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(fēng)壓對礦井通風(fēng)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(fēng)壓。自然風(fēng)壓的存在，將會導(dǎo)致礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中某些分支的風(fēng)流發(fā)生變化，進(jìn)而影響風(fēng)流的穩(wěn)定，影響礦井的安全生產(chǎn)。因此，分析自然風(fēng)壓對礦井通風(fēng)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(fēng)問題，通過實(shí)例，分析了造成行人斜井回風(fēng)產(chǎn)生的原因及其對通風(fēng)系統(tǒng)的影響，提出了治理對策。

自然風(fēng)壓；影響；治理；對策

在礦井通風(fēng)的閉合回路中，由于風(fēng)流的始末點(diǎn)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(shí)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(fēng)。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(fēng)壓。礦井自然風(fēng)壓的大小，主要取決于礦井進(jìn)風(fēng)側(cè)和回風(fēng)側(cè)的空氣密度，而密度不等的主要原因是進(jìn)風(fēng)側(cè)和回風(fēng)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(fēng)壓也就越大。

自然風(fēng)壓是引起礦井通風(fēng)動力工作不穩(wěn)定的因素之一。它對風(fēng)流穩(wěn)定性的影響不僅表現(xiàn)為影響主扇的工況點(diǎn)，而且還會引起通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中某些分支風(fēng)流發(fā)生變化，使一些風(fēng)流原本比較穩(wěn)定的巷道內(nèi)風(fēng)量減少或者停滯，甚至出現(xiàn)反向。如當(dāng)多個進(jìn)風(fēng)通路的通風(fēng)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(fēng)機(jī)分配到角聯(lián)系統(tǒng)兩端的風(fēng)壓較小，就有可能在此角聯(lián)系統(tǒng)發(fā)生風(fēng)流反向，在這種情況下，通風(fēng)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(fēng)流反向現(xiàn)象進(jìn)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(fēng)，秋季涼爽，四季分明。礦井為兼并重組整合礦井，設(shè)計(jì)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(fēng)立井，井田內(nèi)的3條斜井作為進(jìn)風(fēng)井，并負(fù)責(zé)出煤、運(yùn)料、行人，礦井采用主要通風(fēng)機(jī)抽出式通風(fēng)。主通風(fēng)機(jī)型號為FBCDZ-10-No3．0／355×2，4個井筒標(biāo)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(jì)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(bào)，行人斜井井筒內(nèi)風(fēng)流出現(xiàn)反向，由進(jìn)風(fēng)變?yōu)槌鲲L(fēng)并伴有霧氣。接到報(bào)告后，礦相關(guān)職能部門立即組織力量趕赴現(xiàn)場，對行人斜井的出風(fēng)流進(jìn)行了檢測，證實(shí)無有害氣體后，隨即下井進(jìn)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(luò)巷發(fā)生風(fēng)流反向，然后通過行人斜井井筒流出，嚴(yán)重干擾了礦井通風(fēng)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。礦井通風(fēng)示意圖見圖1。

圖1 礦井通風(fēng)示意圖

3 原因分析

1）自然風(fēng)壓熱位差的影響。

行人斜井出現(xiàn)反風(fēng)后，通過檢測結(jié)果顯示：地面大氣溫度0℃，副斜井口進(jìn)風(fēng)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(jìn)的是干冷空氣，行人斜井出的是近于飽和的風(fēng)流，由此可認(rèn)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(fēng)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(dǎo)致空氣密度出現(xiàn)差異；同理，行人斜井風(fēng)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(jié)果，使得同一水平標(biāo)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(fēng)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(dān)負(fù)人員出入井的責(zé)任，架空人車的不斷運(yùn)行和人員的呼吸過程，導(dǎo)致行人斜井風(fēng)流溫度高于副斜井風(fēng)流。在自然風(fēng)壓較小的夏季，行人斜井的進(jìn)風(fēng)量就比副斜井小。到了冬季，井下圍巖都向進(jìn)風(fēng)風(fēng)流散熱，副斜井風(fēng)量大，從井壁周圍向風(fēng)流散發(fā)的熱量被分散到更大體積的空氣中去，風(fēng)流的溫度上升的數(shù)值?。欢腥诵本娘L(fēng)量小，風(fēng)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(fēng)流在圍巖散熱和架空人車運(yùn)行過程散熱的雙重作用下，其溫度上升值比副斜井風(fēng)流大得多，最終出現(xiàn)自然風(fēng)壓增大并導(dǎo)致風(fēng)流反向，隨著風(fēng)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(fēng)壓也越來越大，將形成惡性循環(huán)，使得風(fēng)流反向問題更加嚴(yán)重。b）行人斜井井口房封閉比較嚴(yán)密，所有能進(jìn)風(fēng)的斷面相加達(dá)不到設(shè)計(jì)斷面的1／2，因行人斜井進(jìn)風(fēng)斷面過小，導(dǎo)致阻力加大，外界的冷空氣不能補(bǔ)充，進(jìn)入行人斜井的風(fēng)量大大減少，行人斜井風(fēng)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(dāng)含有一定量水蒸汽的冷空氣進(jìn)入井下時(shí)，氣溫逐漸升高，容積逐漸增大，其飽和能力也逐漸增強(qiáng)，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(qiáng)，空氣的相對濕度也增大?？諝馕账趾?，溫度會逐漸降低，當(dāng)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(fēng)流沿行人斜井流出。

4）井下存在角聯(lián)巷道，受自然風(fēng)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(yùn)輸上山、一采區(qū)軌道上山之間呈現(xiàn)典型的“H”型網(wǎng)絡(luò)，其網(wǎng)絡(luò)中角聯(lián)分支的風(fēng)流方向和大小隨著其兩端連接分支的風(fēng)阻和風(fēng)量變化而變化。因此，由于自然風(fēng)壓的作用，使行人斜井在冬季容易出現(xiàn)進(jìn)風(fēng)量減少的情況，當(dāng)自然風(fēng)壓超過行人斜井的通風(fēng)阻力時(shí)，行人斜井即出現(xiàn)風(fēng)流反向的現(xiàn)象。

4 對策

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

1）增大行人斜井的進(jìn)風(fēng)量，降低行人斜井進(jìn)風(fēng)溫度。

對行人斜井地面井口房進(jìn)行了改造，擴(kuò)大井口房連通外界的斷面，使其達(dá)到行人斜井的設(shè)計(jì)斷面，以滿足通風(fēng)的要求，既減小了行人斜井進(jìn)風(fēng)端的通風(fēng)阻力，又能使外界冷空氣源源不斷補(bǔ)充到行人井筒，這樣既增加了行人斜井進(jìn)風(fēng)量，又使井口的空氣溫度降低，霧氣變淡，回風(fēng)量也逐漸減少，而后轉(zhuǎn)為回風(fēng)。

2）減少副井的進(jìn)風(fēng)量，加大副井進(jìn)風(fēng)的阻力。

為了減少副井的進(jìn)風(fēng)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(fēng)設(shè)施，以增大副斜井進(jìn)風(fēng)端的風(fēng)阻，控制副斜井的進(jìn)風(fēng)量，同時(shí)也增大了主要通風(fēng)機(jī)作用于行人斜井的機(jī)械風(fēng)壓，從而消除了行人斜井的風(fēng)流反向。

3）嚴(yán)格通風(fēng)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(shè)置了調(diào)風(fēng)設(shè)施，并加強(qiáng)了通風(fēng)管理，適當(dāng)控制風(fēng)阻的比例關(guān)系，有效防止了對角巷道風(fēng)流方向改變。與此同時(shí)，對行人斜井至總回風(fēng)巷之間巷道進(jìn)行了徹底清理，使之保持暢通，以降低行人斜井主要風(fēng)路的阻力，從而增加了行人斜井井筒的風(fēng)速，降低了風(fēng)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(jìn)風(fēng)溫度。

及時(shí)啟動空氣加熱設(shè)備，對進(jìn)入副斜井的空氣進(jìn)行預(yù)熱，提高進(jìn)入副斜井的空氣溫度，用以增高進(jìn)風(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)量逐漸減少，后由出風(fēng)變?yōu)檫M(jìn)風(fēng)。約5 h后，行人斜井由出風(fēng)量386 m3／min變?yōu)檫M(jìn)風(fēng)量1 022 m3／min，達(dá)到了礦井通風(fēng)設(shè)計(jì)風(fēng)量的要求，保證了礦井通風(fēng)系統(tǒng)的合理運(yùn)行和安全生產(chǎn)。

5 結(jié)束語

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

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

3）在冬季，利用加熱設(shè)備對進(jìn)風(fēng)井風(fēng)流進(jìn)行預(yù)熱，必須考慮進(jìn)入每個井筒的進(jìn)風(fēng)量，在保證井下實(shí)際需風(fēng)的基礎(chǔ)上，合理調(diào)節(jié)進(jìn)風(fēng)比例和加熱量，以減少進(jìn)入井底的溫差。同時(shí)，在空氣開始預(yù)熱的一天內(nèi)，要隨時(shí)測定進(jìn)風(fēng)井口和井底的溫度及風(fēng)量，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)采取措施。另外，還必須加強(qiáng)加熱設(shè)備的檢查和維護(hù)保養(yǎng)，確保其穩(wěn)定運(yùn)行。

4）實(shí)際工作中應(yīng)避免使用角聯(lián)巷道，若不能避免時(shí)，必須加強(qiáng)通風(fēng)管理，各段風(fēng)路的風(fēng)阻值不得隨意改變，一定要控制好風(fēng)阻的比例關(guān)系，以防止由于對角巷道風(fēng)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(qiáng)對礦井通風(fēng)設(shè)施的管理，減少礦井漏風(fēng)；合理調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)，在日常管理過程中，要定期對通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行分析，按照所確定的通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整方案來調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)。調(diào)整時(shí)不能因?qū)δ硞€地點(diǎn)的調(diào)整而影響其它地點(diǎn)通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性；在通風(fēng)系統(tǒng)正常的情況下，應(yīng)有完善的通風(fēng)設(shè)施，有較好的防止風(fēng)流紊亂、保證風(fēng)流穩(wěn)定的應(yīng)急措施。

6）由于自然風(fēng)壓的存在，干擾了通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，其防治措施和方法不是單一的，必須根據(jù)實(shí)際情況具體分析，因地制宜，進(jìn)行多方案比較，選擇技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)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(fēng)與安全［M］．徐州：中國礦業(yè)學(xué)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(xué)院，工程師，主要從事礦井生產(chǎn)技術(shù)管理工作（E-mail）youshan_zheng1184＠163．com