自然風壓對礦井通風系統(tǒng)的影響分析及防治

任立斌

摘 要：本文對自然風壓在礦井通風系統(tǒng)中產(chǎn)生的影響進行分析，并針對案例礦井中進行通風機低負壓運轉(zhuǎn)的改造項目進行論述。針對改造項目中不同時期產(chǎn)生的自然風壓以及通風系統(tǒng)改造后對礦井通風情況的影響結(jié)果進行論證，提出了在井筒間空氣柱的相互作用下，井下受到回風井筒溫差以及自然風壓大小等產(chǎn)生的影響，出現(xiàn)的風流路線、風量增大或減小等情況，需要采用主要通風機負壓調(diào)高的方式進行主副井溫差的控制的意見。

關(guān)鍵詞：自然風壓;礦井通風系統(tǒng);系統(tǒng)防治

在煤礦通風系統(tǒng)運行過程中，傳統(tǒng)采用中央并列模式，這是針對返風現(xiàn)象以及自然風壓的情況，對礦井通風進行調(diào)整的工作，以防止礦井冬季冷空氣加劇，造成通風系統(tǒng)不穩(wěn)定運行情況。針對礦井主井反風情況發(fā)生的原因以及產(chǎn)生的影響進行分析，應提出針對性的治理措施。

1 自然風壓工作原理

當?shù)V井自然風壓與主要通風機方向一致的時候，往往產(chǎn)生自然因素無法抗拒的力量回風側(cè)空氣柱以及礦井。進風側(cè)的空氣柱在自然因素的影響下，容易發(fā)生重量變化。空氣注重量的大小，取決于空氣柱的溫度和高度。在標高差和氣溫差的井下聯(lián)通相到之間產(chǎn)生自然風壓，影響通風系統(tǒng)的產(chǎn)生。例如當?shù)V井自然風壓方向與主要通風機的方向相反的時候，往往出現(xiàn)一定的通風阻力，降低風機的通風能力。

礦井自然風壓作用一致的時候，通過礦井自然風壓計算，可以得到相應的數(shù)值。冬季自然風壓為正，夏季自然風壓為負，此時需要保證通風系統(tǒng)穩(wěn)定高效運行，就要對自然風壓進行調(diào)整。例如在冬天自然風壓過大的時候，容易出現(xiàn)解凍現(xiàn)象，主立井和副立井出現(xiàn)回流或者是停滯。風流容易造成自然風壓變化過大，為了防止風流回流或者停滯，減少礦井安全隱患，因此在主井反風等原因上進行分析。[1]

2 主井反風造成的危害

以某煤礦井下自然風壓情況為例，目前礦井中總風量為2000立方米每分鐘，機械負壓較小，而冬季受到自然風壓影響較大，井口房采用半封閉式布置，使用鋼繩芯進行膠帶輸送機的運行，再加上主井機電設備多，礦井主要運輸系統(tǒng)，立井為輔助運輸系統(tǒng)，在主副井運行的過程中，由于密度差和垂高差加大了自然風壓。由于反風風量僅為正常通風期間風量50%左右，反風流中瓦斯?jié)舛缺日；仫L流中瓦斯?jié)舛雀叱?倍以上，含有高濃度瓦斯的回風流經(jīng)過井筒著火點，發(fā)生瓦斯爆炸或爆燃幾率大大增加，甚至會礦毀人亡;火災期間，如保持礦井正常通風，有害氣體會沿風流迅速蔓延，受災范圍人員脫險獲救的概率幾乎為零;火災如得不到及時控制，火風壓會引起井下風流逆轉(zhuǎn)，大大增加井下發(fā)生瓦斯爆炸或爆燃的概率。

3 主井反風安全技術(shù)治理措施

對于主立井的溫度進行降低，為了防止主井設備發(fā)生損壞，在主井口的流入口安裝空調(diào)，住井口采用半封閉式，降低竹節(jié)井的溫度，打開主副立井、聯(lián)絡巷的風門，增加副井入口，風流溫度，減少空氣密度差，在冬季時對風流進行加熱增高，風流濕度。副井口增大暖風機供熱量，購買鍋爐專工暖風機和功率較大的熱風幕懸掛在副井口，改造副井口，對副井口進行合理加熱設備的布置。

4 通風系統(tǒng)在井下申請基建過程中的應用

某煤礦井下通風系統(tǒng)是由眾多井巷及通風設施相互聯(lián)系而構(gòu)成的一個網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，在某個生產(chǎn)時期具有一定的獨立性、完整性和穩(wěn)定性。巷道貫通會破壞原先的平衡和穩(wěn)定狀態(tài)，部分井巷的風流方向、風速及風量產(chǎn)生突變，很可能出現(xiàn)因風速超限而導致煤塵飛揚，因采空區(qū)或密閉內(nèi)的瓦斯大量涌出、循環(huán)風及不合理的串聯(lián)通風的形成、無風或微風井巷的出現(xiàn)等原因，導致出現(xiàn)瓦斯迅速超限的嚴重隱患。

首先進行了井下空調(diào)通風系統(tǒng)的設置，由回風格柵和風管空調(diào)器等組成的空調(diào)通風系統(tǒng)，設置為通風風投排出的方式，格柵的有效通風面積。根據(jù)廠家的實驗，得到的相應數(shù)值為通過格柵門的降噪達到30DB，建筑中回風不暢，容易導致附近密閉內(nèi)瓦斯外泄并積聚，井下振壓過大，出現(xiàn)井門難以打開的問題，因此設置為格柵的回風量，格柵的具體形式和尺寸經(jīng)過技術(shù)論證，風機的改造采用整機更換的方案，改造后可帶來雙重效果：一是高效節(jié)能，二是提高風機的出力。[2]

經(jīng)過調(diào)研，決定采用高效率的AN軸流風機替代現(xiàn)有的對旋風機，對葉輪進行大中修，與對旋風機相比，AN軸流風機的效率高，而且高效區(qū)范圍寬，設備可靠性高，制造質(zhì)量好，具有很好的節(jié)能效果，是煤礦主抽風機的最佳產(chǎn)品。[3]

通過技術(shù)方案的比較，選用最新研制的AN軸系列礦用軸流風機，該系列礦井通風機是最新產(chǎn)品，結(jié)構(gòu)設計合理，使風機在容易期和困難期的效率都在高效區(qū)運行，代表了目前世界通風設備先進技術(shù);采用反轉(zhuǎn)返風，無負偏差，返風量較大，風機性能按國際最高標準考核，全壓效率較高曲線準確性高;能在現(xiàn)場方便地更換葉片，采用葉片粗調(diào)，轉(zhuǎn)速細調(diào)的方式，能確保備用風機的安全性返風時間較短;經(jīng)過改造制造的軸流通風機應用情況良好，該風機的葉片可以停機調(diào)節(jié)，從而達到熱源分布不均衡的進風井之間節(jié)能的目的。[4]

5 結(jié)語

不同時期自然風壓變化及其對礦井通風系統(tǒng)的影響有不同，自然風壓大小主要受進、回風井筒溫差影響，溫差大自然風壓就大，反之亦然;自然風壓對通風系統(tǒng)的影響表現(xiàn)為井筒間空氣柱的相互作用，與自然風壓方向相同的風流路線風量增大、相反的風流路線則風量減小;適當提高主要通風機負壓，并將主、副井溫差控制在5℃以上時，本文結(jié)合礦井實例，通過及時預防、控制問題的探討，提出實時監(jiān)測進風井的風流溫度、風速，并及時調(diào)節(jié)其供暖熱風量的方法.該方法能夠迅速減小進風回路中的風流溫差，可形成逐漸增加的平均風流溫度差，在短期內(nèi)讓主井風流狀態(tài)恢復到正常狀態(tài)，從而實現(xiàn)了有效防控，快速解決了主井風流反向現(xiàn)象，保證通風系統(tǒng)穩(wěn)定。

參考文獻：

[1]董飛.自然風壓在淮北地方小煤礦的控制和利用[J].中國西部科技，2007，（10）：155，154.

[2]陳治全.煤礦井下降溫裝置：中國，CN201721009553.9[P].2018-02-23.

[3]顧春.探究煤礦礦井通風[J].華章，2011，（15）：332.

[4]劉少輝，王繼超.一種煤礦大型絞車液壓站自動風冷散熱裝置設計及應用[J].中國機械，2015，（6）：169-170.