礦井自然風(fēng)壓的影響因素和控制與利用

熊小剛

摘 要：研究自然風(fēng)壓的控制和利用具有重要意義，本文主要對(duì)影響自然風(fēng)壓的因素、礦井自然風(fēng)壓的控制與利用進(jìn)行闡述。

關(guān)鍵詞：礦井;自然風(fēng)壓;控制;利用

一、影響自然風(fēng)壓的因素

礦井自然風(fēng)壓在一年之間（甚至一天之間）是不斷變化的。圖1是某鉛鋅礦自然風(fēng)壓變化規(guī)律形曲線，二月份自然風(fēng)壓達(dá)到最大為262.7Pa，8月份自然風(fēng)壓最小值為-118.2Pa，自然風(fēng)壓波動(dòng)范圍為380.9Pa。自然風(fēng)壓作用方向大多數(shù)時(shí)間為正，即自然風(fēng)壓方向與風(fēng)機(jī)作用方向一致，有利于礦井通風(fēng)。在6月至9月中旬期間，自然風(fēng)壓值為負(fù)，表示此時(shí)段內(nèi)，自然風(fēng)壓作用方向與風(fēng)機(jī)作用方向相反。對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)而言，自然風(fēng)壓起一個(gè)阻力作用，不利于礦井通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定、高效工作。

根據(jù)礦井自然風(fēng)壓的定義，可以把自然風(fēng)壓看成是空氣密度（ρ）和井巷深度（Z）的函數(shù)，

而空氣密度與空氣溫度、壓力、濕度和成分等息息相關(guān)。影響礦井自然風(fēng)壓的主要因素包括溫度、空氣狀態(tài)、標(biāo)高、扇風(fēng)機(jī)工作狀態(tài)、風(fēng)量大小、礦井的工作水平數(shù)、開(kāi)拓系統(tǒng)布局等，一些具體因素分析如下。

1.溫度

礦井某一回路中兩側(cè)空氣柱溫差是影響自然風(fēng)壓的主要因素。影響氣溫差的主要因素是地面人風(fēng)口氣溫和風(fēng)流與圍巖的熱交換。其影響程度隨礦井的開(kāi)拓方式、開(kāi)采深度、地形和地理位置的不同而有所變化。大陸性氣候的山區(qū)淺井，自然風(fēng)壓的大小和方向受地面氣溫的影響較為明顯，一年四季，甚至?xí)円怪g都有明顯的變化。由于風(fēng)流與圍巖的熱交換作用使機(jī)械通風(fēng)的回風(fēng)井一年四季中氣溫變化不大，而地面進(jìn)風(fēng)井的氣溫則隨季節(jié)變化，兩者綜合作用的結(jié)果，導(dǎo)致一年中自然風(fēng)壓發(fā)生周期性變化。但對(duì)于深井，其自然風(fēng)壓受圍巖熱交換的影響很顯著，一年四季變化較小。

2.空氣成分和濕度

空氣成分和濕度影響空氣密度，因而對(duì)自然風(fēng)壓也有一定的影響，但影響較小。

3.井深

當(dāng)兩側(cè)空氣柱溫差一定時(shí)，自然風(fēng)壓與回路中最高與最低點(diǎn)（水平）之間的高差成正比。

4.風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)

風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)對(duì)自然風(fēng)壓的大小和方向也有一定的影響。因?yàn)榈V井主要通風(fēng)機(jī)工作決定了主風(fēng)流方向，加之風(fēng)流與圍巖之間的熱交換，使冬季回風(fēng)井氣溫高于進(jìn)風(fēng)井，在進(jìn)風(fēng)井周圍形成了冷卻帶后，即使風(fēng)機(jī)停轉(zhuǎn)或通風(fēng)系統(tǒng)改變，兩個(gè)井筒之間在一定時(shí)期內(nèi)仍有一定的溫差，從而仍有一定的自然風(fēng)壓起作用。有時(shí)甚至?xí)蓴_通風(fēng)系統(tǒng)改變后的正常通風(fēng)工作，這在建井時(shí)期表現(xiàn)尤為明顯。

二、礦井自然風(fēng)壓的控制與利用

研究自然風(fēng)壓的控制和利用具有重要意義。在生產(chǎn)過(guò)程中，自然風(fēng)壓的控制與利用的措施主要有如下幾方面。

（1）新設(shè)計(jì)礦井在選擇開(kāi)拓方案、擬定通風(fēng)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)充分考慮利用地形和當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c(diǎn)，使在全年大部分時(shí)間內(nèi)自然風(fēng)壓作用的方向與機(jī)械通風(fēng)風(fēng)壓的方向一致，以便利用自然風(fēng)壓。例如，在山區(qū)要盡量增大進(jìn)、回風(fēng)井井口的高差;進(jìn)風(fēng)井井口布置在背陽(yáng)處等。

（2）根據(jù)自然風(fēng)壓的變化規(guī)律，應(yīng)適時(shí)調(diào)整主要通風(fēng)機(jī)的工況點(diǎn)，使其既能滿足礦井通風(fēng)需要，又可節(jié)約電能。例如，在冬季自然風(fēng)壓幫助機(jī)械通風(fēng)時(shí)，可采用減小風(fēng)機(jī)葉片安裝角度或調(diào)低轉(zhuǎn)速方法降低機(jī)械風(fēng)壓。

（3）為了控制和利用自然風(fēng)壓，可人工調(diào)整進(jìn)、回風(fēng)井內(nèi)空氣的溫差。有些礦井在進(jìn)風(fēng)井巷設(shè)置水幕或者淋水，以冷卻空氣，同時(shí)起到凈化風(fēng)流的作用。

（4）在多井口通風(fēng)的山區(qū)，要掌握自然風(fēng)壓的變化規(guī)律，防止因自然風(fēng)壓作用造成某些巷道無(wú)風(fēng)或反向而發(fā)生事故。

（5）為了防止風(fēng)流反向，必須做好調(diào)查研究和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)工作，掌握礦井通風(fēng)系統(tǒng)和各回路的自然風(fēng)壓和風(fēng)阻，以便在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候采取相應(yīng)的措施。

（6）在建井時(shí)期，要注意因地制宜和因時(shí)制宜利用自然風(fēng)壓通風(fēng)，如在表土施工階段可利用自然通風(fēng);在主副井與風(fēng)井貫通之后，有時(shí)也可利用自然通風(fēng);有條件時(shí)還可利用鉆孔構(gòu)成回路，形成自然風(fēng)壓，解決局部地區(qū)通風(fēng)問(wèn)題。

（7）利用自然風(fēng)壓做好非常時(shí)期通風(fēng)。一旦主要通風(fēng)機(jī)因故遭受破壞時(shí)，便可利用自然風(fēng)壓進(jìn)行通風(fēng)。這在礦井制定事故預(yù)防和處理計(jì)劃時(shí)應(yīng)予以考慮。

圖2（a）是某礦因自然風(fēng)壓使風(fēng)流反向的示意圖。該礦為抽出式通風(fēng)，冬季ab平硐和db豎井進(jìn)風(fēng)，Qab=2000m3/min，夏季平硐自然風(fēng)壓作用方向與主要通風(fēng)機(jī)的相反，平硐風(fēng)流反向，出風(fēng)量Qab=3000m3/min。如果要防止平硐ab風(fēng)流反向，需要確定以下有關(guān)條件和采取預(yù)防措施。如圖2（b）所示，對(duì)出風(fēng)井來(lái)說(shuō)夏季存在兩個(gè)系統(tǒng)自然風(fēng)壓。

則ab段風(fēng)流反向。根據(jù)式（3），可采用下列措施防止ab段風(fēng)流反向：①加大RD;②增大Hs;③在a點(diǎn)安裝風(fēng)機(jī)向巷道壓風(fēng)。