在矿业生产中，通风是确保矿井安全、提高生产效率的重要环节。而全矿所需通风量的计算，则是通风系统设计的基础和关键。本文将通过科普的方式，介绍全矿所需通风量的计算方法及其相关知识，帮助读者更好地了解这一领域。
一、全矿所需通风量的重要性
全矿所需通风量是指矿井为确保安全生产和提供适宜的工作环境所需的空气流量。其计算结果的准确性直接关系到矿井的生产安全和矿工的生命安全。一方面，足够的通风量可以排除矿井中的有害气体和粉尘，保证矿工的呼吸安全；另一方面，适当的通风量还能调节矿井内的气候，为矿工创造舒适的工作环境。
二、全矿所需通风量的计算方法
全矿所需通风量的计算通常采用分项计算法。这种方法将矿井中各类工作面和独立通风硐室的需风量分别计算，然后汇总并乘以风量备用系数，最终得出全矿所需的总风量。具体计算公式如下：
Q = K × (Q1 + Q2 + Q3 + Q4)
其中，Q为全矿总风量，Q1、Q2、Q3、Q4分别为回采工作面、备用回采工作面、掘进工作面和独立风流硐室的需风量，K为风量备用系数。
回采工作面的需风量计算
回采工作面的需风量计算是通风量计算中的重要部分。由于采矿方法和爆破形式的不同，回采工作面的需风量也会有所不同。为确保通风安全，需根据爆破后排烟和凿岩、出矿时的排尘情况分别计算，并取两者中的最大值作为该工作面的需风量。对于浅孔爆破和大爆破两种工艺，需分别进行计算。
（1）浅孔爆破回采工作面的风量计算
浅孔爆破回采工作面的风量计算主要基于“紊流变形”理论。根据风流结构的不同，将回采工作面划分为巷道型和硐室型两类。对于巷道型回采工作面，其通风过程可利用“紊流变形”作用进行分析。风流进入采场后，由于风流分布的不均匀，使工作面的炮烟出现逐渐伸长的炮烟波。随着通风时间的延长，炮烟平均浓度逐渐降低，当采场出口断面上的炮烟平均浓度降低到安全规程规定的允许浓度以下时，就认为整个工作面通风完好。对于硐室型回采工作面，其通风过程可用“紊流扩散”作用加以说明。新鲜风流进入硐室型回采工作面，与炮烟介质发生强烈的质量交换，通过计算紊流扩散系数来确定风量。
A 巷道型回采工作面的风量计算
根据“紊流变形”理论和实验研究结果，得出空气交换系数I 和爆破炸药量A、 炮烟
污染的巷道体积V之间的关系如下
空气交换系数 I
式中 Q₁—— 回采工作面风量， m³/s;
t——回采工作面通风时间， 一般为20～40min;
A———次爆破的炸药量，kg;
N 实验系数，22.5;
V——炮烟污染的巷道体积， m³,V=L₀S;
L₀——采场长度的一半，m;
S 回采工作面横断面面积，m²。
整理式可得
B 硐室型回采工作面的风量计算
C 按排除粉尘计算风量
a 按产尘量计算风量
排尘风量
工作面通风类型
作业性质
设备数量
风流特征
排尘风量/m³ ·s-1
巷道型作业面
轻型凿岩机凿岩
1台
贯穿风流
0.66～2.64(断面4.4～2.2m²)
2台
贯穿风流
1.1～1.31(断面4.4～2.2m²)
3台
贯穿风流
1.6～3.5(断面4.4～10m²)
硐室型作业面
轻型凿岩机凿岩
1台
贯穿风流
3.0
2台
贯穿风流
4.0
3台
贯穿风流
5.0
巷道型作业面
重型凿岩机
中深孔凿岩
1台
贯穿风流
2.5～3.5
2台
贯穿风流
3.0～4.0
1台
独头通风
3.0～4.0
2台
独头通风
4.0～5.0
中型凿岩机
凿岩
1台
贯穿风流
1.5
2台
贯穿风流
2.0
巷道型作业面
装载机出矿或
铲运机出矿
1台
贯穿风流
2.5～3.5
1台
独头通风
3.5～4.0
硐室型作业面
装载机出矿或
铲运机出矿
1台
贯穿风流
4.0～5.0
巷道型作业面
大型电耙出矿
1台
贯穿风流
2.5
中型电耙出矿
1台
贯穿风流
2.0
硐室型作业面
大型电耙出矿
1台
贯穿风流
4.0
中型电耙出矿
1台
贯穿风流
3.0
巷道型作业面
二次破碎
贯穿风流
1.5～2.0
b 按排尘风速计算风量
回采工作面按排尘风速计算风量公式如下
Q₁=Sv
式中 S—— 巷道型采场作业地点的过风断面，m²;
v—— 回采工作面要求的排尘风速， m/s 。 一般巷道型回采工作面取0.15～0.5m/s (断面小且凿岩机多时取大值，反之取小值，但必须保证一个工作面的风量 不低于1m³/s), 耙矿巷道取0.5m/s; 对于无底柱崩落采矿法的进路通风速度取0.3～0.4m/s, 其他巷道可取0.25m/s。
前一种方法，由于各种作业条件下产尘量的大小受多种因素影响，较难准确掌握，至 今未得到广泛使用。后一种方法是目前通用的计算方法。
根据采掘计划的作业安排和布置以及所采用的采矿方法分别计算各回采工作面的风量 后，累计总和即为回采工作面的总风量ZQ。
（2）大爆破回采工作面的风量计算
对于大爆破工艺的回采工作面，由于一次爆破炸药量较大，产生的炮烟量也相应增多。因此，在计算风量时，需考虑炸药量对通风量的影响。具体计算方法可根据实际情况进行适当调整，但基本思路与浅孔爆破相似。
A 大爆破后排烟风量计算
大爆破后，大量炮烟涌出到巷道中，其通风过程与巷道型采场相似。大爆破后通风的
风量按式(8-16)计算
式中 Q₁—— 回采工作面风量，m³/s;
t—— 回采工作面通风时间，s, 一般取7200～14400s;
x——炮烟涌出系数，参见表下表;
A——— 次爆破的炸药量，kg;
V——炮烟污染的巷道体积，m³
V=V₁+xAb
V 排风侧巷道容积，m³;
h 每千克炸药爆炸产生的炮烟总量， 一般取90L/kg。
B 大爆破后放矿时期风量计算
a 按排烟计算
在大爆破后放矿时期排出的炮烟有两个来源： 一是从矿石堆析出的炮烟，另一是二次爆破生成的炮烟，而后者往往是主要的。故计算排出这些炮烟时，可按二次爆破炸药量，并稍许加大即可。风量计算可用式计算
式 中 Q₁—— 工作面风量， m³/s;
t—— 二次爆破后的通风时间， 一般取300s;
A——二次爆破的炸药量， kg;
Lg——耙矿巷道长度的 一 半，m;
Sg——耙矿巷道横断面面积，m²。
b 按排尘计算
按排尘计算风量的方法同前，可按式计算。
大爆破作业多安排在周末或节假日进行，通常采用适当延长通风时间和临时调节风 流，加大爆破区通风量的方法。为了加速大爆破后的通风过程，在爆破前对爆破区的通风
路线要作适当调整，尽量缩小炮烟污染范围。
在矿井通风设计中，对矿井总风量的计算可不包括大爆破时所需要的风量，只按正常 作业所需要的风量计算即可。
备用回采工作面的需风量计算
备用回采工作面的需风量通常按照正常回采工作面的需风量的一定比例进行计算，以确保在需要时能够及时投入使用。
掘进工作面的需风量计算
掘进工作面的需风量主要根据掘进机械的功率、掘进速度以及巷道断面等因素进行计算。足够的通风量可以确保掘进过程中产生的粉尘和有害气体及时排出，保障掘进工作面的安全。
表 8 - 4 掘进工作面风量
序 号
掘进断面/m²
掘进工作面需风量/m³ ·s-1
备 注
1
<5.0
1.0～1.5
选用时，应使巷道平均风速大于 0.25m³/s
2
5.0～9.0
1.5~2.5
3
>9.0
2.5～3.5
(1)井下炸药库需风量。安全规程规定，井下炸药库要求独立通风，按火药库内空 气每小时须换气4次计算，即
Q=4V/3600
式中 Q—— 炸药库需风量， m³/s;
V——包括联络巷道在内的炸药库空间总体积， m³。
一般进行矿井设计时，按经验数据选取：大型炸药库的风量1.5～2m³/s; 中小型炸 药库的需风量一般取1～1.5m³/s。
(2)蓄电机车充电硐室需风量。充电硐室要求独立通风，其目的是将充电过程产生 的氢气量冲淡到允许浓度0.5%以下。
充电硐室氢气产生量按式(8-19)计算
q—— 氢气产生量， m³/h;
0.000627——1A 电流通过一个电池每小时产生的氢气量，m³;
P₁—— 充电硐室的气压， kPa;
t——硐室内空气温度，℃;
I₁,I₂,…,I,—— 对应各电池的充电电流，A;
a₁,a₂,…,an—— 蓄电池内电池数。
充电硐室需风量按式(8-20)计算
式中 Q—— 充电硐室需风量， m³/s。
(3)压气机硐室需风量。压气硐室内空气压缩机的运转，致使润滑油温度升高，润 滑油因高温分解，形成油蒸气及一氧化碳、沼气等有害气体，同时，由于空气压缩机的机 械运动，导致硐室环境温度升高，为此需对硐室进行独立通风。压气机硐室的风量按式 (8-21)计算
Q=0.04∑ N,式中Q——压气硐室需风量，m³/s;∑ N—— 硐室内所有电动机的功率总和， kW。
(4)中央变电室、绞车房、中央水泵房需风量。中央变电室、绞车房、中央水泵房 等硐室的风量按式(8-22)计算，但其回风可重新使用不计入矿井总风量中。
Q=0.08 ∑ N，Q—— 中央变电室、绞车房、中央水泵房等硐室需风量，m²/s;∑ N ，硐室内所有电动机的功率总和，kW。
(5)井下破碎硐室需风量。井下破碎硐室所需风量可按换气量计算。根据硐室的温 度、湿度和粉尘含量等因素综合考虑，硐室内每小时换气4～6次，通风效果良好。如果 无除尘设施或除尘设备不完善，则每小时换气次数可适当增加。另外，还应考虑所选用的除尘设备计算风量。
(6)装卸矿硐室需风量。装卸矿硐室的需风量一般取1.5～2m³/s。
独立风流硐室的需风量计算
独立风流硐室是指需要独立通风的硐室，如炸药库、变电所等。其需风量主要根据硐室的使用性质和空间大小进行计算，以确保硐室内的空气质量和安全。
风量备用系数的选取
风量备用系数K是考虑矿井的漏风、风量调整不及时、生产不均衡等因素而选取的。其取值范围通常为1.25～1.5。具体取值应根据矿井的实际情况和通风系统的特点进行确定。
三、全矿所需通风量计算的意义
全矿所需通风量的计算对于矿井的安全生产和通风系统的设计具有重要意义。首先，准确的通风量计算可以确保矿井中的有害气体和粉尘得到有效排除，保障矿工的呼吸安全。其次，合理的通风量分配可以调节矿井内的气候，为矿工创造舒适的工作环境。此外，通风量的计算还为通风设备的选择和通风系统的优化提供了重要依据。
四、结语
全矿所需通风量的计算是矿业生产中不可或缺的一环。通过科学的计算方法和合理的风量分配，可以确保矿井的安全生产和矿工的身体健康。随着科技的不断进步和矿业生产的不断发展，全矿所需通风量的计算方法也将不断完善和优化，为矿业生产的可持续发展提供有力保障。
