礦井自然風壓的影響因素和控制與利用

熊小剛

摘 要：研究自然風壓的控制和利用具有重要意義，本文主要對影響自然風壓的因素、礦井自然風壓的控制與利用進行闡述。

關鍵詞：礦井;自然風壓;控制;利用

一、影響自然風壓的因素

礦井自然風壓在一年之間（甚至一天之間）是不斷變化的。圖1是某鉛鋅礦自然風壓變化規律形曲線，二月份自然風壓達到最大為262.7Pa，8月份自然風壓最小值為-118.2Pa，自然風壓波動范圍為380.9Pa。自然風壓作用方向大多數時間為正，即自然風壓方向與風機作用方向一致，有利于礦井通風。在6月至9月中旬期間，自然風壓值為負，表示此時段內，自然風壓作用方向與風機作用方向相反。對礦井通風系統而言，自然風壓起一個阻力作用，不利于礦井通風系統穩定、高效工作。

根據礦井自然風壓的定義，可以把自然風壓看成是空氣密度（ρ）和井巷深度（Z）的函數，

而空氣密度與空氣溫度、壓力、濕度和成分等息息相關。影響礦井自然風壓的主要因素包括溫度、空氣狀態、標高、扇風機工作狀態、風量大小、礦井的工作水平數、開拓系統布局等，一些具體因素分析如下。

1.溫度

礦井某一回路中兩側空氣柱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人風口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、開采深度、地形和地理位置的不同而有所變化。大陸性氣候的山區淺井，自然風壓的大小和方向受地面氣溫的影響較為明顯，一年四季，甚至晝夜之間都有明顯的變化。由于風流與圍巖的熱交換作用使機械通風的回風井一年四季中氣溫變化不大，而地面進風井的氣溫則隨季節變化，兩者綜合作用的結果，導致一年中自然風壓發生周期性變化。但對于深井，其自然風壓受圍巖熱交換的影響很顯著，一年四季變化較小。

2.空氣成分和濕度

空氣成分和濕度影響空氣密度，因而對自然風壓也有一定的影響，但影響較小。

3.井深

當兩側空氣柱溫差一定時，自然風壓與回路中最高與最低點（水平）之間的高差成正比。

4.風機運轉

風機運轉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進風井，在進風井周圍形成了冷卻帶后，即使風機停轉或通風系統改變，兩個井筒之間在一定時期內仍有一定的溫差，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改變后的正常通風工作，這在建井時期表現尤為明顯。

二、礦井自然風壓的控制與利用

研究自然風壓的控制和利用具有重要意義。在生產過程中，自然風壓的控制與利用的措施主要有如下幾方面。

（1）新設計礦井在選擇開拓方案、擬定通風系統時，應充分考慮利用地形和當地氣候特點，使在全年大部分時間內自然風壓作用的方向與機械通風風壓的方向一致，以便利用自然風壓。例如，在山區要盡量增大進、回風井井口的高差;進風井井口布置在背陽處等。

（2）根據自然風壓的變化規律，應適時調整主要通風機的工況點，使其既能滿足礦井通風需要，又可節約電能。例如，在冬季自然風壓幫助機械通風時，可采用減小風機葉片安裝角度或調低轉速方法降低機械風壓。

（3）為了控制和利用自然風壓，可人工調整進、回風井內空氣的溫差。有些礦井在進風井巷設置水幕或者淋水，以冷卻空氣，同時起到凈化風流的作用。

（4）在多井口通風的山區，要掌握自然風壓的變化規律，防止因自然風壓作用造成某些巷道無風或反向而發生事故。

（5）為了防止風流反向，必須做好調查研究和現場實測工作，掌握礦井通風系統和各回路的自然風壓和風阻，以便在適當的時候采取相應的措施。

（6）在建井時期，要注意因地制宜和因時制宜利用自然風壓通風，如在表土施工階段可利用自然通風;在主副井與風井貫通之后，有時也可利用自然通風;有條件時還可利用鉆孔構成回路，形成自然風壓，解決局部地區通風問題。

（7）利用自然風壓做好非常時期通風。一旦主要通風機因故遭受破壞時，便可利用自然風壓進行通風。這在礦井制定事故預防和處理計劃時應予以考慮。

圖2（a）是某礦因自然風壓使風流反向的示意圖。該礦為抽出式通風，冬季ab平硐和db豎井進風，Qab=2000m3/min，夏季平硐自然風壓作用方向與主要通風機的相反，平硐風流反向，出風量Qab=3000m3/min。如果要防止平硐ab風流反向，需要確定以下有關條件和采取預防措施。如圖2（b）所示，對出風井來說夏季存在兩個系統自然風壓。

則ab段風流反向。根據式（3），可采用下列措施防止ab段風流反向：①加大RD;②增大Hs;③在a點安裝風機向巷道壓風。