矿井通风课程设计第一组.doc

土木与环境工程学院安全工程系课程设计

矿井通风课程设计

专业班级：安全1001班
组员信息: 41016001、41016002、41016003、41016004、41016005、41016006、41016007、41016009、41016010、41016011、41016012、41016013、41016014、41016016
指导老师： 杜翠凤
课题时间：2014年2月23日—2014年3月8日

目   录 

目   录 2
前   言 3
一、矿井基本概况 5
二、拟定矿井通风系统 5
（一）矿井通风设计的内容和原则 5
（二）矿井通风系统宏观构建方案的拟定 8
三、矿井总风量计算与分配 10
（一）计算全矿总风量 10
（二）风量分配 12
四、矿井通风总阻力计算 13
五、自然风压的计算 17
六、风机选择 23

前   言
《矿井通风课程设计》是学完专业课程后进行，是学生理论联系实际的重要实践教学环节，是对学生进行的一次综合性专业设计训练。通过课程设计使学生获得以下几个方面能力，为毕业设计打下基础。 
1．进一步巩固和加深我们所学矿井通风理论知识，培养我们设计计算、工程绘图、计算机应用、文献查阅、运用标准与规范、报告撰写等基本技能。 
2．培养学生实践动手能力及独立分析和解决工程实际的能力。 
3．培养学生创新意识、严肃认真的治学态度和理论联系实际的工作作风。 
依照老师精心设计的题目，按照大纲的要求进行，要求我们在规定的时间内独立完成计算，绘图及编写说明书等全部工作。 
设计中要求严格遵守和认真贯彻《非煤矿山工业设计政策》、《矿山安全规程》、《矿山工业矿井设计规范》以及国家制定的其它有关非煤矿山工业的方针政策，设计力争做到分析论证清楚，论据确凿，并积极采用切实可行的先进技术，力争使自己的设计达到较高水平，但由于本人水平有限，难免有疏漏和错误之处，敬请老师指正。 

一、矿井基本概况
东坪金矿位于河北省崇礼县东坪村。矿区海拔1464m，年平均气温3.64°C，月平均最高气温34.4°C，月平均最低气温－31.3°C。
东坪金矿采用主、副井－辅助斜坡道开拓，主要采用分段空场回采嗣后充填采矿法开采。
东坪金矿采用对角式通风系统通风，主扇设在井下1464m中段，专用进风井（原主井）进风，斜坡道和副井辅助进风，新风进入矿井后，供给主要生产中段1264m、1224m中段工作面用风，污风汇集于回风斜井，通过主扇，从1464m平硐排向地面。
采矿设计规模为1000t/d，采场尺寸：宽10m，高40m，在1224m和1264m各布置4个采场，在1184m布置两个掘进工作面。
二、拟定矿井通风系统
（一）矿井通风设计的内容和原则
1.通风系统设计的内容
矿井通风设计是矿床开采总体设计的一部分。它的主要任务是根据矿床开采要求，基于开拓方案和采矿方法等生产条件，规划设计一个安全可靠、经济合理的矿井通风系统，使通风网路─动力机械─调控设施密切配合，把新风送到井下并分配至每一个工作面，将有毒有害气体与粉尘稀释并排出矿井外，为矿井安全生产提供通风保障。
矿井通风设计是矿床开采总体设计的一部分。它的主要任务是根据矿床开采要求，基于开拓方案和采矿方法等生产条件，规划设计一个安全可靠、经济合理的矿井通风系统，使通风网路─动力机械─调控设施密切配合，把新风送到井下并分配至每一个工作面，将有毒有害气体与粉尘稀释并排出矿井外，为矿井安全生产提供通风保障。
选择矿井通风系统的因素较多，只要抓住起决定作用的主要因素，同时注意其它因素，进行全面分析，就有可能选定比较合理的通风系统。
拟定矿井通风系统应严格遵循安全可靠、投产较快、出煤较多，通风基建费用和经营费用之总和最低以及便于管理的原则。
2.通风系统的设计原则
（1）系统宏观构建规划合理，既有利于通风，又与矿井开采规划、开拓方案相辅相成。
（2）通风方式及压力分布合理，有利于有毒有害气体和粉尘排出与控制。
（3）矿井供风量合理，既有一定余量，又不过大浪费。
（4）通风网路结构合理，能将生产要求的风量送到每一个工作面，并将工作面用过的污风快捷地排除地表；井巷工程量少，通风阻力小，污风不串联。
（5）分风调控简便易行，分风均衡性、稳定性、可靠性好，有害漏风少，有效风量率和风速合格率高。
（6）设备选型合理，安装使用简便，购置费低，运行效率高。
（7）通风构筑物和风流调节设施尽量少。
（8）充分利用一切可用于通风的井巷和通道，使专用通风井巷工程量最小。
（9）通风动力消耗少，通风费用低。
（10）适应生产变化的能力强，现场应用和管理的难度不大，能够管好、用好。

图 1 通风系统构成要素合理性与投资、耗费、效果之间关系
3.拟定通风系统的基本规定
（1）每个通风系统必须构建一条以上与地表联通的进风道、一条以上与地表联通的回风道。同样，每个采区必须构建一条以上与矿井进风部分相连的进风联道、有一条以上与矿井回风部分相连的回风联道。
（2）矿井进风部分不得受矿尘和有毒有害气体污染,风流的含尘浓度不得大于0.5mg/m3，氡浓度应小于3.7kBq/m3,氡子体潜能应小于6.4μJ/m3,超过时应采取降尘、降氡措施。其它有毒有害气体浓度亦不能超过《地下矿通风规范》允许的范围。
（3）产尘量较大的箕斗井和混合井禁止作为进风井，已现已作为通风井的箕斗井或混合井，必须采取净化措施，使风源含尘量达到上述要求。
（4）主要回风井不得作为人行道，排出的污风不得造成公害。
（5）采场、二次破碎巷道应有正向贯穿风流，电耙司机应位于上风侧，避免污风串联。
（6）井下炸药库、油库、充电硐室及破碎硐室等高危硐室必须设有直通矿井回风部分的独立回风道。
（7）不用的井巷及采空区，必须及时封闭。风墙闭、风门、风桥、风窗等通风构筑物，必须严密和完好。
（8）有效风量率、风速合格率应在60％以上。
（9）《地下矿通风规范》要求主扇应有反风装置,并保证发生火灾时在10min内改变风向。可是从金属矿实际来看,火灾的性质与煤矿截然不同，盲目反风可能会扩大火灾的范围和危害，故应具体问题具体分析，慎重处理。
（二）矿井通风系统宏观构建方案的拟定
根据矿井的基本情况，整体通风系统为统一通风。统一通风具有进风井、回风井数量少，投资小，使用的主扇少，便于管理等优点，比较适合于难以增加进、出风井的矿井采用。特别是深矿井，因开拓风井的工程量较大，采用全矿统一通风比较合理。

图 2 通风平面图
1. 分区通风的原理
一个矿井分别建立若干个通风网路、通风动力及调控设施均绝对独立的、风流互不连通的通风系统的格局称为分区通风。即将一个矿井划分成若干个区域，每个分区均独自构建专用的进风、用风和回风井巷，拥有一套专为本分区服务的通风动力与调控设施，使得各分区独立进风、独立回风、独立用风，各分区之间风流互不联通，避免相互干扰。
2. 分区通风的特点
分区通风与统一通风相比，具有以下优点：
（1）网路结构简单，风流易于调节控制，通风效果容易得到保障；
（2）进、出风口增多，风路长度缩短，通风阻力减小，通风电耗随之减少；
（3）风阻减小，风压降低，漏风减少，有效风量增多。
3.矿井进风井与回风井的布置
3.1进、回风井的布置原则
每个通风系统至少要有一个可靠的进风井和一个可靠的回风井。
因为在进风井中输送的是新风,所以进风井既可专门构建,又可利用直通地表的人行运输井巷替代。为了保证进风质量,对于需采用压入式供风控制氡污染的矿井,以及开凿工程量不大矿井来说,最好设置专用进风井。在一般情况下,为节省开拓工程量,大都均以人行运输道或罐笼提升井兼做进风井。由于箕斗在卸矿过程中产生大量粉尘，会造成进风风源污染，故无净化措施时，箕斗井和混合并不宜做进风井。
矿井回风风流中含有大量有毒有害物质，所以回风井一股都是专用的,不能作行人及运输之用。因此,每个矿井都必须设置一个以上的专用回风井。
按照进风井与回风井的相对位置，其布置形式可分为中央式、对角式和混合式三类。三种类型各有优点和缺点，适用条件各不尽相同，故在拟定矿井进风井与回风井的布置方案时，应当通过调查研究，从矿山的具体情况出发来慎重选用。
中央式布置多用于开采层状矿床。金属矿山矿体走向进风井与排风井均布置在井田走向的中央，风流在井下的流动路线呈折返式。
中央式布置的优点是基建费用少，投产快，地面建筑物集中，便于管理，井筒延深方便。缺点是进、回风井比较邻近，两者间压差较大，故进、回风井之间，以及井底车场漏风较大，特别是前进式开采时漏风更为严重；风流线路为折返式，风流路线长，且变化大，这样不仅压差大，而且在整个矿井服务期间，压差变化范围较大。
不太长，要求早期投产，或受地形地质条件限制、两翼不宜开掘风井时，可采用中央式布置进、回风井。
根据矿体埋藏条件和开拓方式的不同，对角式布置有多种不同的型式。如果矿体走向较短，矿量集中，整个开采范围不大，可将进风井布置在矿体一端，排风井在另一端,构成侧翼对角式布置型式, 假若矿体走向较长且规整，采用中央开拓，可将进风井布置在中央，两翼各设一个回风井，构成两翼对角式，对角式布置的优点是风流路线是直向式，路线比较短，长度变化不大，因此不仅压差小，而且在整个矿井服务期间压差变化范围较小，漏风少，污风出口距工业场地较远。缺点是投产慢，地面建筑物不集中，不利于管理。
3.2进、回风井的布置方法
（1）当矿体埋藏较浅且分散时，开凿通达地表的，也是合理的。
（2）要求早期投产的矿井，特别是矿体边界尚未探清的情况下，暂时采用中央式布置，使井下很快构成贯穿风流，有利于早期投产。随着两翼矿体勘探情况的不断进展，再考虑开凿边界风井。
（3）当矿体走向特别长或特别分散，矿井开采范围广，生产能力大，所需风量较多时，采用多井口，多扇风机分散布置的方式，对降低通风阻力，减少漏风十分有益。
（4）主通风井应避免开凿在含水层，受地质破坏或不稳定的岩层中。井筒要在围岩崩落带以井巷工程量较小，而开凿贯通各矿体的通风联络巷道较长，工程量较大时，则可多开几个进，回风井，分散布置，还可降低通风阻力。反之，当矿体埋藏较深且集中，开凿通风井的工程量大，而开凿各矿体间的通风联络巷道工程量较小，就应少开进，回风井，集中通风。在矿井浅部开采时期，由于距地表较近，可分散布置，到深部开采时，再适当集中外，井口应高出历年最高洪水位。进风井周围风质要好，排风井不应对周围环境造成污染。
（5）在生产矿山，可以考虑利用稳固的，无毒害物质涌出的旧巷道或采空区作辅助的进风井或排风井，以减少开凿工程量。
4.矿井通风方式及主扇安装地点的选择
矿井通风方式及井下压力状态，取决于主扇安装地点与工作方式，最典型的通风方式有压入式、抽出式、压抽混合式三种。我们选用的是压入式。
把主扇安装在矿井总进风井巷中，将地表新风压入井下，在压入式工作的主扇作用下，整个通风系统形成高于当地大气压力的“正压状态”。
压入式通风的优点是采用专用进风井压入新风，风流不受污染，风质好；在北方寒冷地区，可使主提升井处于出风状态，温暖的上行漏风对提升井冬季防冻有益。缺点是为止压入的新风从人行、运输、提升等井巷往外漏出，需在这些井巷中安装风门诸漏，风门与人行运输冲突较大管理较难。由于集中进风，进风段阻力大、电耗大、风压高、漏风多。而在用风段和回风段，由于风路多,风流分散,压力梯度较小,易受自然风流时干扰而发生风流反向。
三、矿井总风量计算与分配
（一）计算全矿总风量
1.首先要确定矿井需要用风的地点和数量
需要用风的地点及数量：1264m中段四个采场作业面、1224m4个采场作业面以及1184m两个掘进工作面，另外还有各个硐室也需要通风，但因此通风系统硐室所需风量相对较小，在此处忽略。
2.再计算各用风点的风量
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；
（1）采场作业面所需风量
按排尘风速计算，巷道型采场应不小于0.25m／s；
取最低排尘风速V=0.25 m／s，采场巷道断面积S=宽10×高2=20 m2，则排尘风量 0.25×20=5 m3/s
（2）掘进工作面所需风量
按排尘风速计算，掘进巷道应不小于0.25m／s
取最低排尘风速V=0.25 m／s。
表 1 巷道断面尺寸
测点编号
测点地点
平均宽/b
（m）
壁均高/h
（m）
拱顶均高/h0
（m）
计算面积/S
（m2）
1
主扇出风口
3.938
2.864
0.756
14.35
2
1264m中段进风
2.400
2.180
0.425
637
3
1224m中段进风
2.340
1.955
0.330
5.71
4
1184m中段进风
1.750
2.070
0
3.62
5
1184m中段回风
1.500
1.700
0
2.55
6
1224m中段回风
3.750
3.733
壁高项取顶高的均值
10.25
7
1264m中段回风
3.450
3.267
壁高项取顶高的均值
11.27
8
1390m中段回风
2.140
1.730
壁高项取顶高的均值
3.70
9
斜坡道进风
4.000
2.548
1.153
12.99
10
1344m中段回风
2.300
2.470
壁高项取顶高的均值
5.68
根据表1已知的巷道断面尺寸查表得：
1184m中段进风掘进工作面断面面积为S=3.62 m2，则排尘风量

1184m中段回风掘进工作面断面面积为S=2.55 m2，则排尘风量
Q3=VS=0.25×2.55=0.6375 m3/s
一般情况下，选取排尘风速计算所得的风量最大，因此省去按井下同时工作的最多人数计算，供风量应不少于每人4m3／min和有柴油设备运行的矿井按同时作业机台数 每千瓦每分钟供风量4m3计算。取按排尘风速计算所得的风量来计算总的风量。
3.最后计算全矿总风量Qm
Qm=KΣQcNc + ΣQjNj ）
Qt——全矿所需总风量，m3/s
Qc ——采场工作面需风量，m3/s
Nc——采场工作面的数量，此处1224m、1264m中段各4个，Nc=8
Qj ——掘进工作面需风量，m3/s
Nj ——掘进工作面的数量，1184m布置两个掘进工作面，Nj=2
K——矿井风量备用系数：一般地表没有崩落区的矿井k=1.25~1.40；
地表有崩落区的矿井k=1.35~1.50。此处取K=1.2，则
Qm=K（ΣQcNc + ΣQjNj ）=1.2×(5×8 +0.905+0.6375）=49.851 m3/s
矿井漏风按总回风道集中漏风考虑，各巷道按需分配的风量如图1所示。
图 3 巷道按需分配风量图
（二）风量分配
将计算出的需风点的风量反映到通风网络（系统）图上，使通风系统图上的每一条井、巷都标出相应的风量称矿井风量分配。步骤如下：
（1）画出简化后的通风网络（系统）图；
（2）将各井、巷节点进行编号（右图）；
（3）将计算出的需风点风量汇集于图上；
（4）在通风网路（系统）图上，以4-7等段的需风量风量为基础，按风量应闭合的原则，推算出各进风和回风井、巷的风量（Q1~2、Q2~3、Q3~4、Q12~13），再标于各井、巷段。通风系统简图上的井、巷均标有通过的风量后，即风量分配完成。
根据已知条件及计算得风量分配，1224m中段4个采场的风量分配是相同的，均为5 m3/s，1264m中段4个采场的风量分配是相同的，均为5 m3/s，具体见图1。
四、矿井通风总阻力计算
（1）该矿井共有四条主要通风路线，分别为：第一条：1-2-3-4-5-6-7-8-9，第二条1-2-3—10-11-12-13-8-9，第三条：1-2-3-（1184进风）-8-9，第四条：1-2-3-（1184回风）-8-9。
（2）根据1224m、1264m中段通风平面图及巷道断面尺寸，量取各井、巷的长度，并根据比例尺1:1000转换及表1中的数据，归纳出1-2、2-3、3-4、12-13各井、巷的L、S、P。
l 巷道断面计算公式
三心拱：S=B(0.26B+h2)  圆弧拱：S=B(0.24B+h2) 
半圆拱：S=B (0.39B+h2)  梯形断面：S=( B1+B2) / 2 *h 
l 巷道周长计算公式： 
三心拱：p=2.33B+2 h2   圆弧拱：p=2.27B+2 h2 
半圆拱：p=2.57B+2 h2  梯形断面：S=B1+B2 +( 2 h2/sina) 
以上：B——巷道的净宽度；h——从道渣面起巷道的净高度 ；h2 ——从道渣面起巷道的墙度；B1 ——巷道的上净宽；B2 ——巷道的下净宽； ；sina——般取80度 。
（3）查表算出各井巷段的摩擦阻力系数α1-2、α2-3、α3-4、α11-12、α12-13除回风斜井摩擦阻力系数为0.02、回风巷道摩擦阻力系数为0.015外，其余井、巷的摩擦阻力系数均为0.012计算，具体见表2、3、4、5。
（4）根据上述参数，利用下式计算各段井、巷的通风摩擦阻力见表2、3、4、5：
h =RQ2
式中：H——矿井总负压，Pa；α——井巷通风的摩擦阻力系数，Ns2/m4；P——井巷的周界长度，m；L——井巷的长度，m；S——井巷的断面积，m2；Q——井巷的通过风量，m3/s；R——风阻，Ns2/m8。
（5）取各段井巷摩擦之和，则得矿井总摩擦阻力hf，见表2、3、4、5hf= h1~2+ h2~3+、、、、+ h12~13。
表2
巷道
编号
巷道名称
摩阻系数α，
巷道长度L，m
巷道断面S，m2
巷道周界P，m
风阻R

风量Q

阻力h

1-2
主井
0.012
50
3.45
7
0.1022
41.54
176.40
2-3
运输平巷
0.012
97.5
6.89
10.1
0.0361
40
57.76
3-4
1224m中段进风
0.012
190
5.71
9.4
0.1151
20
46.05
4-5
平巷
0.012
60
5.04
8.6
0.0484
15
10.88
5-6
平巷
0.012
60
5.04
8.6
0.0484
10
4.84
6-7
采场
0.012
40
20
17.2
0.0010
5
0.03
7-8
1224m中段回风
0.015
560
10.25
16.2
0.1264
20
50.55
8-9
主扇
0.012
240
14.35
14.9
0.0145
49.85
36.09
合计

383.05

表3
巷道
编号
巷道名称
摩阻系数α，
巷道长度L，m
巷道断面S，m2
巷道周界P，m
风阻R

风量Q

阻力h

1-2
主井
0.012
50
3.45
7
0.1022
41.54
176.40
2-3
运输平巷
0.012
97.5
6.89
10.1
0.0361
40
57.76
3-10
1264m中段进风
0.012
114
6.37
10.0
0.0529
20
21.17
10-11
平巷
0.012
50
4.2
7.9
0.0640
15
14.38
11-12
平巷
0.012
50
4.2
7.9
0.0640
10
640
12-13
采场
0.012
40
20
17.2
0.0010
5
0.03
13-8
1264m中段回风
0.015
460
11.27
14.6
0.0704
20
28.15
8-9
主扇
0.012
200
14.35
14.9
0.0121
49.85
30.07
合计

334.36

表4
巷道
编号
巷道名称
摩阻系数α，
巷道长度L，m
巷道断面S，m2
巷道周界P，m
风阻R

风量Q

阻力h

1-2
主井
0.012
50
3.45
7
0.1022
41.54
176.40
2-8
1184m中段进风
0.012
400
3.62
7.3
0.7386
0.905
0.60
8-9
主扇
0.012
280
14.35
14.9
0.0169
49.85
42.00
合计

219.0

表5
巷道
编号
巷道名称
摩阻系数α，
巷道长度L，m
巷道断面S，m2
巷道周界P，m
风阻R

风量Q

阻力h

1-2
主井
0.012
50
3.45
7
0.1022
41.54
176.40
2-8

1184m中段回风
0.012
400
2.55
6.9
1.9974
0.64
0.82
8-9
主扇
0.012
280
14.35
14.9
0.0169
49.85
42.00
合计

219.22
综合上述表2、表3、表4 、表5计算所得的数据可知，选择1-2-3-4-5-6-7-8-9为最大阻力路线（图1）（如红色号码标记线路）。故hf=h1-2+h2-3+h3-4+h4-5+h5-6+h6-7+h7-8+h8-9=383.05 Pa
（6）此外还有转弯、扩大、缩小等局部阻力，由hj表示，局部阻力hj大致等于总摩擦阻力hf为的20%，即hj=0.2 hf=76.61 Pa
（7）矿井总阻力用ht表示，则：
ht= hf+0.2 hf=1.2 hf=459.66 Pa
五、自然风压的计算
随着开采深度及通风负压的增加，自然风压对矿井通风的影响也越来越大。当自然风压对矿井通风负压的影响达到一定程度时，矿井通风计算就必须考虑自然风压的影响。
对矿井自然风压的影响因素主要有气候变化及矿井开采时期。气候影响最大的是夏、冬两季，开采影响最大的是矿井生产通风最易和最难时期。
夏季矿井外气温高，矿井内气温低，该矿井采用抽出式通风方式，此时自然风压起反风的作用。冬季矿井外气温低，矿井内气温高，此时自然风压与机械风压的方向相同，起顺风作用，因此在考虑矿井通风时，要将冬季与夏季的自然风压均考虑进去。
1.自然风压的计算：
标高：矿区海拔1464m，进风井标高+1464m，回风斜井标高为+1464m。温度：年平均气温3.64°C，月平均最高气温34.4°C，月平均最低气温－31.3°C。掘进工作面位于1184m，竖井井筒高度为1464-1184=280m。恒温带在地表下10m处，地热增温率为45m/°C。进风井与回风井井口标高相同，均为1464m
（1）湿空气绝对静压P
P表= (1 - 0. 112 H表/ 1000) ×1. 01325 ×105
式中　P表——地表湿空气绝对静压，kPa；H表——计算井筒井口地表标高，m。
由已知得H表=1464m，所以：
l P进表=（1 - 0. 112 H表/ 1000)×1. 01325 ×105=（1-0. 112×1464 / 1000）×1. 01325×105=88.947 kPa
l P回表= (1 - 0. 112 H表/ 1000) ×1. 01325×105=（1 - 0. 112×1464 / 1000) ×1. 01325 ×105=88.947 kPa
l P表=0.5（P进表+P回表）=88.947 kPa
①. 容易时期通风网络负压： Pf 易= - 219.00 Pa
②. 困难时期通风网络负压Pf 难= -383.05Pa
③. 进风井筒井口、井底风压差：困难时期: Pj′=175.95Pa
④. 回风井筒井口、井底风压差：容易时期: Ph = 41.39 Pa；困难时期: Ph’ = 41.39 Pa
因为Pj = Pj′，所以P进易= P进难= P进表- 0. 5 Pj= 88.859kPa
　P回易= P回表+ Pf 易+ 0. 5 ×Ph= 88.749 kPa
　P回难= P回表+ Pf难+ 0. 5 ×Ph′= 88.652 kPa
（2）相对湿度φ
进风井筒一般取60 %；回风井筒一般取100 %。
（3）湿空气温度t
①地表
夏季:当地记载历年最高气温，34.4 ℃；冬季:当地记载历年最低气温，-31.3 ℃。
②进风井筒
夏季:当地历年最高气温与井下气温(22 ℃) 的平均值，（34.4+22）/2=28.2 ℃。
冬季:进风井筒有加温设施时， 取2 ℃与井下气温(22 ℃) 的平均值12 ℃。
③回风井筒
椐调查，矿井生产过程中回风井井筒内空气温度变化很小，计算时可取22 ℃。
（4）饱和水蒸气的绝对分压Ps
随湿空气温度(t) 变化而变化，根据进、回风井的通风风流温度，由表1 选取饱和水蒸气绝对分压Ps。

①地表：夏季：t = 34. 4 ℃，Ps = 5. 428 kPa；冬季：t = - 31.3 ℃Ps = 0. 015kPa。
②进风井筒：夏季：t = 28. 2 ℃，Ps = 3. 771 kPa；冬季　t = 12 ℃　Ps = 1. 399 kPa。
③.回风井筒：t = 22 ℃ Ps = 2. 637 kPa。
（5）计算空气密度
①求进风井口地表湿空气的密度：
a夏天：ρ夏= 3. 484 ( P表- 0. 3779φPs) / (273. 15 + t)= 0. 994 kg/ m3。
式中：
ρ夏——夏天进风井口地表湿空气的密度，kg/ m3；
P表——进风井筒侧井口至回风井口标高地表湿空气的绝对静压平均值：88.947kPa；
φ——夏天进风井筒侧地表湿空气的相对湿度，60 %；
t ——夏天进风井筒侧地表湿空气的温度，34.4℃；
Ps ——t = 34. 4℃时饱和水蒸气的绝对分压，5.428 kPa。
b.冬天：ρ冬= 3. 484 ( P表- 0. 3779φPs) / (273. 15 + t)= 1. 281 kg/ m3。
式中：
ρ冬——冬天进风井口地表湿空气的密度，kg/ m3 ；
P表——进风井筒侧井口至回风井口标高地表湿空气的绝对静压平均值88.947kPa；
φ——冬天进风井筒侧地表湿空气的相对湿度，60 %；
t ——冬天进风井筒侧地表湿空气的温度，- 31.3 ℃；
Ps ——t = - 31.3℃时饱和水蒸气的绝对分压，0. 015kPa。
②求进风井筒中湿空气的平均密度：
a.夏天：ρ进夏= 3. 484 ( P进难- 0. 3779φPs)/ (273. 15 + t) = 1.017 kg/ m3
式中：
ρ进夏——困难时期夏天进风井筒中湿空气的平均密度，kg/ m3；
P进难——困难时期进风井筒中湿空气的绝对静压平均值，88.859kPa；
φ——夏天进风井筒中湿空气的相对湿度，60 %；
t——夏天进风井筒中湿空气温度，28. 2 ℃；
Ps——t = 28. 2℃时饱和水蒸气的绝对分压，3. 771 kPa。
b. 冬天：ρ进冬= 3. 484 ( P进易- 0. 3779φPs)/ (273. 15 + t) = 1. 082 kg/ m3。
式中：
ρ进冬——容易时期冬天进风井筒中湿空气的平均密度， kg/ m3 ；
P——容易时期进风井筒中湿空气的绝对静压平均值88.859kPa；
φ——冬天进风井筒中湿空气的相对湿度，60 %；
t——冬天进风井筒中湿空气温度，12℃；
Ps——12℃时饱和水蒸气的绝对分压，1.399 kPa。
③计算回风井筒中湿空气的平均密度
a. 容易时期：ρ回易= 3. 484 ( P回易- 0. 3779φPs)　/ (273. 15 + t) =1.036kg/ m3
式中：
ρ回易——容易时期回风井筒中湿空气的平均密度， kg/ m3 ；
P回易——容易时期回风井筒中湿空气的绝对静压平均值，88.749 kPa ；
φ——回风井筒中湿空气的相对湿度，100 %；
t ——回风井筒中湿空气温度，22 ℃；
Ps——22 ℃时饱和水蒸气的绝对分压，2. 637kPa 。
b. 困难时期：ρ回难= 3. 484 ( P回难- 0. 3779φPs)/ (273. 15 + t) = 1.035 kg/ m3
式中：
ρ回难——困难时期回风井筒中湿空气的平均密度，kg/ m3；
P回难——困难时期回风井筒中湿空气的绝对静压平均值88.652kPa；
φ——回风井筒中湿空气的相对湿度，100 %；
t——回风井筒中湿空气温度，22℃；
Ps——22℃时饱和水蒸气的绝对分压，2.637 kPa。
（6）计算自然风压
①计算容易时期(冬天) 自然风压He1
He1 = (ρ冬×h +ρ进冬×Zj - ρ回易Zh) ×g= 282.24Pa (帮助主扇风机通风)
式中：
ρ冬——冬天进风井口地表湿空气的密度，1. 281 kg/ m3 ；
ρ进冬——容易时期冬天进风井筒中湿空气的平均密度1.082kg/m3；
ρ回易——容易时期回风井筒中湿空气的平均密度，1.036 kg/ m3；
h ——进、回风井口之间的高差，80 m；
Zj ——进风井筒的垂直深度，200 m；
Zh ——回风井筒的垂直深度，280 m。
②求困难时期(夏天) 的自然风压He4
He2 = (ρ夏×h +ρ进夏×Zj - ρ回难Zh) ×g= - 67.424 Pa (阻碍主扇风机通风)
式中：
ρ夏——夏天进风井口地表湿空气的密度，0.994 kg/ m3；
ρ进夏——困难时期夏天进风井筒中湿空气的平均密度，1.017kg/ m3；
ρ回难——困难时期回风井筒中湿空气的平均密度，1.035kg/ m3；
h——进、回风井口之间的高差，80 m；
Zj——进风井筒的垂直深度，200 m；
Zh——回风井筒的垂直深度，280 m。
综上所述：矿井的反向自然风压为-67.424Pa，在进行矿井通风计算时需将其考虑进去。
六、风机选择
选择主扇的参数:风量 Qf、风压 Hf
（1）主扇风量（Qf）
表示单位时间流过扇风机的空气量，其计算依据是矿井风量和扇风机装置的漏风系数。计算公式为：Qf = Kf× Qt，m3/s。
式中：Kf——扇风机装置的漏风系数，也称扇风机装置备用系数，一般取1.1～1.15；此处取1.1。
Qt——矿井风m3/s，根据矿井需风量计算得到。Qt=49.851 m3/s；
Qf = Kf×Qt=1.1×49.851=54.836m3/s，取55 m3/s。
（2）主扇风机全压（Hf
为扇风机提供的全部压力。它等于矿井通风总阻力、反向自然风压、扇风机装置的通风阻力以及空气流入到大气的出口动压损失之和。计算公式：
Hf=ht+Hz+hzh+hd，Pa
式中：
ht——矿井通风总阻力，Pa，根据矿井通风阻力计算得459.66Pa；
Hz——自然反向风压，Pa，根据矿井自然风压计算，67.424 Pa；
hzh——扇风机装置的通风阻力，Pa，一般取150~200 Pa；
hd——出口动压损失，测出口风速v计算而得，Pa，出口动压损失hd根据下式计算得，hd=ξρv 2 /2，Pa。
式中：
ξ——动压损失系数一般取0.25~0.45；
v——出口平均风速，m/s；6.5 m/s
ρ——空气密度，kg/ m3。计算求得，一般条件下取1.205 kg/ m3。
hd= ξρv 2 /2=0.3×1.205×6.52/2=7.636 Pa
Hf=ht+Hz+hzh+hd=459.66+67.424+100+7.636=634.72 Pa=635 Pa
（3）确定风机
根据上面计算出的主扇风量Qf=55m/s和主扇风压Hf=635Pa，查取通风机全压特性曲线，根据主扇选择的注意事项，选定主扇， 该风机的型号与参数如下：

型号：K40—6—N0.17
风量Q：28.3~61.6m3/s
全压H：222~908 Pa
功率N：75 kW

电机型号：Y315S—6
参考重量：4042 kg
转速n：980r/min
价格：15000元/台

主扇选择注意事项：
①通风设计中，所选的扇风机要兼顾通风最容易时期和最困难时期的需要；
②扇风机工况点应位于特性曲线驼峰点的右侧，且不超过驼峰点风压的90～95%，曲线平缓取大值，曲线陡峭取小值；
③扇风机效率不小于60%；
④所选的扇风机的工况风量和风压应略高于计算出的风量和风压；
⑤同一位置上并联或者串联的扇风机，宜采用相同的扇风机；
⑥尽量选择能反转反风的风机做作主扇，反风量要达到60%；
⑦主扇应按要求配置备用电机。
（4）主扇风机功率Nf和效率ηf
在选定的扇风机特性曲线上查出相应的效率ηf =0.90 ，主扇风机功率Nf=75kw
（5）电动机功率Ne计算
=1.1×75/(0.9×0.95)=96.5 kw
式中：
K——电动机功率备用系数，轴流式风机取1.1～1.2；离心式风机取1.2～1.3；此处采用轴流式风机，K取1.1；
η——传动效率，直连传动η=1，皮带传动η取0.95；
ηe——电动机效率。

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