1、自然風壓對礦井通風的影響自然風壓對礦井通風的影響通風綜合隊通風綜合隊- -袁曉旭袁曉旭20152015年年3 3月月1313日日第一部分自然風壓概述第二部分自然風壓的影響因素第三部分自然風壓的計算第四部分自然風壓的測定第五部分自然風壓對我礦影響及對策CONTENTS目 錄第一部分 自然風壓概述概述：自然風壓是由于進回風兩側(cè)空氣柱質(zhì)量不同而產(chǎn)生的壓差?？諝庵|(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。由于煤礦井下巷道高差不一，縱橫交錯且聯(lián)系緊密，使得巷道自身標高及空氣密度不一定相等，所以,只要存在標高差和氣溫差的井

2、下連通巷道之間必然存在自然風壓。優(yōu)點：充分合理利用自然風壓進行礦井通風, 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資金投入、節(jié)能降耗。缺點：在礦井通風過程中, 由于自然風壓的影響, 往往會使礦井或局部井巷出現(xiàn)無風、微風, 甚至風流反向的現(xiàn)象, 給礦井安全生產(chǎn)帶來嚴重的威脅。感想：如何保證自然通風的風量能滿足生產(chǎn)要求? 如何防止自然風流反向? 如何確保礦井通風系統(tǒng)安全運行? 這些都是值得認真研究的問題。第二部分 自然風壓的影響因素 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壓的主要因素。影響氣溫差的主要因素是地面入風氣溫和風流與圍巖的熱交換。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，因而對自然風壓也有一定影響，但影響較小。井深：當兩側(cè)空氣柱溫差一定時，自然風壓和回路中最高與最低點(水平)之間的高差成正比。 風機運轉(zhuǎn)：風機運轉(zhuǎn)對自然風壓的大小和方向也有一定的影響。因為礦井主要通風機工作決定了主風流方向，加之風流與圍巖之間的熱交換，使冬季回風井氣溫高于

4、進風井，在進風井周圍形成了冷卻帶后，即使風機停轉(zhuǎn)或通風系統(tǒng)改變，兩個井筒之間在一定時期內(nèi)仍有一定的溫差，從而仍有一定的自然風壓起作用。有時甚至會干擾通風系統(tǒng)改變后的正常通風工作，這在建井時期表現(xiàn)尤為明顯。第三部分 自然風壓計算對礦井自然風壓的影響因素主要有氣候變化及礦井開采時期。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)通風最易和最難時期。氣候和開采對礦井通風負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難礦井通風最易、最難（不計自然風壓）時的通風 計算負壓，Pa； He1、He2 礦井通風最易時冬、夏季自然風

5、壓的極值，Pa He3、He4 礦井通風最難時冬、夏季自然風壓的極值，Pa。進、回風井井口標高相同的情況進、回風井井口標高相同的情況 He = (回-進) gH 式中：回回風井筒中濕空氣的平均密，kg/m3； 進進風井筒中濕空氣的平均密度， kg/m3； H 井筒垂深，m ?；仫L井井口高于進風井井口的情況 He =(0Hc +1H1-2H2)g 式中：2回風井筒中濕空氣的平均密，kg/m3； 1進風井筒中濕空氣的平均密度， kg/m3； 0地表進風井筒中濕空氣的平均密度， kg/m3； H 井筒垂深，m 。自然風壓按“科馬洛夫”公式計算（井深大于100m）： 式中：He礦井自然風壓，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)。 1211()(1)10000ePHgHHRTT 北方冬季自然風壓與主要進風側(cè)風流方向相同，有利于通風；夏季自然風壓與主要進風側(cè)風流方向相反，不利于通風。自然風壓計算如下1.冬季：2.夏季：第四部分 自然風壓測定方法直接測定法直接測定法1. 在無主扇通風的礦井，若井下有局部通風風機，先停止局部通風機的運轉(zhuǎn)，在總回風巷道中任何適當?shù)牡攸c建立臨時風墻，隔斷風流后，立即用壓差計測出風墻兩側(cè)的風壓差，此值就是自然風壓。如果礦井還有其他水平，則應(yīng)同

7、時將其他所有水平的自然風流用風墻隔斷?？梢?，這個方法在多水平礦井并不簡便。2.在有主扇通風的礦井，測定全礦自然風壓的方法是：首先停止主扇風機的運轉(zhuǎn)，立即將風硐內(nèi)的閘板放下，隔斷自然風流，這時接入風硐內(nèi)閘板前的壓差計的讀數(shù)就是全礦的自然風壓。間接測定法間接測定法1.1.在有主扇通風的礦井：首先，當主扇運轉(zhuǎn)時，測出其總風量在有主扇通風的礦井：首先，當主扇運轉(zhuǎn)時，測出其總風量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，停止主扇運轉(zhuǎn)，當仍有自然風流流過全礦時，

8、立即在風硐或其然后，停止主扇運轉(zhuǎn)，當仍有自然風流流過全礦時，立即在風硐或其他總風流中測出自然通風量他總風流中測出自然通風量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，可得自然風壓式，可得自然風壓H Hn n和全礦風阻和全礦風阻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)整一下風硐的過風面積，使主扇工況改變，測出其參數(shù)，列出其他形式風面積，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，亦可得自然風壓。聯(lián)立求解，亦可得自然風壓。n在礦井通風設(shè)計、日常通風管理和通風系統(tǒng)調(diào)整中，為在礦井通風設(shè)計、日常通風管理和通風系統(tǒng)調(diào)整中，為了確切地考慮自然風壓的影響，必須對自然風壓進行定了確切地考慮自然風壓的影響，必須對自然風壓進行定量分析，為此需要掌握自然風壓的測算方法。量分析，為此需要掌握自然風壓的測算方法。 平均密度測算法平均密度測算法1.1.若各測點間高差相等，可用算術(shù)平均法求各點密度的平均值，即：若各測點間高差相等，可用算術(shù)平均法求各點密度的平均值，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為了測定通風系統(tǒng)的自然風壓，以最低水平為基為了測定通風系統(tǒng)的自然風壓，以最低水平為基準面（線），將通風系統(tǒng)分為兩個高度均為準面（線），將通風系統(tǒng)分為兩個高度均為Z Z的的空氣柱，一個稱之內(nèi)空氣柱的平均密度，應(yīng)在密空氣柱，一個稱之內(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溫變化較大和變坡的地方布置測點，上下端及風溫變化較大和變坡的地方布置測點，并在較短的時間內(nèi)測出各點風流的絕對靜壓力并在較短的時間內(nèi)測出各點風流的絕對靜壓力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。兩測點間高差。兩測點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、回風井濕空氣密度測點布置實例進、回風井濕空氣密度測點布置實例 n例如，圖例如，圖4-14-1所示的通風系統(tǒng)，所示的通風系統(tǒng)，在利用氣壓計法測定該系統(tǒng)通在利用氣壓計法測定該系統(tǒng)通風阻力的同時，測得了圖中各風阻力的同時，測得了圖中各測點的空氣密度如。測點的空氣密度如。第五部分 自然風壓對我

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

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

14、-8。3.直接原因：進回風側(cè)溫度差值直接造成主斜井回風這一情況，通過查看自然風壓表格中數(shù)據(jù)看出，當時自然風壓為587.6pa，主通風機負壓為223pa，可以看出主通風機負壓無法克服自然風壓。4.間接原因：主斜井皮帶已拆除增大進風斷面同時減小通風阻力、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)、運轉(zhuǎn)機電設(shè)備較少；副井南北大門多處于關(guān)閉狀態(tài)、暖風機開啟臺數(shù)較多、使副井上口溫度較高。2015年3月9日主斜井風流紊亂情況1.風量及風流方向：副井進風（7245m/min）、主井回風（1800m/min）、風井回風（5386m/min）。2.溫度：副井4、主斜井15。3、直接原因：進回風側(cè)溫度差值直接造成主斜井回風這一情況，通過查看自然風壓表格中數(shù)據(jù)看出，當時自然風壓為217.7pa，主通風機負壓為190pa，可以看出主通風機負壓無法克服自然風壓。4.間接原因：主斜井通風路線較長通風阻力大、主斜井皮帶已安裝減少進風斷面同時增加通風阻力、主井大門處于關(guān)閉狀態(tài)、機電設(shè)備運轉(zhuǎn)增加熱量；副井通風路線短、進風斷面大、副井南北大門多處于打開狀態(tài)且暖風機開啟臺數(shù)較少。建議對策主斜井上風或下風較小或風流紊亂主斜井上風或下風較小或風流紊亂1.增加副井進風側(cè)溫度，降低主斜井進風側(cè)溫度（變溫設(shè)施）。2.減小副井進風入口斷面，增大主斜井進風入口斷面。3.提高主通