自然風(fēng)壓對礦井通風(fēng)的影響15.3.4

1、自然風(fēng)壓對礦井通風(fēng)的影響自然風(fēng)壓對礦井通風(fēng)的影響通風(fēng)綜合隊(duì)通風(fēng)綜合隊(duì)- -袁曉旭袁曉旭20152015年年3 3月月1313日日第一部分自然風(fēng)壓概述第二部分自然風(fēng)壓的影響因素第三部分自然風(fēng)壓的計(jì)算第四部分自然風(fēng)壓的測定第五部分自然風(fēng)壓對我礦影響及對策CONTENTS目 錄第一部分 自然風(fēng)壓概述概述：自然風(fēng)壓是由于進(jìn)回風(fēng)兩側(cè)空氣柱質(zhì)量不同而產(chǎn)生的壓差。空氣柱質(zhì)量的大小又取決于空氣柱的溫度和高度。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)。由于煤礦井下巷道高差不一，縱橫交錯且聯(lián)系緊密，使得巷道自身標(biāo)高及空氣密度不一定相等，所以,只要存在標(biāo)高差和氣溫差的井

2、下連通巷道之間必然存在自然風(fēng)壓。優(yōu)點(diǎn)：充分合理利用自然風(fēng)壓進(jìn)行礦井通風(fēng), 既可改善井下的工作環(huán)境, 確保礦井安全生產(chǎn), 又可大大地減少通風(fēng)資金投入、節(jié)能降耗。缺點(diǎn)：在礦井通風(fēng)過程中, 由于自然風(fēng)壓的影響, 往往會使礦井或局部井巷出現(xiàn)無風(fēng)、微風(fēng), 甚至風(fēng)流反向的現(xiàn)象, 給礦井安全生產(chǎn)帶來嚴(yán)重的威脅。感想：如何保證自然通風(fēng)的風(fēng)量能滿足生產(chǎn)要求? 如何防止自然風(fēng)流反向? 如何確保礦井通風(fēng)系統(tǒng)安全運(yùn)行? 這些都是值得認(rèn)真研究的問題。第二部分 自然風(fēng)壓的影響因素 影響自然風(fēng)壓的決定性因素是進(jìn)回風(fēng)兩側(cè)空氣柱的密度差，而空氣密度又受溫度、大氣壓力、氣體常數(shù)和相對濕度等因素影響。溫度：礦井某一回路中兩側(cè)空氣柱

3、的溫差是影響自然風(fēng)壓的主要因素。影響氣溫差的主要因素是地面入風(fēng)氣溫和風(fēng)流與圍巖的熱交換。其影響程度隨礦井的開拓方式、采深、氣候、地形和地理位置的不同而有所不同。尤其以大陸性氣候的山區(qū)，自然風(fēng)壓大小和方向受地面氣溫影響較為明顯；一年四季及晝夜之間都有明顯變化。 圖2-1 年度自然風(fēng)壓變化曲線空氣密度：空氣成分和濕度影響空氣的密度，因而對自然風(fēng)壓也有一定影響，但影響較小。井深：當(dāng)兩側(cè)空氣柱溫差一定時(shí)，自然風(fēng)壓和回路中最高與最低點(diǎn)(水平)之間的高差成正比。 風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)：風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)對自然風(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

4、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。第三部分 自然風(fēng)壓計(jì)算對礦井自然風(fēng)壓的影響因素主要有氣候變化及礦井開采時(shí)期。氣候影響最大的是夏、冬兩季，開采影響最大的是礦井生產(chǎn)通風(fēng)最易和最難時(shí)期。氣候和開采對礦井通風(fēng)負(fù)壓影響的極值通常有以下幾種： H易+ He1 ，H易- He2 ； H難+ He3，H難- He4 式中： H易、 H難礦井通風(fēng)最易、最難（不計(jì)自然風(fēng)壓）時(shí)的通風(fēng) 計(jì)算負(fù)壓，Pa； He1、He2 礦井通風(fēng)最易時(shí)冬、夏季自然風(fēng)

5、壓的極值，Pa He3、He4 礦井通風(fēng)最難時(shí)冬、夏季自然風(fēng)壓的極值，Pa。進(jìn)、回風(fēng)井井口標(biāo)高相同的情況進(jìn)、回風(fēng)井井口標(biāo)高相同的情況 He = (回-進(jìn)) gH 式中：回回風(fēng)井筒中濕空氣的平均密，kg/m3； 進(jìn)進(jìn)風(fēng)井筒中濕空氣的平均密度， kg/m3； H 井筒垂深，m ?；仫L(fēng)井井口高于進(jìn)風(fēng)井井口的情況 He =(0Hc +1H1-2H2)g 式中：2回風(fēng)井筒中濕空氣的平均密，kg/m3； 1進(jìn)風(fēng)井筒中濕空氣的平均密度， kg/m3； 0地表進(jìn)風(fēng)井筒中濕空氣的平均密度， kg/m3； H 井筒垂深，m 。自然風(fēng)壓按“科馬洛夫”公式計(jì)算（井深大于100m）： 式中：He礦井自然風(fēng)壓，Pa； P

6、大氣壓力，唐家會地區(qū)約為658mmHg； H礦井開采深度，m； T1進(jìn)風(fēng)側(cè)平均溫度，K； T2回風(fēng)側(cè)平均溫度，K； R礦井空氣常數(shù)，取287J/(kg.K)。 1211()(1)10000ePHgHHRTT 北方冬季自然風(fēng)壓與主要進(jìn)風(fēng)側(cè)風(fēng)流方向相同，有利于通風(fēng)；夏季自然風(fēng)壓與主要進(jìn)風(fēng)側(cè)風(fēng)流方向相反，不利于通風(fēng)。自然風(fēng)壓計(jì)算如下1.冬季：2.夏季：第四部分 自然風(fēng)壓測定方法直接測定法直接測定法1. 在無主扇通風(fēng)的礦井，若井下有局部通風(fēng)風(fēng)機(jī)，先停止局部通風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，在總回風(fēng)巷道中任何適當(dāng)?shù)牡攸c(diǎn)建立臨時(shí)風(fēng)墻，隔斷風(fēng)流后，立即用壓差計(jì)測出風(fēng)墻兩側(cè)的風(fēng)壓差，此值就是自然風(fēng)壓。如果礦井還有其他水平，則應(yīng)同

7、時(shí)將其他所有水平的自然風(fēng)流用風(fēng)墻隔斷?？梢?，這個(gè)方法在多水平礦井并不簡便。2.在有主扇通風(fēng)的礦井，測定全礦自然風(fēng)壓的方法是：首先停止主扇風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，立即將風(fēng)硐內(nèi)的閘板放下，隔斷自然風(fēng)流，這時(shí)接入風(fēng)硐內(nèi)閘板前的壓差計(jì)的讀數(shù)就是全礦的自然風(fēng)壓。間接測定法間接測定法1.1.在有主扇通風(fēng)的礦井：首先，當(dāng)主扇運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，測出其總風(fēng)量在有主扇通風(fēng)的礦井：首先，當(dāng)主扇運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，測出其總風(fēng)量Q Q及主扇及主扇的有效靜壓的有效靜壓H Hs s，則可列出能量方程：，則可列出能量方程： H Hs s + + H Hn n = = R QR Q2 2 （4-1)4-1)2.2.然后，停止主扇運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)仍有自然風(fēng)流流過全礦時(shí)，

8、立即在風(fēng)硐或其然后，停止主扇運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)仍有自然風(fēng)流流過全礦時(shí)，立即在風(fēng)硐或其他總風(fēng)流中測出自然通風(fēng)量他總風(fēng)流中測出自然通風(fēng)量Q Qn n , , 則可列出方程則可列出方程: : H Hn n= =RQRQn n2 2 (4-2) (4-2)聯(lián)立解聯(lián)立解(4-1)(4-1)與與(4-2)(4-2)式，可得自然風(fēng)壓式，可得自然風(fēng)壓H Hn n和全礦風(fēng)阻和全礦風(fēng)阻R R。 n同理，將主扇轉(zhuǎn)數(shù)改變，或者用閘板調(diào)整一下風(fēng)硐的過同理，將主扇轉(zhuǎn)數(shù)改變，或者用閘板調(diào)整一下風(fēng)硐的過風(fēng)面積，使主扇工況改變，測出其參數(shù)，列出其他形式風(fēng)面積，使主扇工況改變，測出其參數(shù)，列出其他形式的式的式(4-2)(4-2)，與式，與

9、式(4-1)(4-1)聯(lián)立求解，亦可得自然風(fēng)壓。聯(lián)立求解，亦可得自然風(fēng)壓。n在礦井通風(fēng)設(shè)計(jì)、日常通風(fēng)管理和通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整中，為在礦井通風(fēng)設(shè)計(jì)、日常通風(fēng)管理和通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整中，為了確切地考慮自然風(fēng)壓的影響，必須對自然風(fēng)壓進(jìn)行定了確切地考慮自然風(fēng)壓的影響，必須對自然風(fēng)壓進(jìn)行定量分析，為此需要掌握自然風(fēng)壓的測算方法。量分析，為此需要掌握自然風(fēng)壓的測算方法。 平均密度測算法平均密度測算法1.1.若各測點(diǎn)間高差相等，可用算術(shù)平均法求各點(diǎn)密度的平均值，即：若各測點(diǎn)間高差相等，可用算術(shù)平均法求各點(diǎn)密度的平均值，即：2.2.若高差不等，則按高度加權(quán)平均求其平均值，即若高差不等，則按高度加權(quán)平均求其平均值，即 ni

10、imn11niiimZZ11n為了測定通風(fēng)系統(tǒng)的自然風(fēng)壓，以最低水平為基為了測定通風(fēng)系統(tǒng)的自然風(fēng)壓，以最低水平為基準(zhǔn)面（線），將通風(fēng)系統(tǒng)分為兩個(gè)高度均為準(zhǔn)面（線），將通風(fēng)系統(tǒng)分為兩個(gè)高度均為Z Z的的空氣柱，一個(gè)稱之內(nèi)空氣柱的平均密度，應(yīng)在密空氣柱，一個(gè)稱之內(nèi)空氣柱的平均密度，應(yīng)在密度變化較大的地方，如井口、井底、傾斜巷道的度變化較大的地方，如井口、井底、傾斜巷道的上下端及風(fēng)溫變化較大和變坡的地方布置測點(diǎn)，上下端及風(fēng)溫變化較大和變坡的地方布置測點(diǎn)，并在較短的時(shí)間內(nèi)測出各點(diǎn)風(fēng)流的絕對靜壓力并在較短的時(shí)間內(nèi)測出各點(diǎn)風(fēng)流的絕對靜壓力P P、干濕球溫度干濕球溫度t td d、t tw w、相對濕度、相

11、對濕度。兩測點(diǎn)間高差。兩測點(diǎn)間高差不宜超過不宜超過100m100m（以（以50m50m為宜）。為宜）。 ni ii i測段的平均空氣密度，測段的平均空氣密度，kg/m3kg/m3；n Z Zi ii i測段高差，測段高差，m m；n ZZ總高差，總高差，m m；n n n測段數(shù)。測段數(shù)。 圖圖4-1 4-1 進(jìn)、回風(fēng)井濕空氣密度測點(diǎn)布置實(shí)例進(jìn)、回風(fēng)井濕空氣密度測點(diǎn)布置實(shí)例 n例如，圖例如，圖4-14-1所示的通風(fēng)系統(tǒng)，所示的通風(fēng)系統(tǒng)，在利用氣壓計(jì)法測定該系統(tǒng)通在利用氣壓計(jì)法測定該系統(tǒng)通風(fēng)阻力的同時(shí)，測得了圖中各風(fēng)阻力的同時(shí)，測得了圖中各測點(diǎn)的空氣密度如。測點(diǎn)的空氣密度如。第五部分 自然風(fēng)壓對我

12、礦影響及建議對策2013年8月24日早班，我礦風(fēng)、副井實(shí)現(xiàn)貫通1.風(fēng)量及風(fēng)流方向：副井風(fēng)向不明（井蓋門打開、局扇關(guān)閉）、風(fēng)井風(fēng)向不明（井蓋門打開、局扇關(guān)閉）。2.溫度：副井22.5、風(fēng)井233.直接原因：進(jìn)回風(fēng)側(cè)溫度差值較小直接造成風(fēng)、副井風(fēng)向不明這一情況，通過查看自然風(fēng)壓表格中數(shù)據(jù)看出，當(dāng)時(shí)自然風(fēng)壓近似于0pa，巷道摩擦阻力也近似于0pa，可以看出自然風(fēng)壓與進(jìn)回風(fēng)側(cè)溫度差值密切相關(guān)；4.間接原因：風(fēng)、副井入口進(jìn)風(fēng)斷面積相似，且井筒標(biāo)高一致，無法形成有效的空氣柱差值。2013年9月28日中班，我礦主、副、風(fēng)實(shí)現(xiàn)“三井貫通”1.風(fēng)量及風(fēng)流方向：主井回風(fēng)（1088m/min）、副井進(jìn)風(fēng)（336m/

13、min）、風(fēng)井回風(fēng)（風(fēng)量微弱）。2.溫度：副井20、主斜井25、井底車場20。3.直接原因：進(jìn)回風(fēng)側(cè)溫度差值直接造成主斜井回風(fēng)這一情況，通過查看自然風(fēng)壓表格中數(shù)據(jù)看出，當(dāng)時(shí)自然風(fēng)壓為90.4pa，巷道摩擦阻力46.56pa，可以看出自然風(fēng)壓完全可以克服當(dāng)時(shí)井下巷道摩擦阻力。4.間接原因：主斜井通風(fēng)路線較長通風(fēng)阻力大、機(jī)電設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)熱較大、通風(fēng)方式為“混合式通風(fēng)”、受圍巖熱交換影響大。2015年1月至2015年2月主斜井下風(fēng)量過大情況1.風(fēng)量及風(fēng)流方向：副井進(jìn)風(fēng)（約1000-2500m/min）、主井進(jìn)風(fēng)（3000-4100m/min）、風(fēng)井回風(fēng)（5721m/min）。2.溫度：副井21、主斜井

14、-8。3.直接原因：進(jìn)回風(fēng)側(cè)溫度差值直接造成主斜井回風(fēng)這一情況，通過查看自然風(fēng)壓表格中數(shù)據(jù)看出，當(dāng)時(shí)自然風(fēng)壓為587.6pa，主通風(fēng)機(jī)負(fù)壓為223pa，可以看出主通風(fēng)機(jī)負(fù)壓無法克服自然風(fēng)壓。4.間接原因：主斜井皮帶已拆除增大進(jìn)風(fēng)斷面同時(shí)減小通風(fēng)阻力、主斜井大門處于開啟狀態(tài)、主斜井加熱裝置處于關(guān)閉狀態(tài)、運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)電設(shè)備較少；副井南北大門多處于關(guān)閉狀態(tài)、暖風(fēng)機(jī)開啟臺數(shù)較多、使副井上口溫度較高。2015年3月9日主斜井風(fēng)流紊亂情況1.風(fēng)量及風(fēng)流方向：副井進(jìn)風(fēng)（7245m/min）、主井回風(fēng)（1800m/min）、風(fēng)井回風(fēng)（5386m/min）。2.溫度：副井4、主斜井15。3、直接原因：進(jìn)回風(fēng)側(cè)溫度差值直接造成主斜井回風(fēng)這一情況，通過查看自然風(fēng)壓表格中數(shù)據(jù)看出，當(dāng)時(shí)自然風(fēng)壓為217.7pa，主通風(fēng)機(jī)負(fù)壓為190pa，可以看出主通風(fēng)機(jī)負(fù)壓無法克服自然風(fēng)壓。4.間接原因：主斜井通風(fēng)路線較長通風(fēng)阻力大、主斜井皮帶已安裝減少進(jìn)風(fēng)斷面同時(shí)增加通風(fēng)阻力、主井大門處于關(guān)閉狀態(tài)、機(jī)電設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)增加熱量；副井通風(fēng)路線短、進(jìn)風(fēng)斷面大、副井南北大門多處于打開狀態(tài)且暖風(fēng)機(jī)開啟臺數(shù)較少。建議對策主斜井上風(fēng)或下風(fēng)較小或風(fēng)流紊亂主斜井上風(fēng)或下風(fēng)較小或風(fēng)流紊亂1.增加副井進(jìn)風(fēng)側(cè)溫度，降低主斜井進(jìn)風(fēng)側(cè)溫度（變溫設(shè)施）。2.減小副井進(jìn)風(fēng)入口斷面，增大主斜井進(jìn)風(fēng)入口斷面。3.提高主通