礦井自然通風的利用和控制探討

劉忠明

（大冶有色礦業分公司銅綠山礦采礦車間，湖北 大冶 435100）

1 礦井自然通風的基本概念

1.1 礦井自然通風形成條件

一般來說，在非機械通風的礦井中經常可以觀測到一種現象，那就是風流會從氣溫比較低的井筒處經過工作面流到氣溫比較高的井筒位置，出現這種現象的主要原因就是風流在經過井巷的時候，與旁邊的巖石發生了一定的熱量交換，使得進、回風井里的氣溫都出現了差異化的現象，再加上回風井中的空氣存在著密度小的現象，就會導致井筒底部的空氣壓力出現不相等的現象，這其中的壓差就是自然風壓。在受到自然風壓的影響之后，風流會不斷的流過礦井，然后形成了自然通風的過程。在這其中，溫度是影響到礦井進回風兩側空氣柱密度的重要性因素，同時自然風壓還會與井深產生一定的關系，當礦井兩側的空氣柱溫度保持在一定程度時，自然風壓的大小與進回風井高差會形成成正比關系。

1.2 礦井自然通風的研究意義

有資料顯示，我國從八十年代初期以來，已經有很多家國有的大中型礦山產生了不同程度的熱害問題，粉塵污染的現象更是具有普遍性。還存在著部分的礦山因為受到惡劣空氣的影響，直接出現了生產停的現象。在這樣的情況下，井巷的通風系統應用和控制已經成為我國部分礦山必須關注到的問題，要進一步的改進空氣品質，減少病害發生的概率。

想要對礦井空氣品質做好改善，避免出現熱害問題，一般需要建立井巷通風和空調系統。對于礦山生產來說，其開采工藝和地理位置大都會存在著一定的特殊性，在礦山生產中一般都會利用自然通風的方式來做出處理，尤其是對于一些中小型或者是高海拔的礦山來說更是如此。一般來說，在冬夏兩季采用自然通風的方式已經成為了重要的組成本部分，在對部分的礦山進行一定的測定之后可以發現，冬夏二季自然通風量已經達到了整個礦山通風量的60%。

除此之外，對于具有機械通風系統的礦山來說，其自然風壓所形成的風流對于全礦的通風系統都具有非常重要的影響。當自然風壓與風機風壓處于一致水平的時候，自然通風主要是發揮出增加通風量和改善其通風效果的重要作用。當自然風壓與風機風壓處于方向相反狀態的時候，自然通風會在一定程度上增加風機的負荷，會給其通風效果產生不良的影響。因此對于整個礦山的生產來說，自然通風規律是必須要作重點把握的內容，需要借此來對自然風壓做好正確的預測，然后選擇合適的風機來時下對自然風能的充分性利用，這是實現礦山通風節能的重要發展方向，具有非常重要的經濟發展意義和現實社會效益。

2 礦井自然通風的特性

現階段對于自然通風規律的認識還不夠透徹，很容易就會給通風系統的運行帶來不利的影響，因此需要對礦井自然通風的特性做好關注。根據現有的研究和認識，自然通風的規律和特點分為以下幾點。

2.1 地表氣溫的變化

礦區的地形、開拓方式和礦井深度具有很大的差異性，其地表氣溫變化會對自然風壓產生不同程度的影響。對于山區礦井來說，其自然風壓最容易受到地表氣溫變化的影響，尤其是對于高山礦井來說，經常會在夏秋季節出現頻繁的變化，甚至也更加容易受到天氣變化的影響。對于侵蝕基準面以下的豎井開拓深礦井來說，因為受到地溫變化的影響，地面的空氣在進入到礦井之后會與巖體發生熱量的交換。總體來說，自然風壓在一年當中雖然都會有一定的變化，但是其大體的方向不太會發生很大的變化，尤其是具有主扇通風的情況下更是如此，可以如圖1和圖2所示。

圖1 淺井自然風壓圖

圖2 深井自然風壓圖

2.2 礦井深度

對于自然風壓來說，其大小與礦井深度會成一種正比的關系。深達一千余米的礦井，在自然通風能上會占據總通風能的30%。有一個1000m深的礦井，其主扇運轉時風量為90m3/s，當主扇停止運轉的時候，其自然通風量依舊可以達到20m3/s～65m3/s的狀態。

2.3 礦井內空氣成分和濕度

礦井中各種氣體的常數是不同，一般是按照道爾頓定律計算出不同氣體成分的空氣氣體常數，再由此來計算出這些常數對于空氣密度的影響。在一般的情況下，這種氣體成分不會造成很大的影響，可以在計算的過程中不對其作出考慮。此外，空氣濕度也是如此，一般不予考慮。

但是要對深礦井多加關注，因為從回風井排除空氣的時候，空氣經常會呈現出一種飽和的狀態，并且其中也會含有不少的液態水分，想要將這些水分排走，需要對附加的能量作消耗處理，如果礦井中沒有主扇機，就需要依靠自然通風來發揮出應有的功能，對全礦的通風風壓做好削弱處理。

2.4 扇風機的工作

扇風機的主扇工作對于自然風壓的影響是比較小的，一般可以保持在忽略不計的狀態當中。但是在主扇反風的時候，會受到人為的影響而形成新的風流方向，這就使得院線的進風井成為了回風井。如果是處在冬季，會因為受到巖體熱量的影響而使得原進風井內的氣溫出現了增高的現象，一旦形成了這種兩個井筒內的溫差關系，即便是主扇出現了停止運轉的現象，自然風流也依舊可以保持在主扇反風時的方向。簡單來說，主扇反風可以形成一個與原先的自然風壓風向保持相反的新的自然風壓。

2.5 風量的影響

當處于冬季的時候，風量一般都會增大的現象，同時進風井的冷空氣也會出現增加的現象，這使得進風井內平均氣溫略有降低，同樣地自然風壓也會有少許的增大現象。夏季一般會呈現出相反的現象，但是不會給一般的礦井造成較大影響，為了讓計算更加具有簡便性，可以對其忽略不計，認為自然風壓不會隨風量而變即可。

對于礦井來說，不同水平都會有各自的自然風壓，當沒有主扇的時候，各水平的自然通風量都會與各自水平的自然風壓和相關風阻有著重要的聯系。當主扇通風的時候，不同水平的自然風壓將與主扇共處于礦井通風網絡中聯合作業當中，全礦井巷及其各個水平的通風流狀況都是具有一定的差異性（風向與風量大小），需要對其作出具體分析之后才能了解。

3 礦井自然通風的利用和控制

礦井通風屬于地下礦山開采的重要性課題，一般可以將其分為自然通風和機械通風。其中的自然通風就是將自然風壓作為依靠而進行的通風，機械通風是借助機械風機的運轉來為井下提供更為新鮮的通風。對于地下礦山來說，經常會采取機械通風的方式，但是實際生產中經常會產生過于依賴機械通風的現象，會給自然風壓的存在產生忽視的現象。自然通風一般對于環境條件有著較強的依賴性，因此需要對其利用和控制多加關注。

在礦山生產和開采的過程中，比較容易受到粉塵和熱害的影響，想要對這類事故問題的發生做好預防處理，就需要對礦井自然通風的基本規律做好關注，從礦山企業的設計階段出發，對礦山自然通風的影響做出充分的考慮，通過建立起完善化的通風系統來降低礦井通風的阻力，同時還可以設置調節風墻的方式來實現對自然通風的合理利用。

3.1 建立完善的通風系統

對于高山型礦井來說，在對其做出模型計算和分析之后可以發現，一個年度內上行自然通風的時間一般要比下行的更多，并且普遍上都存在著上行自然風壓更大的現象。在對礦井自然通風做出利用和控制的時候，需要對這一規律做出充分的把握，在對其進行設計的時候，需要多采用抽出式機械通風系統，將低溫季節的上行自然風流作為主要的內容來做好利用，實現對高溫季節下行自然風流的適當控制，避免給主通風系統造成擾亂和破壞的問題。當處于低溫季節的時候，自然風壓也會處在一個較大的狀態當中，這個過程主要是采用調節主扇風機參數的方式來實現對風機能耗的降低。當處于高溫季節的時候，自然風流一般都與主風流保持在一個相反的方向當中，可以采用設置調節風門或者是及時封閉采取和廢棄井巷的方式來對自然風流的風量進行降低，從而更好地降低自然風壓的不利影響。

3.2 降低礦井通風摩擦阻力

當自然風壓一定的時候，通過降低風阻的方式就能實現對風量的提升。一般來說，會給風阻產生影響的主要因素有過風斷面、支護型式、巷道長度等內容。對于巷道長度和支護形式來說，它們早在開拓的過程中就已經形成，很難再對其作出改變，因此大都會采用增大過風斷面的方式來進行處理。在實際的生產過程當中，還會采用增加進風巷數目的方式，利用多中段同時進風的方法來作出應對，并且會將進風巷道中的雜物做好處理，通過這樣的方式來實現對礦井通風阻力的降低，繼而實現增大風量和改善通風效果的重要目的。

3.3 設置調節風墻

高山型礦井一般都位于多山區，而對于山區來說，其中經常會存在著風流紊亂的現象，這種現象的發生會直接的給礦山的通風效果產生不利的影響。想要對這些不良的影響做好避免，需要將礦井進風方向作為重點來關注，讓其與當地常年主導的風流方向保持一致性，同時還需要在礦井外做好風墻的調節，避免受到紊亂風流的不利影響。

4 結語

綜上所述，自然風壓是客觀存在的，經常會給礦井的機械通風產生影響，尤其是對于不同標高和多出口的礦山來說，自然風壓阻礙或者抑制通風的現象是比較突出的。自然風壓的大小大都是受到地面空氣溫度以及進、回風井的相對位置和標高差的影響，不同季節也會表現出不同的影響。在對礦山通風系統進行設計的時候，一定需要充分的認識到自然風壓所形成的規律，然后與不同礦井的實際情況做好結合，遵循因地制宜的原則來制定出礦井機械通風的設計方案來優化礦山主通風系統，通過這樣的方式來幫助礦山企業做好通風安全狀況的有效改善，進一步的提高礦山的效益，避免因自然風壓的存在而對礦井通風造成負面的影響。