礦井自然通風的利用和控制

易成龍，余青龍，范全勝

（云南安坤安防工程有限公司，云南 德宏 678400)

隨著國家對安全的越來越重視，單一的自然通風方式已經(jīng)很難適應礦山安全生產(chǎn)的要求。特別是在地下礦山炮煙中毒導致安全事故所占比例居高不下的局面下，僅依靠自然通風系統(tǒng)已滿足不了當下政策要求，隨之而來的機械通風被國家定位強制性執(zhí)行標準。

但在我國南部，特別是高山平硐型礦山占比相當大的情況下，怎么利用良好的自然通風條件，與機械通風合理的結(jié)合，為礦山降低能耗，提高礦山的經(jīng)濟效益，成為礦山管理者應該思考的問題。在這里我們僅針對高山平硐型礦山作為課題來探討。

自然通風是礦井通風系統(tǒng)的重要組成部分，特別是在本文所探討的平硐高山型這一類型的礦井中，自然通風在礦山整個通風系統(tǒng)中占比達30%～50%，直接影響主通風系統(tǒng)的運行。

因此我們應充分掌握自然通風這一規(guī)律，加以合理利用，使礦山系統(tǒng)處于最佳的狀態(tài)，最后以達到滿足礦山安全生產(chǎn)、經(jīng)濟效益的要求。

1 礦井自然通風的形成條件

礦井自然通風是指在自然風壓作用下風流不斷流過礦井而形成的通風過程。它是客觀存在的一種自然現(xiàn)象。因它受季節(jié)氣溫影響對礦井通風有時有利，有時又不利，有時還擾亂原來擬定的通風系統(tǒng)。

據(jù)研究表明，風流流動會產(chǎn)生熱交換，使得礦井進、出風側(cè)（或進、出風井筒）產(chǎn)生溫度差而導致其平均空氣密度不等，造成了空氣柱壓力不等，從而形成了壓力差，這個壓力差就是自然風壓。

影響自然風壓的決定性因素是進回風兩側(cè)空氣柱的密度差，而空氣柱的密度又受進、回風井兩側(cè)溫度、大氣壓力、氣體常數(shù)和相對濕度等因素影響。其中溫度是影響礦井進回風兩側(cè)空氣柱密度的主要因素。同時自然風壓還與井深有關(guān)，當?shù)V井兩側(cè)空氣柱溫度一定時，自然風壓的大小與進回風井高差成正比。

2 礦井自然通風的規(guī)律

根據(jù)自然風壓的影響因素分析，自然通風效果最好的季節(jié)是夏冬兩季。以我國南方某鉛鋅礦山為例，礦山地處低維高原，屬南亞熱帶季風氣候，具有夏長冬短、干濕分明、冬無嚴寒、夏無酷暑，日照時間長、雨量充沛等特點。年平均氣溫19.3℃，冬季（12～2月）平均氣溫12.8℃，春季（3～5月）平均氣溫18.6℃，夏季（6～8月）平均氣溫23.9℃，秋季（9～11月）平均氣溫19.2℃。年平均降雨量1654.6mm，雨季（5～10月）降水量占全年降水量的89%，年平均降雨日數(shù)170天。

礦山目前已形成8個中段，最低中段為1632m平硐，主回風井口1962m，采深330m，根據(jù)礦山實際現(xiàn)狀測定，該礦山總通風阻力為458Pa。該礦山全年月度平均大氣溫度曲線圖如圖1所示。

礦山自然風壓按“科馬洛夫”公式計算：

式中：

He—礦井自然壓力，Pa；

p—大氣壓力，礦山所在地區(qū)約為81000Pa；

H—礦井開采深度，m；

T1—進風側(cè)平均溫度，K；

T2—回風側(cè)平均溫度，K；

R—礦井空氣常數(shù)，取287J/（kg·K）。

根據(jù)全年月度平均大氣溫度，計算得出全年各月度平均自然風壓。其曲線圖如圖2所示。

圖2 全年各月度平均自然風壓曲線圖

從計算結(jié)果可以看出，該礦山自然通風存在以下三個規(guī)律：

（1）該礦山自然通風在6、7、8、9四個月為下行風流，在10、12、1、2、3、4、5八個月為上行風流，上行風流時間較長，通常是當大氣溫度低于礦區(qū)常年大氣平均溫度時，自然通風表現(xiàn)為上行通風方式，當大氣溫度高于礦區(qū)常年大氣平均溫度時，自然通風表現(xiàn)為下行通風方式。

（2）礦山的自然風壓與溫差成正比。對于溫度低于礦區(qū)常年大氣平均溫度的時間段時，礦山上行通風的風壓隨著溫差是成正比變化的。對于溫度高于礦區(qū)常年大氣平均溫度的時間段時，礦山下行通風的風壓隨著溫差的變化也是成正比關(guān)系的。

（3）礦山自然風壓無法滿足安全生產(chǎn)要求。從計算結(jié)果看出，礦山自然風壓均小于礦山所需的總風壓，無法滿足礦山對通風安全的要求，必須要實行機械通風才能保證井下作業(yè)的安全。

3 礦井自然通風的合理利用

根據(jù)我國南部某地區(qū)多年統(tǒng)計的關(guān)于炮煙中毒窒息的事故來看，夏季6～10月份，特別是6月和9月份，是礦山炮煙中毒窒息事故高發(fā)時間段，造成這種現(xiàn)象的原因，主要原因是礦山自然通風效果較好，而未真正實行機械通風系統(tǒng)，在氣溫變化的季節(jié)，進回風井形成的自然風壓較小，巷道內(nèi)風量、風速等無法滿足排出炮煙的要求，導致作業(yè)人員吸入高濃度炮煙而發(fā)生中毒事故。

為了預防該類事故的發(fā)生，且又能充分利用這一自然規(guī)律，這就需要礦山企業(yè)從設計階段就考慮到自然通風的影響，通過建立完善的通風系統(tǒng)，降低礦井通風阻力，人為設置硐口調(diào)節(jié)風墻等措施來合理利用自然通風。

3.1 建立完善的通風系統(tǒng)

在高山平硐型礦井，從計算模型來分析，一個年度內(nèi)上行自然通風的時間一般要比下行的更多一些，而且普遍存在上行自然風壓也更大一些。

為了合理利用這一規(guī)律，在設計通風系統(tǒng)時，應多采用抽出式機械通風系統(tǒng)，利用低溫季節(jié)的上行自然風流為主，而對高溫季節(jié)的下行自然風流采取適當?shù)南拗拼胧赃_到不擾亂和破壞主通風系統(tǒng)。

在低溫季節(jié)，因自然風壓較大，可以通過調(diào)節(jié)主扇風機的工況點參數(shù)，來降低風機的能耗，在高溫季節(jié)，因自然風流與主風流方向相反，采用多設置調(diào)節(jié)風門以及及時封閉采取和廢棄井巷的措施減少下行自然風流的風量，從而減輕自然風壓的影響。

3.2 降低礦井通風摩擦阻力

在自然風壓一定時，降低風阻就能提高風量，而影響風阻的主要因素又與過風斷面、支護型式、巷道長度有關(guān)。巷道長度、支護型式在開拓過程中就已形成，難以改變，因此通過增大過風斷面是比較可靠的方式。在實際生產(chǎn)中，可采用增加進風巷的數(shù)目，利用多中段同時進風的方法，并清除進風巷道內(nèi)雜物，來大大降低礦井通風阻力，最終增大風量，達到改善通風效果的目的。

3.3 設置調(diào)節(jié)風墻，防止外部紊亂風流的影響

因該類型礦井多處于山區(qū)，山區(qū)內(nèi)經(jīng)常存在紊亂的風流，會直接影響礦山的通風效果，因此為避免受其影響，我們應將平硐進風方向與當?shù)爻Ｄ曛鲗эL流方向一致，同時還應在硐口外設置調(diào)節(jié)風墻來阻止紊亂風流的影響。

4 結(jié)語

通過理論計算，以及結(jié)合歷史數(shù)據(jù)，中小型礦山，特別是那些山區(qū)平硐開拓的中小型礦井，自然通風起了相當大的作用。

今后我們應做好自然風壓的測定工作，掌握自然通風的規(guī)律，然后結(jié)合礦山現(xiàn)有的通風系統(tǒng)，利用這一規(guī)律，優(yōu)化礦山主通風系統(tǒng)，以幫助礦山企業(yè)改善通風安全現(xiàn)狀，降低通風動力費，提高礦山的效益。