自然風壓對礦井通風系統(tǒng)的影響及治理對策

左照全

（山西介休義棠瑞東煤業(yè)公司，山西 介休 032000）

·專題綜述·

自然風壓對礦井通風系統(tǒng)的影響及治理對策

左照全

（山西介休義棠瑞東煤業(yè)公司，山西 介休 032000）

由于井下巷道高差不一，聯(lián)系緊密，使得巷道中空氣的溫度和密度不同，必然會產(chǎn)生自然風壓。自然風壓的存在，將會導致礦井通風網(wǎng)絡中某些分支的風流發(fā)生變化，進而影響風流的穩(wěn)定，影響礦井的安全生產(chǎn)。因此，分析自然風壓對礦井通風系統(tǒng)的影響，對礦井的安全生產(chǎn)是十分必要的。針對山西介休義棠瑞東煤業(yè)基建期間行人斜井出現(xiàn)回風問題，通過實例，分析了造成行人斜井回風產(chǎn)生的原因及其對通風系統(tǒng)的影響，提出了治理對策。

自然風壓；影響；治理；對策

在礦井通風的閉合回路中，由于風流的始末點存在著壓力差，促使空氣能夠在井巷中流動；欲使空氣沿礦井巷道源源不斷地流動，就必須克服空氣流動時所受到的阻力。眾所周知，冷而重的空氣向下流動，熱而輕的空氣向上流動，這種自然因素作用就形成了自然通風。由于井下巷道高差不一，縱橫交錯且聯(lián)系緊密，使得巷道中空氣的溫度和密度不一定相等，必然會產(chǎn)生自然風壓。礦井自然風壓的大小，主要取決于礦井進風側(cè)和回風側(cè)的空氣密度，而密度不等的主要原因是進風側(cè)和回風側(cè)的溫度不同。溫差越大，井筒越深，則兩側(cè)空氣柱的重力差就越大，礦井的自然風壓也就越大。

自然風壓是引起礦井通風動力工作不穩(wěn)定的因素之一。它對風流穩(wěn)定性的影響不僅表現(xiàn)為影響主扇的工況點，而且還會引起通風網(wǎng)絡中某些分支風流發(fā)生變化，使一些風流原本比較穩(wěn)定的巷道內(nèi)風量減少或者停滯，甚至出現(xiàn)反向。如當多個進風通路的通風系統(tǒng)，尤其是存在的角聯(lián)系統(tǒng)，在冬季或夏季，若主扇風機分配到角聯(lián)系統(tǒng)兩端的風壓較小，就有可能在此角聯(lián)系統(tǒng)發(fā)生風流反向，在這種情況下，通風管理難度加大。下面就山西介休義棠瑞東煤業(yè)行人斜井出現(xiàn)風流反向現(xiàn)象進行分析。

1 礦井概況

山西介休義棠瑞東煤業(yè)有限公司井田位于介休市西南綿山鎮(zhèn)后黨峪村一帶，距介休市直距8 km，行政區(qū)劃隸屬介休市綿山鎮(zhèn)管轄；井田地處呂梁山東麓緊臨太原盆地的山前丘陵地帶；本區(qū)屬大陸性氣候，冬寒夏暖，春季多風，秋季涼爽，四季分明。礦井為兼并重組整合礦井，設計生產(chǎn)能力為120萬t／年，整合后共有4個井筒，分別為主斜井、副斜井、行人斜井和回風立井，井田內(nèi)的3條斜井作為進風井，并負責出煤、運料、行人，礦井采用主要通風機抽出式通風。主通風機型號為FBCDZ-10-No3．0／355×2，4個井筒標高大致相等。該礦屬基建礦井，2012年8月底，井下一、二期工程全部按計劃完工，10月底首采工作面形成并具備安裝條件。

2 出現(xiàn)的問題

2011年11 月6日7：45左右，安檢員向調(diào)度匯報，行人斜井井筒內(nèi)風流出現(xiàn)反向，由進風變?yōu)槌鲲L并伴有霧氣。接到報告后，礦相關職能部門立即組織力量趕赴現(xiàn)場，對行人斜井的出風流進行了檢測，證實無有害氣體后，隨即下井進行全面排查，排查中發(fā)現(xiàn)，下組煤副斜井車場與行人斜井之間聯(lián)絡巷發(fā)生風流反向，然后通過行人斜井井筒流出，嚴重干擾了礦井通風系統(tǒng)的正常運行。礦井通風示意圖見圖1。

圖1 礦井通風示意圖

3 原因分析

1）自然風壓熱位差的影響。

行人斜井出現(xiàn)反風后，通過檢測結果顯示：地面大氣溫度0℃，副斜井口進風溫度2℃，副斜井井底溫度4℃；行人斜井井口溫度為9℃，行人斜井井底溫度14℃。由于副斜井進的是干冷空氣，行人斜井出的是近于飽和的風流，由此可認為副斜井和行人斜井的空氣密度不同，副斜井的空氣密度大于行人斜井的空氣密度。

副斜井風流溫度從上往下逐漸升高，可推斷沿程斷面出現(xiàn)了溫度差，導致空氣密度出現(xiàn)差異；同理，行人斜井風流從下往上空氣溫度逐漸降低，也同樣出現(xiàn)沿程斷面上的溫度差和密度差。兩個井筒密度差不同的結果，使得同一水平標高空氣柱的重力不同，從而形成水平熱位差，由于水平熱位差的逐步累加形成的自然熱位差作用，造成副斜井空氣柱的重力壓力大于行人斜井空氣柱的重力壓力，這就是行人斜井出現(xiàn)回風的原因。

2）行人斜井溫度高的原因。

行人斜井溫度高的原因：a）由于行人斜井擔負人員出入井的責任，架空人車的不斷運行和人員的呼吸過程，導致行人斜井風流溫度高于副斜井風流。在自然風壓較小的夏季，行人斜井的進風量就比副斜井小。到了冬季，井下圍巖都向進風風流散熱，副斜井風量大，從井壁周圍向風流散發(fā)的熱量被分散到更大體積的空氣中去，風流的溫度上升的數(shù)值??；而行人斜井的風量小，風流的溫度上升的數(shù)值大，隨著氣候由夏季向冬季過渡，行人斜井風流在圍巖散熱和架空人車運行過程散熱的雙重作用下，其溫度上升值比副斜井風流大得多，最終出現(xiàn)自然風壓增大并導致風流反向，隨著風流反向的出現(xiàn)，行人斜井的溫度越來越高，使得副斜井、行人斜井的溫度差越來越大，副斜井、行人斜井閉合回路的自然風壓也越來越大，將形成惡性循環(huán)，使得風流反向問題更加嚴重。b）行人斜井井口房封閉比較嚴密，所有能進風的斷面相加達不到設計斷面的1／2，因行人斜井進風斷面過小，導致阻力加大，外界的冷空氣不能補充，進入行人斜井的風量大大減少，行人斜井風流溫度高于副斜井。

3）行人斜井出現(xiàn)霧氣。

礦井空氣的濕度是隨著地面空氣濕度和井下滴水情況不同而變化的。在冬季，當含有一定量水蒸汽的冷空氣進入井下時，氣溫逐漸升高，容積逐漸增大，其飽和能力也逐漸增強，沿途要吸收巷道中的水分；行人斜井溫度的升高，也造成空氣吸收水分的能力增強，空氣的相對濕度也增大?？諝馕账趾螅瑴囟葧饾u降低，當空氣溫度降低到一定程度后，會使一部分水蒸氣沿途釋放掉，在釋放的過程中，形成霧氣隨風流沿行人斜井流出。

4）井下存在角聯(lián)巷道，受自然風壓影響較大。

由于該礦副斜井石門、行人斜井集中行人平巷、一采區(qū)運輸上山、一采區(qū)軌道上山之間呈現(xiàn)典型的“H”型網(wǎng)絡，其網(wǎng)絡中角聯(lián)分支的風流方向和大小隨著其兩端連接分支的風阻和風量變化而變化。因此，由于自然風壓的作用，使行人斜井在冬季容易出現(xiàn)進風量減少的情況，當自然風壓超過行人斜井的通風阻力時，行人斜井即出現(xiàn)風流反向的現(xiàn)象。

4 對策

行人斜井出現(xiàn)反風后，經(jīng)過分析，找出了出現(xiàn)反風的原因：副斜井、行人斜井的進風量與溫度差是行人斜井出現(xiàn)反風的主要原因。兩井進風量差值越大，進風流的溫度差就越大，行人斜井反風現(xiàn)象越嚴重。為徹底根治行人斜井風流反向，在保證主斜井進風量不變的情況下采取了如下措施：

1）增大行人斜井的進風量，降低行人斜井進風溫度。

對行人斜井地面井口房進行了改造，擴大井口房連通外界的斷面，使其達到行人斜井的設計斷面，以滿足通風的要求，既減小了行人斜井進風端的通風阻力，又能使外界冷空氣源源不斷補充到行人井筒，這樣既增加了行人斜井進風量，又使井口的空氣溫度降低，霧氣變淡，回風量也逐漸減少，而后轉(zhuǎn)為回風。

2）減少副井的進風量，加大副井進風的阻力。

為了減少副井的進風量，在副斜井車場石門至一采區(qū)軌道上山之間增加調(diào)風設施，以增大副斜井進風端的風阻，控制副斜井的進風量，同時也增大了主要通風機作用于行人斜井的機械風壓，從而消除了行人斜井的風流反向。

3）嚴格通風系統(tǒng)管理。

在副斜井石門、行人斜井集中行人平巷與一采區(qū)軌道上山之間的聯(lián)巷設置了調(diào)風設施，并加強了通風管理，適當控制風阻的比例關系，有效防止了對角巷道風流方向改變。與此同時，對行人斜井至總回風巷之間巷道進行了徹底清理，使之保持暢通，以降低行人斜井主要風路的阻力，從而增加了行人斜井井筒的風速，降低了風流的溫度，減少了副斜井和行人斜井的溫差。

4）提高副斜井的進風溫度。

及時啟動空氣加熱設備，對進入副斜井的空氣進行預熱，提高進入副斜井的空氣溫度，用以增高進風流濕度，逐漸消除副斜井和行人斜井的溫差，從而減少其與行人斜井風流之間的空氣平均密度差，降低副斜井與行人斜井閉合回路的自然風壓。

通過采取以上有效措施，行人斜井霧氣開始變淡，隨后逐步消失；出風量逐漸減少，后由出風變?yōu)檫M風。約5 h后，行人斜井由出風量386 m3／min變?yōu)檫M風量1 022 m3／min，達到了礦井通風設計風量的要求，保證了礦井通風系統(tǒng)的合理運行和安全生產(chǎn)。

5 結束語

1）自然風壓既是礦井的通風動力，也可能是礦井的通風阻力；礦井在改變通風系統(tǒng)時，必須充分考慮自然風壓的作用；由于風流的溫度和濕度的變化，改變了風流的各種參數(shù)，使得礦井自然風壓值以及方向也隨之發(fā)生變化。

2）掌握自然風壓的變化規(guī)律，利用其變化特征，為完善合理的通風系統(tǒng)服務，滿足礦井通風的需要；通過改變主要通風機葉片安裝角的方法防止風流反向時，雖然能增大主要通風機的機械風壓，但也會增加電耗，考慮到井下風量的限制及經(jīng)濟合理性，風機風壓調(diào)節(jié)有一定的局限性。

3）在冬季，利用加熱設備對進風井風流進行預熱，必須考慮進入每個井筒的進風量，在保證井下實際需風的基礎上，合理調(diào)節(jié)進風比例和加熱量，以減少進入井底的溫差。同時，在空氣開始預熱的一天內(nèi)，要隨時測定進風井口和井底的溫度及風量，發(fā)現(xiàn)問題及時采取措施。另外，還必須加強加熱設備的檢查和維護保養(yǎng)，確保其穩(wěn)定運行。

4）實際工作中應避免使用角聯(lián)巷道，若不能避免時，必須加強通風管理，各段風路的風阻值不得隨意改變，一定要控制好風阻的比例關系，以防止由于對角巷道風流方向改變、停滯而形成瓦斯積聚，甚至造成瓦斯事故。

5）加強對礦井通風設施的管理，減少礦井漏風；合理調(diào)整通風系統(tǒng)，在日常管理過程中，要定期對通風系統(tǒng)進行分析，按照所確定的通風系統(tǒng)調(diào)整方案來調(diào)整通風系統(tǒng)。調(diào)整時不能因?qū)δ硞€地點的調(diào)整而影響其它地點通風系統(tǒng)的穩(wěn)定性；在通風系統(tǒng)正常的情況下，應有完善的通風設施，有較好的防止風流紊亂、保證風流穩(wěn)定的應急措施。

6）由于自然風壓的存在，干擾了通風系統(tǒng)穩(wěn)定運行，其防治措施和方法不是單一的，必須根據(jù)實際情況具體分析，因地制宜，進行多方案比較，選擇技術先進、經(jīng)濟合理的最優(yōu)方案，做到安全、有效、穩(wěn)定。

［1］ 吳中立．礦井通風與安全［M］．徐州：中國礦業(yè)學院出版社，1989：81-87．

The Impact of Natural Wind Pressure on the Mine Ventilation System and Countermeasures

Zuo Zhao-quan

Because the underground roadway elevation is different and closely linked，makes air temperature and density is different in tunnels，which will produce the natural wind pressure inevitably．The existence of the natural wind pressure，will lead to the wind flow of some branches in the mine ventilation network change，affect the stability of the wind flow and the safety of mine production．Therefore，the analysis of the effect of natural wind pressure on mine ventilation system is very necessary for the mine safety production．Aiming at the problems which are about the return air of the pedestrian inclined shaft during infrastructure of Shanxi Jiexiu Yitang Ruidong coal company，through instance，analyzes the causes of return air in pedestrian inclined shaft as well as the influence on the ventilation system and puts forward the countermeasures．

Natural wind pressure；Influence；Control；Countermeasures

TD72

B

1672-0652（2013）09-0043-03

2013-06-05

左照全（1968—），男，山西介休人，1993年畢業(yè)于山西礦業(yè)學院，工程師，主要從事礦井生產(chǎn)技術管理工作（E-mail）youshan_zheng1184＠163．com