压风系统改造方案

压风系统改造方案
为深刻吸取井下移动空压机引起的火灾事故教训，预防煤矿井下重大火灾事故的发生，根据国家安全监管总局、国家煤矿安监局发布的《煤矿井下安全避险“六大系统”建设完善基本规范（试行）》安监总煤装【2011】33号文的相关要求：煤矿企业在按照《煤矿安全规程》要求建立压风系统的基础上，必须满足在灾变期间能够向所有采掘作业地点提供压风供气的要求，进一步建设完善压风自救系统，空气压缩机应设置在地面，.所有矿井采区避灾路线上均应敷设压风管路，并设置供气阀门，间隔不大于200米。

一、75-5#区段及76-2#区段压风系统现状：
75-5#区段和76-2#区段原有的压风系统依靠南丰地面压风机供风，管路相对较长，压力损失严重，不能满足掘进作业需要，现主要依靠井下移动空压机为掘进作业供风。

二、改造方案：
1、75-5#区段改造方案：
在新副井井口建立地面压风机房（把现有的压风机改造利用），安装三台LS20-150型压风机（一台运转，两台备用），压风机额定排气量21m3/min，额定排气压力0.76MPa。

然后通过压风管路经主斜井→主皮带巷→75-5#皮带巷为75-5#区段供风。

其中地面和主斜井部分为Φ100mm的钢管，主皮带及75-5#皮带巷为Φ225mm的SSPE（井下用钢丝网骨架聚乙烯管）管路。

2、76-2#区段改造方案
在南丰压风系统原有的基础上，再在76、78架空人车巷各敷设一趟Φ160mm 的SSPE压风管路，76架空人车巷的压风管路到76架空人车机尾后经76皮带巷与75-3#皮带巷延长段原有的4寸压风管路接通，与76轨道中的压风管路一起为76-2#区段供风。

三、改造后压风管路压力损失计算
1、75-5#区段压风管路改造后压力损失计算
表1 75-5#区段用风地点设备情况及所需风量
表2 75-5#区段压风管路敷设情况
由表1中各个用风地点的所需风量总和可得：
当各个用风地点所有设备全开且风量能够保证正常作业时的最大风量为：Q=8.4×2=16.8 m3/min <21 m3/min
故压风机所提供风量可以满足生产所需。

（在此忽略掉沿路管路的漏气量）现以所需最大风量Q额=16.8m3/min计算管路系统的压力损失：
空气的运动黏度查表得ν=2mm2/s（ν为空气的运动粘度）
空气密度取ρ=1.29kg/m3
SSPE管内壁绝对粗糙度Δ1=0.008
钢管内壁绝对粗糙度Δ2=0.19
现假设压风机所提供的风量一半供给最远处（即75-5#皮带巷末端），计算压力损失：
地面——主斜井末段压力损失：
管路长度L1=200+1200=1400m
管路直径d1=0.1m
管路中压缩空气流速为：v1=Q/S1=35.67 m/s
雷诺数 Re1=v1d1/ν=2.23×106>2000 管内流体为紊流。

故λ1=0.11×(Δ2/ d1)^0.25=0.023
Δp1=ρλ1L1v12/2d1×1.15=0.304MPa
其中局部压力损失按沿程损失的15%计算。

主1#皮带末端——75-5#皮带巷拐弯处段压力损失：
管路长度L2=3000+400=3400m
管路直径d2=0.2m
管路中压缩空气流速为：v2=Q/S2=8.92m/s
雷诺数 Re2=v2d2/ν=1.12×106>2000 管内流体为紊流。

故λ2=0.11×(Δ1/ d2)^0.25=0.00874
Δp2=ρλ2L2v22/2d1×1.15=0.008MPa
75-5#皮带巷拐弯后段压力损失：
管路长度L3=700m
管路直径d3=0.1m
管路中压缩空气流速为：v3=Q/S3=17.83 m/s
雷诺数 Re3=v3d3/ν=1.11×106>2000 管内流体为紊流。

故λ3=0.11×(Δ2/ d3)^0.25=0.023
Δp3=ρλ3L3v32/2d3×1.15=0.038MPa
此时管路中剩余压力为：
P剩=0.76MPa-0.304MPa-0.008MPa-0.038MPa =0.41MPa>0.40MPa
由于假设管路中的风量大于实际风量,所以剩余压力可以满足用风地点的需要，故在新副井建立压风机房为75-5#区段供风的方案可行。

2、76-2#区段压风管路改造后压力损失计算
表3 南丰压风系统掘进用风情况：
表4 76-2#区段沿线压风管路敷设情况
由于76-2#区段末端用风地点压力损失最大，故为了简便，只计算76-2#区段供风线路上压力损失，且假定76-2#采区只有一个掘进工作面在76-2#区段末端用风。

由表1中各个用风地点的所需风量总和可得：
当南丰供风的各个用风地点所有设备全开且风量能够保证正常作业时的最大风量为：
Q′=9.6×3+8.4×4=62.4 m3/min
现就以井下所需最大风量Q1′=62.4m3/min来计算一下管路系统改进后的压力损失：
空气的运动黏度查表得ν=2mm2/s（ν为空气的运动粘度）
空气密度取ρ=1.29kg/m3
钢管的绝对粗糙度Δ1=0.19
SSPE管路的绝对粗糙度为Δ2=0.008
地面和井筒段的压力损失计算：
管路长度L1′=150+550=700m
管路直径d1′=0.15m
管中的流速v1′=Q1′/S1′=58.76m3/s
雷诺数 Re1′=v1′d1′/ν=4.40×106>2000 管内流体为紊流。

故λ1′=0.11×(Δ1/ d1′)^0.25=0.02
则地面和井筒段的压力损失为：
Δp1′=ρλ1′L1′v1′2/2d1′×1.15=0.239MPa
其中局部压力损失按沿程损失的15%计算。

因为架空人车巷和轨道巷管路的管径材质都不一样，各自承载的风量也不一样，现按理想状态下的分流情况计算。

理想状态下，两支管在和各个用风地点支管汇合处风压相等，即压力损失相等。

即：λ架空人车v架空人车2/2d架空人车=λ轨道v轨道2/2d轨道
经计算得：Q架空人车=1.9× Q轨道≈2× Q轨道
由于两趟管路在各段压力损失都一样，现就以架空人车巷中管路来计算压力损失。

南丰井底车场部分压力损失计算:
SSPE管中流体流量Q2′=41.6m3/min
管路长度L2′=300m
管路直径d2′=0.15m
管中流速v2′=Q2′/S2′=39.17m3/s
雷诺数 Re2′=v2′d2′/ν=2.94×106>2000 管内流体为紊流。

故λ2′=0.11×(Δ2/ d2′)^0.25=0.0094
则南丰井底车场段的压力损失为：
Δp2′=ρλ2′L2′v2′2/2d2′×1.15=0.021MPa
其中局部压力损失按沿程损失的15%计算。

南丰井底车场口—7603回风巷口段的压力损失计算：
假设76采区所有掘进面用风均在7603回风巷处分流，由表3中数据可得76架空人车巷中SSPE管中流量为Q3′=28.8m3/min
管中流速v3′=Q3′/S3′=27.12m3/s
管路长度L3′=1500+300=1800m
管路直径d3′=0.15m
雷诺数 Re3′=v3′d3′/ν=2.03×106>2000 管内流体为紊流。

故λ3′=0.11×(Δ2/ d3′)^0.25=0.0094
则南丰井底车场口—7603回风巷口段的压力损失为：
Δp3′=ρλ3′L3′v3′2/2d2′×1.15=0.062MPa
其中局部压力损失按沿程损失的15%计算。

7603回巷口—75-3#皮带巷延长段口压力损失计算：
该段SSPE管中流量Q4′=5.6m3/min
管中流速v4′=Q4′/S4′=5.28m3/s
管路长度L4′=500m
管路直径d4′=0.15m
雷诺数 Re4′=v4′d4′/ν=0.40×106>2000 管内流体为紊流。

故λ4′=0.11×(Δ2/ d4′)^0.25=0.0094
则7603回巷口—75-3#皮带巷延长段口的压力损失为：
Δp4′=ρλ4′L4′v4′2/2d4′×1.15=0.001MPa
其中局部压力损失按沿程损失的15%计算。

75-3#皮带巷延长段—76-2#区段轨道巷末端压力损失计算：
该段管中流量Q5′=8.4m3/min
管中流速v5′=Q5′/S3′=17.84m3/s
管路长度L5′=700+700=1400m
管路直径d5′=0.1m
雷诺数 Re5=v5′d5′/ν=1.12×106>2000 管内流体为紊流。

故λ5′=0.11×(Δ2/ d5′)^0.25=0.023
则75-3#皮带巷延长的压力损失为：
Δp5=ρλ5′L5′v5′2/2d5′×1.15=0.076MPa
此时管路中剩余压力为：
P剩′=0.85MPa-0.239MPa -0.021MPa -0.062MPa -0.001MPa-0.076MPa =0.451MPa>0.4MPa
由于假设管路中的风量大于实际用风量, 故剩余压力可以满足用风地点的需要， 76-2#区段压风管路改造方案实施后可以满足掘进生产用风，改造方案可行。

四、改造方案所需管路材料预算
五阳煤矿压风系统改造方案
通风科
2011年9月。