；ηd为电动机效率，ηd=0.92。

据上计算，以及各种风压机初期投资量，选方案一。

3 结束语

总之，参照矿山的具体数据，结合《煤矿安全规程》、《煤矿设计规范》的各项规定，参考《矿山固定机械手册》、《流体机械》推荐算式精确计算，最后确定空压机选型。

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

编辑：刘新光

2010-07-30

韩成寿（1974—），男，山西阳泉人，在读工程硕士研究生，助理工程师，从事煤矿生产技术管理工作。