基于熱風(fēng)壓理論下的通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析

【摘要】通過對熱風(fēng)壓形成原理和影響因素的分析，結(jié)合礦井現(xiàn)場實際，分析了受熱風(fēng)壓控制的巷道風(fēng)流變化規(guī)律，提出了治理措施，對提高礦井抗災(zāi)能力和實現(xiàn)安全生產(chǎn)有重要意義。

【關(guān)鍵詞】熱風(fēng)壓；通風(fēng)系統(tǒng)；治理措施

隨著礦井開采深度的不斷增加，以及大功率機電設(shè)備的應(yīng)用，熱害成為制約礦井安全生產(chǎn)和影響井下作業(yè)環(huán)境的主要災(zāi)害之一。井下氣溫的升高不但危害作業(yè)人員的身體健康，降低勞動生產(chǎn)效率和增加事故發(fā)生率，而且，局部地點風(fēng)流溫度升高，造成通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中巷道風(fēng)流與環(huán)境熱交換不同，從而使通風(fēng)回路中產(chǎn)生自然風(fēng)壓，即熱風(fēng)壓，而導(dǎo)致通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)風(fēng)流紊亂，破壞通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)壓平衡。通風(fēng)系統(tǒng)的不穩(wěn)定同時造成瓦斯積聚、煤層自燃、工作地點風(fēng)量不足等危害，嚴重威脅礦井安全。因此，研究礦井熱風(fēng)壓對通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，對實現(xiàn)安全生產(chǎn)有著非常重要的意義。

1.熱風(fēng)壓的形成原理及影響因素

1.1圍巖與風(fēng)流進行熱交換引起風(fēng)溫變化。礦井地溫分為變溫帶、恒溫帶、增溫帶，恒溫帶、變溫帶受地表大氣溫度的影響，而且范圍較小，而增溫帶巖石溫度受地球內(nèi)熱影響，礦井垂深越大，圍巖溫度越高。圍巖與風(fēng)流的熱交換屬于復(fù)雜的不穩(wěn)定換熱過程，當(dāng)風(fēng)流溫度低于圍巖溫度時，圍巖釋放熱量，同時圍巖溫度降低，風(fēng)流溫度上升；當(dāng)風(fēng)流溫度高于圍巖溫度時，相反風(fēng)流溫度降低，圍巖在一定范圍內(nèi)溫度降低。

1.2機電設(shè)備散熱引起局部地點風(fēng)流溫度升高。隨著礦井現(xiàn)代化程度的提高，大功率現(xiàn)代化的機電設(shè)備投入使用，設(shè)備在運行過程中將電能轉(zhuǎn)化為動能，同時一部分能量轉(zhuǎn)化為熱能，并散發(fā)到礦井風(fēng)流中，造成風(fēng)流溫度升高。由于機電設(shè)備安裝、分布相對比較集中，造成通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中的各分支風(fēng)流與外界環(huán)境的熱交換不平衡，局部地點風(fēng)流溫度升高，在并聯(lián)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)回路中，分支溫差較大，形成熱風(fēng)壓影響通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性。

1.3其他熱源主要有煤壁氧化、施工人員散熱、管線散熱等形式，由于散熱量小，在井下分布比較分散，從生成熱風(fēng)壓的角度出發(fā)，對礦井通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性影響較小。

2.熱風(fēng)壓對礦井通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響

2.1多風(fēng)井進風(fēng)系統(tǒng)

以我礦為例，礦井共有3個進風(fēng)井筒，其中皮帶井安裝有運煤皮帶，負責(zé)運人、運煤，管子井、矸石井負責(zé)提升物料。由于皮帶井與管子井、矸石井構(gòu)成回路，冬季時，皮帶井與其他井筒通風(fēng)環(huán)境不同，皮帶運行、井口暖氣裝置、風(fēng)量相對較小等因素影響，使皮帶井溫度高于其他井筒，井筒之間的溫差造成皮帶井一路產(chǎn)生與風(fēng)流方向相反的熱風(fēng)壓，受地面氣溫和機電設(shè)備散熱等因素影響，井筒溫差越大，熱風(fēng)壓越大，當(dāng)皮帶井的風(fēng)量越小、風(fēng)阻越大時，風(fēng)流越容易逆轉(zhuǎn)或停滯，進風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性越差。

2.2上山并聯(lián)進風(fēng)系統(tǒng)

在礦井通風(fēng)管理中，很少出現(xiàn)采區(qū)并聯(lián)上山的分支風(fēng)流反向現(xiàn)象，主要原因是皮帶運輸機上山中設(shè)備多，巷道面貌差，從行人和防塵角度考慮，往往控制皮帶上山的進風(fēng)，而安裝了調(diào)節(jié)設(shè)施，使皮帶運輸機上山的風(fēng)阻很大，所以在采區(qū)并聯(lián)上山進風(fēng)系統(tǒng)中很少出現(xiàn)風(fēng)流反向現(xiàn)象。但風(fēng)流不反向并不能說明分支中的進風(fēng)量不變化，由于皮帶巷道與另一分支之間的溫差，形成熱風(fēng)壓，特別是在冬季時，回路中熱風(fēng)壓加大，采區(qū)進風(fēng)量將發(fā)生變化，而導(dǎo)致采區(qū)中用風(fēng)地點的風(fēng)量變化，對礦井的安全生產(chǎn)造成影響，應(yīng)引起注意。

2.3下山并聯(lián)進風(fēng)系統(tǒng)

當(dāng)?shù)V井內(nèi)部采區(qū)存在兩條并聯(lián)的下山進風(fēng)巷道，如果一條巷道內(nèi)有皮帶、開關(guān)、移動變電站等機電設(shè)備時，由于皮帶運轉(zhuǎn)摩擦、電機散熱和其他機電設(shè)備散熱的原因，使進風(fēng)下山溫度高于其他并聯(lián)的進風(fēng)巷道，在熱風(fēng)壓的影響下，與熱風(fēng)壓方向相反的下山進風(fēng)巷道風(fēng)量隨著熱風(fēng)壓的增大而逐漸減小，并與采區(qū)的總進風(fēng)量和內(nèi)部風(fēng)阻的大小有關(guān)。當(dāng)采區(qū)總進風(fēng)量越小、旁支進風(fēng)巷道風(fēng)阻越小、產(chǎn)生熱風(fēng)壓地點前后主進主回巷道風(fēng)阻越大時，越容易發(fā)生風(fēng)流停滯或逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象。

2.4主進主回系統(tǒng)

在礦井主要進回風(fēng)巷道中存在熱風(fēng)壓或季節(jié)性自然風(fēng)壓時，存在提高通風(fēng)能力和阻礙通風(fēng)兩種情況。在進風(fēng)側(cè)時，巷道標(biāo)高由高到低，熱風(fēng)壓與風(fēng)機全風(fēng)壓方向相反，從而阻礙礦井通風(fēng)，增加了礦井主要通風(fēng)機的工作阻力，導(dǎo)致耗電量增大；在標(biāo)高由低到高的回風(fēng)側(cè)時，熱風(fēng)壓作用方向與全風(fēng)壓相同，促進通風(fēng)，提高了礦井通風(fēng)能力，我們可以利用這種特性，調(diào)整風(fēng)機工況點，在滿足礦井風(fēng)量需求的前提下實現(xiàn)節(jié)能降耗。

3.熱風(fēng)壓治理措施

通過上述分析，我們可以看出熱風(fēng)壓對礦井通風(fēng)系統(tǒng)的影響是客觀存在的，并且在一定條件下可以造成井下局部地點風(fēng)流紊亂，從而導(dǎo)致災(zāi)害事故發(fā)生。但是只要采取合理的控制措施，加強檢測監(jiān)控，提高礦井通風(fēng)能力，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，及時調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)，我們是可以杜絕通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)流紊亂事故發(fā)生的。

（1）各采區(qū)機電峒室、絞車房、變電所全部采取獨立通風(fēng)，避免將機電設(shè)備布置在采區(qū)進風(fēng)巷和采區(qū)上下山，而使整個采區(qū)進風(fēng)流增溫和產(chǎn)生位能差，有利于形成熱風(fēng)壓，特別是發(fā)生火災(zāi)時將嚴重影響礦井安全。

（2）采取積極的降溫措施，降低機電設(shè)備散熱對周圍環(huán)境的影響。除增加巷道風(fēng)量外，還應(yīng)安設(shè)噴霧裝置，并且加強機電設(shè)備的維護維修，降低自身散熱量。

（3）優(yōu)化采區(qū)巷道布置，簡化通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)。選擇合理的開采布置方式，盡量減小采區(qū)并聯(lián)進風(fēng)分支，特別是杜絕角聯(lián)分支。

（4）盡量將運輸上山和運輸巷設(shè)置為回風(fēng)巷，工作面采用上行風(fēng)，移動變電站、壓風(fēng)機等散熱量較大設(shè)備盡量設(shè)在在回風(fēng)側(cè)，并安設(shè)瓦斯探頭。

（5）加強風(fēng)量檢測和溫度測量，對溫度增高，風(fēng)量變化較大的巷道要重點監(jiān)控，并查明原因，及時處理，避免各巷道之間增大溫差。

4.結(jié)束語

通過對礦井熱風(fēng)壓影響通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性的分析，只要采取合理生產(chǎn)布局，可靠的控制措施，加強風(fēng)量和溫度的檢測監(jiān)控，及時調(diào)整和優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)，對于機電設(shè)備散熱和季節(jié)變化產(chǎn)生的熱風(fēng)壓，對礦井通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性影響可以降低到最小，并且能完全杜絕風(fēng)流紊亂現(xiàn)象的發(fā)生。因此，在通防安全管理工作中，研究熱風(fēng)壓對通風(fēng)系統(tǒng)的影響規(guī)律，合理控制并加以利用，可以提高礦井抗災(zāi)能力，促進礦井實現(xiàn)安全生產(chǎn)。

作者簡介

李貞德（1968-），男，山東泰安人，副總工程師，畢業(yè)于山東科技大學(xué)采礦專業(yè)，現(xiàn)在山東華泰礦業(yè)有限公司從事通防安全管理工作。