煤矿井口房大门空气幕的设计.pdf

煤矿井 口房大门空气幕的设计 哈 尔滨建筑 I程 学院 盛晓文 冬季 煤 矿井 口房的温度必 须达到 一定 的要 求 煤矿井 r l 尤其是经常有人上下的井 r 1 附近决不允许结冰 但是矿车经常 出入井 r l 时 室外大量的冷空气通过大门侵入 势必 要使室 内的温度大 为降低 这样 仅靠一般的 采暖设施保持一定的室温是很困难的 我为 某矿副井井 r l 房设计 的大 门空气幕 己运行 两 年多 效果是令人满意的 一 概 述 该井 r l 房总 占地 面积 约 1 0 0 m 局部高 l 2 m左右 井 r l 房南北两侧各有一个 3 5 m 宽 3 3m 高 和 3 5 m 4 m 的大门 井 r l 位于中间偏南位 置 空气幕系 统的 设计包括太 门空气幕 通 风管道 空气 加热 室 的设 计 及各相 关设 备 的选 择 1 气象资料 设计 中的气象资料 由当地煤矿设计院提 供 冬季 供蹑室外计算温度 一儿 f 冬季室外平均 风速v 一2 8 m 主导风 向平均风速v 一3 6 m 供暖天数9 7 d 冬季主导风 向E NE 2 热源资料一 加热热媒 为蒸汽 由锅炉 房提 供 P 一d l O P a的饱和 蒸汽 根椐 车间供 暖设 备及 其它工艺要求 加热 热媒压 力 P z 一2 1 0 P a 3 设计及选用的基 本数 据 四 柱后放 顶煤优点 1 与 直接 沿金属 网下掘进 相 比 具 有阻 止上分层采迹浮煤氧化 抑制煤层 自然发火 的优点 2 无 需使 用特 殊支架 支柱受力 小 安全 可靠 3 适用 于 4 5 5 O m以上分层 开采 的 缓倾斜厚煤 层 4 经济效益 显著 1 生产能 力大 幅度 提高 该矿 1 9 9 0 年 2月工作面上分层单产为 4 0 0 t d 下分层 柱 后 放 顶 煤 开 采 后 为 6 5 0 t t d 日产 提 高 6 2 5 工作面月单产高达 2 1万 t 2 回采效率 高 原采 煤 工效为 5 0 2 放 顶 煤 后 回 采 工 效 为 6 8 t 提 高 工 赦 3 5 d 5 3 生产掘进率低 放顶煤 万吨掘进率 1 9 8 8年为 2 8 8 r a 1 9 8 9年下降到 2 0 8 r n 每万 吨煤可步掘巷道 8 0 m 4 材料消耗低 坑 木 火药 电管 消耗 由原 来 的 5 m k t 0 3 5 k g t 0 8个 t 分 别下降为 O 1 m k t 0 2 5 k g t O 5 个 t 5 回采率高 达 到了 9 O 本 区多 回 收煤炭 4 9 2 6 6t 五 尚需解决的问题 1 金属网的强度 2 放顶步距与压力显现关系 3 金属支柱的高度与顶煤 厚度 的关 系 维普资讯 空 气幕送风量 L o 7 6 3 8 3 m h 计算 送 风温度 t o 一5 0 计算并取定 送风 口气流速度 v 0 9 6 9 m s 计算 送 风 口喷射 角 4 5 选取 送 风 口喷嘴 宽 b o 0 1 5 m 选取 射流 的紊流系数 a 一0 1 8 选取 效率 q 0 8 选 取 送 风热 负荷 Q l 7 0 2 9 5 0 W 计算 空气 加热器 传热 系数 K 6 2 0 5 W m 计算 二 设计 计算 1 空气幕设计 井 口房两侧 大门宽度均为 3 5 m 由于开 启时 间较长 因此采用双侧送风式空气幕 1 空气幕送风量的计算 空气幕送风量计算公 式是 依流体力学原 理按 室外均匀气流与空气 幕顺斜吹出的平面 势 流 叠 加 后 经 推导 得 出 Ln 一 一 B m s 1 十 式 中L w 空 气幕 不工 作 时侵 入大 门 的 空气 量 m 与紊流系数 a和 喷射角 u有关 的无因次数 其表达式 为 c os u s i n 丁 五恤 B 大 门宽度 m 其余符号同前 公式 中 L 值大小 显然与大门的结掏形 式 几 何尺寸及室外风速有关 除此 之外 还 与室 内外压差 房间 中和面位置等因素有关 目前 L w的 计算方法 有很多 种 本 设计 以如 下经验公式确定 L 3 6 0 0 v HB S m h 2 式 中v 室外 空气通过 大 门处的流速 3 1 S H一 大 门高 m s 修正系数 考虑热压作用下的 v 值按 下式 计算 v 0 2 6 h A t n 1 s 3 式中 h 房 间中和 面高 度 m 近似 计 算 时可取 房问高度 的 l 2 1 t 室 内外 温度 差 修正系数 S按如下公式 计算 H s l一 4 dI k 当房 问内温度取 l 6 时 则室 内外 温差 应等 于 l 6 一 一 l 2 7 中和面高度 取 房 高 的 1 2时 h 一 6 m 于 是 v 0 2 6 何 3 8 m s 对 于北侧 大 门 H 4 m S一1 d 3 6 0 7 7 8 对 南侧大 门 H一3 3 n i S l 一 3 8 3 6 0 8 7 将上 述条件分别代 入公式 2 1 可得 出 L w 和 k 值 北门 L 一1 2 9 7 8 9 m h L F 4 0 9 2 6 m h 南 门 L w s l l 2 4 4 4 m h L F 3 5 4 5 7 m h 总送风量 L 0 L L 一7 6 3 8 3 m h 上 式 计 算 中 取 n 0 8 当 一 1 5 a 0 1 8时 一0 4 5 双侧迭风时 风幕射程 宽 度 为 3 5 2 1 7 8m 2 送 风 13风速 送 风 1 3风 速 一再 L o 一9 6 9 m s 式 中 F为出风 1 3总 断面积 计算得 出 的风速符合一般规 定的 8 l 5 m s 的范围 3 空气幕送 风温度 空气幕送风温度根据有关 热平 衡式 推导 得出 其形式为 t t t w I I L t L o 5 L 0 式 中t 室 内空气温度 取 一1 6 C t 室 外空 气 温 度 取 一 儿 I 7 维普资讯 以 上 数 据 代 入 式 5 中 可 得 出 t o 3 3 1 考虑大 门有行 人通 过 为 避免使 有 吹 冷风 感 可适当提高 t 故取 t o 一5 0 4 加热送风 的热负荷 送风热负荷 由如下公式计算 Q C 4 L o t o t w 6 式中 c 空 气 的质 量 比热 取 0 2 7 9 W k g p 空气的密度 t 状态下 一 1 31 k g m 代入 有关数据后可得 O一1 7 0 2 9 5 0 W 2 空气 加热器选择计算 空气幕送风 量化成质量流量 G0 L 0 0 3 6 0 0 2 7 7 9 k g s 假定 经济 质量流 速 v p 为 8 k g m s 则所需空气加热器有 效截 面积应为 F G v p 一 3 4 7 m 选用 S型 空气 加 热 器 i 8 7 8型 每 台 加热器通 风净截面 积 f 为 0 7 0 2 m 按所需 加热器 有效 截面积 F r 可计算 加热器最 少 台 数为 n f F 3 j 一 4 9 4台 考虑 2 0 的余量并取 整 则可 选 6台空 气加热器并联 此时 加热器 实际 质量流速为 v p Go 3 I 1 j 6 6 k g m s 加热器 的传热系数 K按下式计算 K一1 9 7 v p 一 6 2 0 5 W m 根据总热负荷计算实 际需要的加热面积 F可由如下公 式计 算 n F 二 m 7 式 中 为 加 热器 的平 均 传热 温差 以 算术平均温差表示为 A t p t 一 t 0 i t 2 1 1 3 5 其 中 t 1 3 3 为 2 1 0 P a压 力下蒸汽 的饱和温度 将有关数据代入 7 式可得加热 面 积 F一 2 4 1 8 m 1 8 实际需要的加 热器台数为 n 2 一F f 2 式 中 f z 为 每 台加热器 的散 热面积 依产 品样本查得 f 2 2 1 9 4 m 故 m一1 1台 考虑 l O 的余量 取 一1 2台 按 前述 要求每组 6台并联 则应两组 串联 空气 加热器空气侧的阻力按 下式 得出 5 H 1 0 8 r e N P a 8 式中 N为 串联的空气加热器组数 代入有关数值得 A H 9 0 6 P a 3 通 风管道水力计算 通风管道采用 矩形 钢板 风道 计算时 采 用查表法 水力计算表的适用 条件是绝对粗 糙 度 0 1 5 m m 标准状 态 空气 温度 2 0 密 度 1 2 0 4 k g m 由于是工业 厂房 风道 内限定 流速可取 较大 值 以减小 管道 截面 积 水 力 计 算过 程 略 计 算 结 果 主 风 道 总 阻 力 损 失 为 5 8 2 8 4 P a 南北两环 阻力不平衡率 为 1 2 1 B L 故通过减压 阀的流量方程 由下式 给出 G 0 5 0 4 LE P P r 一 鲁 9 式 中P 减压 阀前压 力 绝压 P a V 减压阀前蒸汽比容 m k s P z 减压 阀后压力 绝 压 P a K 绝 热 指 数 对饱 和 蒸 汽 K一 1 1 3 f 减压阎孔面积 c m 阀孔流量系数 设计 中取 0 6 G 饱和蒸汽流量 k g h 蒸汽的流量可以 由送 风热 负荷得 出 3 6 Q r 式 中 r 为汽化潜热 在 P z 一2 1 0 P a时 r 2 1 6 d 1 k j k g 由此可算 出 G 2 8 3 3 k g h 将有关数据代入 9 式得 阀孔面积 f 一2 8 3 3 1 56 2 1 8 1 4 o m 查 有关 样 本选 择 Y4 3 H一 1 6型 活塞式 减 压阀 D g 7 0 阀孔面积 1 9 c m 1 9 1 4 e m 可 以 满足要求 3 疏水器选择 理论 疏水量 G 按全部 凝水 流过疏 水器 考虑 即 G 2 8 3 3 k g h 取藏水器的选 择倍 率为 2 5 则疏 水器 的实际排 水量应 为 G 一 2 5 2 8 3 3 7 0 8 3 k g h 工作压差 p 1 2 l 0 P a 计算过 程略 依照 G A P查有关手 册 选 择 A型热 动 力 疏 水 器 D g S 0 mm 两 台 在 A P l 0 5 l 0 P a时 疏水能力 已达到 8 4 6 0 k g h 完全可 以满足使用要求 四 几点说明 空气 幕的送风 量计算 涉及 到空气幕 的 空气动力特征 由于 目前还缺乏完整的理论 分析 在 实际工程 中一般多采用经验公式 实 验整理的公式和 系数 但是 不 同的资料 给出 不同公式 在计算结果 上又有较 大差别 这就 要求设计时结合工程 实际选择合适 的计算方 法 以本文 中空气幕 不工作时 室外侵入 的空 气量 L 或 G 为例 目前有 以下几种计算方 法 1 通过大门处 的空气全 部按 室外 风速 计 算的 L 一 3 6 0 OHB V m t h 1 0 式中H 大 门的高 m B 大 门的宽 v 冬 季室外风 速 m s 2 考虑 热压 影响的经 验公 式 该经验公式 即是 本文 计算 中所 采用的公 式 详见公式 2 3 考虑房间设有排气窗时的经验公式 G 一A4 a 4 K F k g s 1 式 中A a 与大 门尺 寸和房 间高 度有 关 的系数 K 与大门尺寸 有关 的常数 F 设 计 中考 虑 开 启 的 排 气 窗 孔 的面积 m 若无 排气 窗或排气窗关闭 取 F 一0 d 按空气平衡和 自然通风原理计算的公 式 当室内窗子关 闭不很 严密 时 按 下式 确 定空气量 G G H 甄 i 面 k s s 1 2 h 坞 式 中 空气 幕工 作时 空气 通 过大 门 维普资讯 的流量系数 F F 进 排 风 的缝 隙 总净 面 积 m2 p 塞 内 外 空气 密度 k g r o h 天 窗 中心 至 大 门 中 心 距 m 其余符号同前 当室 内无天 窗或天窗关 闭 严密时 采用 如 下 公 式 一 G 一导 B h 2 g 一p n 1 d h 一 m 1 5 l 1 一 式 中各符号意 义同前 在 以上几种 计算方法 中 如 果有关 数据 以及 结构尺 寸准确可靠 采 用第 4种方 法 比 较合适 但这种 方法 比较麻烦 而且在 实际工 程 中一些数据又无法取得 很准 比如说天窗 的 关 闭严密 和 关闭不严密 的界限就不大 好 区别 确定 中和面位置 h 时又需先 确定流 量系数和 每种门窗的缝 隙净面 积 而 门窗缝 隙净面积 的确定 一 般也 只是 按简化计 算方 式查表取定 对 同一形式 同一结构尺 寸的门 窗 在 不同场 合下使用 时 其缝隙净面积值也 会有 很大差别 同时 这 种计 算方法也没有考 虑 室外风 速的影 响 如果再 把风 压的影 响囡 索引入 则更增加了计 算的复杂 程度 第 1种计算方法把通过大 门侵入的空气 流速完全 按室外风速考虑 显然取值 偏大 为 了 尽量 简化 计 算 而叉 要 保证 使 用 效 果 本文采用了第 2种计 算方 法 对 于确有 天窗开 启的房 间 则 可采用 第 3种计算方法 以上 4种计 算方法 中 对于 同一设计 对 象 第 1种方法计算空气量最大 第 d种方 法 计 算空气量最小 本文采用 的第 2种计算方 法稍偏于保守 虽 然计算空气量较大些 但对 于房间设 施不甚完备 的工业 厂房 从 保证使 用效 果的 角度 出发 叉 不失 为一 种快速 简便 而又实用 的方法 参 考文 献 1 孙坚 1 9 8 9 工 业 通 风 中 国 建 筑 工 业 出 版 社 2 刘 锦粱 高 永森 1 9 8 5 工业 厂 房 通 风 技 术 天 津科学 技术 出版 社 3 华东 电力学院 采暖通 风设计手 册 2 d 陆耀 庆 1 9 8 7 供 暖通风 设计 手 册 中国建筑 工