自然风压对矿井通风系统的影响及治理对策

左照全

（山西介休义棠瑞东煤业公司，山西 介休 032000）

·专题综述·

自然风压对矿井通风系统的影响及治理对策

左照全

（山西介休义棠瑞东煤业公司，山西 介休 032000）

由于井下巷道高差不一，联系紧密，使得巷道中空气的温度和密度不同，必然会产生自然风压。自然风压的存在，将会导致矿井通风网络中某些分支的风流发生变化，进而影响风流的稳定，影响矿井的安全生产。因此，分析自然风压对矿井通风系统的影响，对矿井的安全生产是十分必要的。针对山西介休义棠瑞东煤业基建期间行人斜井出现回风问题，通过实例，分析了造成行人斜井回风产生的原因及其对通风系统的影响，提出了治理对策。

自然风压；影响；治理；对策

在矿井通风的闭合回路中，由于风流的始末点存在着压力差，促使空气能够在井巷中流动；欲使空气沿矿井巷道源源不断地流动，就必须克服空气流动时所受到的阻力。众所周知，冷而重的空气向下流动，热而轻的空气向上流动，这种自然因素作用就形成了自然通风。由于井下巷道高差不一，纵横交错且联系紧密，使得巷道中空气的温度和密度不一定相等，必然会产生自然风压。矿井自然风压的大小，主要取决于矿井进风侧和回风侧的空气密度，而密度不等的主要原因是进风侧和回风侧的温度不同。温差越大，井筒越深，则两侧空气柱的重力差就越大，矿井的自然风压也就越大。

自然风压是引起矿井通风动力工作不稳定的因素之一。它对风流稳定性的影响不仅表现为影响主扇的工况点，而且还会引起通风网络中某些分支风流发生变化，使一些风流原本比较稳定的巷道内风量减少或者停滞，甚至出现反向。如当多个进风通路的通风系统，尤其是存在的角联系统，在冬季或夏季，若主扇风机分配到角联系统两端的风压较小，就有可能在此角联系统发生风流反向，在这种情况下，通风管理难度加大。下面就山西介休义棠瑞东煤业行人斜井出现风流反向现象进行分析。

1 矿井概况

山西介休义棠瑞东煤业有限公司井田位于介休市西南绵山镇后党峪村一带，距介休市直距8 km，行政区划隶属介休市绵山镇管辖；井田地处吕梁山东麓紧临太原盆地的山前丘陵地带；本区属大陆性气候，冬寒夏暖，春季多风，秋季凉爽，四季分明。矿井为兼并重组整合矿井，设计生产能力为120万t／年，整合后共有4个井筒，分别为主斜井、副斜井、行人斜井和回风立井，井田内的3条斜井作为进风井，并负责出煤、运料、行人，矿井采用主要通风机抽出式通风。主通风机型号为FBCDZ-10-No3．0／355×2，4个井筒标高大致相等。该矿属基建矿井，2012年8月底，井下一、二期工程全部按计划完工，10月底首采工作面形成并具备安装条件。

2 出现的问题

2011年11 月6日7：45左右，安检员向调度汇报，行人斜井井筒内风流出现反向，由进风变为出风并伴有雾气。接到报告后，矿相关职能部门立即组织力量赶赴现场，对行人斜井的出风流进行了检测，证实无有害气体后，随即下井进行全面排查，排查中发现，下组煤副斜井车场与行人斜井之间联络巷发生风流反向，然后通过行人斜井井筒流出，严重干扰了矿井通风系统的正常运行。矿井通风示意图见图1。

图1 矿井通风示意图

3 原因分析

1）自然风压热位差的影响。

行人斜井出现反风后，通过检测结果显示：地面大气温度0℃，副斜井口进风温度2℃，副斜井井底温度4℃；行人斜井井口温度为9℃，行人斜井井底温度14℃。由于副斜井进的是干冷空气，行人斜井出的是近于饱和的风流，由此可认为副斜井和行人斜井的空气密度不同，副斜井的空气密度大于行人斜井的空气密度。

副斜井风流温度从上往下逐渐升高，可推断沿程断面出现了温度差，导致空气密度出现差异；同理，行人斜井风流从下往上空气温度逐渐降低，也同样出现沿程断面上的温度差和密度差。两个井筒密度差不同的结果，使得同一水平标高空气柱的重力不同，从而形成水平热位差，由于水平热位差的逐步累加形成的自然热位差作用，造成副斜井空气柱的重力压力大于行人斜井空气柱的重力压力，这就是行人斜井出现回风的原因。

2）行人斜井温度高的原因。

行人斜井温度高的原因：a）由于行人斜井担负人员出入井的责任，架空人车的不断运行和人员的呼吸过程，导致行人斜井风流温度高于副斜井风流。在自然风压较小的夏季，行人斜井的进风量就比副斜井小。到了冬季，井下围岩都向进风风流散热，副斜井风量大，从井壁周围向风流散发的热量被分散到更大体积的空气中去，风流的温度上升的数值小；而行人斜井的风量小，风流的温度上升的数值大，随着气候由夏季向冬季过渡，行人斜井风流在围岩散热和架空人车运行过程散热的双重作用下，其温度上升值比副斜井风流大得多，最终出现自然风压增大并导致风流反向，随着风流反向的出现，行人斜井的温度越来越高，使得副斜井、行人斜井的温度差越来越大，副斜井、行人斜井闭合回路的自然风压也越来越大，将形成恶性循环，使得风流反向问题更加严重。b）行人斜井井口房封闭比较严密，所有能进风的断面相加达不到设计断面的1／2，因行人斜井进风断面过小，导致阻力加大，外界的冷空气不能补充，进入行人斜井的风量大大减少，行人斜井风流温度高于副斜井。

3）行人斜井出现雾气。

矿井空气的湿度是随着地面空气湿度和井下滴水情况不同而变化的。在冬季，当含有一定量水蒸汽的冷空气进入井下时，气温逐渐升高，容积逐渐增大，其饱和能力也逐渐增强，沿途要吸收巷道中的水分；行人斜井温度的升高，也造成空气吸收水分的能力增强，空气的相对湿度也增大。空气吸收水分后，温度会逐渐降低，当空气温度降低到一定程度后，会使一部分水蒸气沿途释放掉，在释放的过程中，形成雾气随风流沿行人斜井流出。

4）井下存在角联巷道，受自然风压影响较大。

由于该矿副斜井石门、行人斜井集中行人平巷、一采区运输上山、一采区轨道上山之间呈现典型的“H”型网络，其网络中角联分支的风流方向和大小随着其两端连接分支的风阻和风量变化而变化。因此，由于自然风压的作用，使行人斜井在冬季容易出现进风量减少的情况，当自然风压超过行人斜井的通风阻力时，行人斜井即出现风流反向的现象。

4 对策

行人斜井出现反风后，经过分析，找出了出现反风的原因：副斜井、行人斜井的进风量与温度差是行人斜井出现反风的主要原因。两井进风量差值越大，进风流的温度差就越大，行人斜井反风现象越严重。为彻底根治行人斜井风流反向，在保证主斜井进风量不变的情况下采取了如下措施：

1）增大行人斜井的进风量，降低行人斜井进风温度。

对行人斜井地面井口房进行了改造，扩大井口房连通外界的断面，使其达到行人斜井的设计断面，以满足通风的要求，既减小了行人斜井进风端的通风阻力，又能使外界冷空气源源不断补充到行人井筒，这样既增加了行人斜井进风量，又使井口的空气温度降低，雾气变淡，回风量也逐渐减少，而后转为回风。

2）减少副井的进风量，加大副井进风的阻力。

为了减少副井的进风量，在副斜井车场石门至一采区轨道上山之间增加调风设施，以增大副斜井进风端的风阻，控制副斜井的进风量，同时也增大了主要通风机作用于行人斜井的机械风压，从而消除了行人斜井的风流反向。

3）严格通风系统管理。

在副斜井石门、行人斜井集中行人平巷与一采区轨道上山之间的联巷设置了调风设施，并加强了通风管理，适当控制风阻的比例关系，有效防止了对角巷道风流方向改变。与此同时，对行人斜井至总回风巷之间巷道进行了彻底清理，使之保持畅通，以降低行人斜井主要风路的阻力，从而增加了行人斜井井筒的风速，降低了风流的温度，减少了副斜井和行人斜井的温差。

4）提高副斜井的进风温度。

及时启动空气加热设备，对进入副斜井的空气进行预热，提高进入副斜井的空气温度，用以增高进风流湿度，逐渐消除副斜井和行人斜井的温差，从而减少其与行人斜井风流之间的空气平均密度差，降低副斜井与行人斜井闭合回路的自然风压。

通过采取以上有效措施，行人斜井雾气开始变淡，随后逐步消失；出风量逐渐减少，后由出风变为进风。约5 h后，行人斜井由出风量386 m3／min变为进风量1 022 m3／min，达到了矿井通风设计风量的要求，保证了矿井通风系统的合理运行和安全生产。

5 结束语

1）自然风压既是矿井的通风动力，也可能是矿井的通风阻力；矿井在改变通风系统时，必须充分考虑自然风压的作用；由于风流的温度和湿度的变化，改变了风流的各种参数，使得矿井自然风压值以及方向也随之发生变化。

2）掌握自然风压的变化规律，利用其变化特征，为完善合理的通风系统服务，满足矿井通风的需要；通过改变主要通风机叶片安装角的方法防止风流反向时，虽然能增大主要通风机的机械风压，但也会增加电耗，考虑到井下风量的限制及经济合理性，风机风压调节有一定的局限性。

3）在冬季，利用加热设备对进风井风流进行预热，必须考虑进入每个井筒的进风量，在保证井下实际需风的基础上，合理调节进风比例和加热量，以减少进入井底的温差。同时，在空气开始预热的一天内，要随时测定进风井口和井底的温度及风量，发现问题及时采取措施。另外，还必须加强加热设备的检查和维护保养，确保其稳定运行。

4）实际工作中应避免使用角联巷道，若不能避免时，必须加强通风管理，各段风路的风阻值不得随意改变，一定要控制好风阻的比例关系，以防止由于对角巷道风流方向改变、停滞而形成瓦斯积聚，甚至造成瓦斯事故。

5）加强对矿井通风设施的管理，减少矿井漏风；合理调整通风系统，在日常管理过程中，要定期对通风系统进行分析，按照所确定的通风系统调整方案来调整通风系统。调整时不能因对某个地点的调整而影响其它地点通风系统的稳定性；在通风系统正常的情况下，应有完善的通风设施，有较好的防止风流紊乱、保证风流稳定的应急措施。

6）由于自然风压的存在，干扰了通风系统稳定运行，其防治措施和方法不是单一的，必须根据实际情况具体分析，因地制宜，进行多方案比较，选择技术先进、经济合理的最优方案，做到安全、有效、稳定。

［1］ 吴中立．矿井通风与安全［M］．徐州：中国矿业学院出版社，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年毕业于山西矿业学院，工程师，主要从事矿井生产技术管理工作（E-mail）youshan_zheng1184＠163．com