自然风压对矿井通风的影响15.3.4

1、自然风压对矿井通风的影响自然风压对矿井通风的影响通风综合队通风综合队- -袁晓旭袁晓旭20152015年年3 3月月1313日日第一部分自然风压概述第二部分自然风压的影响因素第三部分自然风压的计算第四部分自然风压的测定第五部分自然风压对我矿影响及对策CONTENTS目 录第一部分 自然风压概述概述：自然风压是由于进回风两侧空气柱质量不同而产生的压差。空气柱质量的大小又取决于空气柱的温度和高度。众所周知，冷而重的空气向下流动，热而轻的空气向上流动，这种自然因素作用就形成了自然通风。由于煤矿井下巷道高差不一，纵横交错且联系紧密，使得巷道自身标高及空气密度不一定相等，所以,只要存在标高差和气温差的井

2、下连通巷道之间必然存在自然风压。优点：充分合理利用自然风压进行矿井通风, 既可改善井下的工作环境, 确保矿井安全生产, 又可大大地减少通风资金投入、节能降耗。缺点：在矿井通风过程中, 由于自然风压的影响, 往往会使矿井或局部井巷出现无风、微风, 甚至风流反向的现象, 给矿井安全生产带来严重的威胁。感想：如何保证自然通风的风量能满足生产要求? 如何防止自然风流反向? 如何确保矿井通风系统安全运行? 这些都是值得认真研究的问题。第二部分 自然风压的影响因素 影响自然风压的决定性因素是进回风两侧空气柱的密度差，而空气密度又受温度、大气压力、气体常数和相对湿度等因素影响。温度：矿井某一回路中两侧空气柱

3、的温差是影响自然风压的主要因素。影响气温差的主要因素是地面入风气温和风流与围岩的热交换。其影响程度随矿井的开拓方式、采深、气候、地形和地理位置的不同而有所不同。尤其以大陆性气候的山区，自然风压大小和方向受地面气温影响较为明显；一年四季及昼夜之间都有明显变化。 图2-1 年度自然风压变化曲线空气密度：空气成分和湿度影响空气的密度，因而对自然风压也有一定影响，但影响较小。井深：当两侧空气柱温差一定时，自然风压和回路中最高与最低点(水平)之间的高差成正比。 风机运转：风机运转对自然风压的大小和方向也有一定的影响。因为矿井主要通风机工作决定了主风流方向，加之风流与围岩之间的热交换，使冬季回风井气温高于

4、进风井，在进风井周围形成了冷却带后，即使风机停转或通风系统改变，两个井筒之间在一定时期内仍有一定的温差，从而仍有一定的自然风压起作用。有时甚至会干扰通风系统改变后的正常通风工作，这在建井时期表现尤为明显。第三部分 自然风压计算对矿井自然风压的影响因素主要有气候变化及矿井开采时期。气候影响最大的是夏、冬两季，开采影响最大的是矿井生产通风最易和最难时期。气候和开采对矿井通风负压影响的极值通常有以下几种： H易+ He1 ，H易- He2 ； H难+ He3，H难- He4 式中： H易、 H难矿井通风最易、最难（不计自然风压）时的通风 计算负压，Pa； He1、He2 矿井通风最易时冬、夏季自然风

5、压的极值，Pa He3、He4 矿井通风最难时冬、夏季自然风压的极值，Pa。进、回风井井口标高相同的情况进、回风井井口标高相同的情况 He = (回-进) gH 式中：回回风井筒中湿空气的平均密，kg/m3； 进进风井筒中湿空气的平均密度， kg/m3； H 井筒垂深，m 。回风井井口高于进风井井口的情况 He =(0Hc +1H1-2H2)g 式中：2回风井筒中湿空气的平均密，kg/m3； 1进风井筒中湿空气的平均密度， kg/m3； 0地表进风井筒中湿空气的平均密度， kg/m3； H 井筒垂深，m 。自然风压按“科马洛夫”公式计算（井深大于100m）： 式中：He矿井自然风压，Pa； P

6、大气压力，唐家会地区约为658mmHg； H矿井开采深度，m； T1进风侧平均温度，K； T2回风侧平均温度，K； R矿井空气常数，取287J/(kg.K)。 1211()(1)10000ePHgHHRTT 北方冬季自然风压与主要进风侧风流方向相同，有利于通风；夏季自然风压与主要进风侧风流方向相反，不利于通风。自然风压计算如下1.冬季：2.夏季：第四部分 自然风压测定方法直接测定法直接测定法1. 在无主扇通风的矿井，若井下有局部通风风机，先停止局部通风机的运转，在总回风巷道中任何适当的地点建立临时风墙，隔断风流后，立即用压差计测出风墙两侧的风压差，此值就是自然风压。如果矿井还有其他水平，则应同

7、时将其他所有水平的自然风流用风墙隔断。可见，这个方法在多水平矿井并不简便。2.在有主扇通风的矿井，测定全矿自然风压的方法是：首先停止主扇风机的运转，立即将风硐内的闸板放下，隔断自然风流，这时接入风硐内闸板前的压差计的读数就是全矿的自然风压。间接测定法间接测定法1.1.在有主扇通风的矿井：首先，当主扇运转时，测出其总风量在有主扇通风的矿井：首先，当主扇运转时，测出其总风量Q Q及主扇及主扇的有效静压的有效静压H Hs s，则可列出能量方程：，则可列出能量方程： H Hs s + + H Hn n = = R QR Q2 2 （4-1)4-1)2.2.然后，停止主扇运转，当仍有自然风流流过全矿时，

8、立即在风硐或其然后，停止主扇运转，当仍有自然风流流过全矿时，立即在风硐或其他总风流中测出自然通风量他总风流中测出自然通风量Q Qn n , , 则可列出方程则可列出方程: : H Hn n= =RQRQn n2 2 (4-2) (4-2)联立解联立解(4-1)(4-1)与与(4-2)(4-2)式，可得自然风压式，可得自然风压H Hn n和全矿风阻和全矿风阻R R。 n同理，将主扇转数改变，或者用闸板调整一下风硐的过同理，将主扇转数改变，或者用闸板调整一下风硐的过风面积，使主扇工况改变，测出其参数，列出其他形式风面积，使主扇工况改变，测出其参数，列出其他形式的式的式(4-2)(4-2)，与式，与

9、式(4-1)(4-1)联立求解，亦可得自然风压。联立求解，亦可得自然风压。n在矿井通风设计、日常通风管理和通风系统调整中，为在矿井通风设计、日常通风管理和通风系统调整中，为了确切地考虑自然风压的影响，必须对自然风压进行定了确切地考虑自然风压的影响，必须对自然风压进行定量分析，为此需要掌握自然风压的测算方法。量分析，为此需要掌握自然风压的测算方法。 平均密度测算法平均密度测算法1.1.若各测点间高差相等，可用算术平均法求各点密度的平均值，即：若各测点间高差相等，可用算术平均法求各点密度的平均值，即：2.2.若高差不等，则按高度加权平均求其平均值，即若高差不等，则按高度加权平均求其平均值，即 ni

10、imn11niiimZZ11n为了测定通风系统的自然风压，以最低水平为基为了测定通风系统的自然风压，以最低水平为基准面（线），将通风系统分为两个高度均为准面（线），将通风系统分为两个高度均为Z Z的的空气柱，一个称之内空气柱的平均密度，应在密空气柱，一个称之内空气柱的平均密度，应在密度变化较大的地方，如井口、井底、倾斜巷道的度变化较大的地方，如井口、井底、倾斜巷道的上下端及风温变化较大和变坡的地方布置测点，上下端及风温变化较大和变坡的地方布置测点，并在较短的时间内测出各点风流的绝对静压力并在较短的时间内测出各点风流的绝对静压力P P、干湿球温度干湿球温度t td d、t tw w、相对湿度、相

11、对湿度。两测点间高差。两测点间高差不宜超过不宜超过100m100m（以（以50m50m为宜）。为宜）。 ni ii i测段的平均空气密度，测段的平均空气密度，kg/m3kg/m3；n Z Zi ii i测段高差，测段高差，m m；n ZZ总高差，总高差，m m；n n n测段数。测段数。 图图4-1 4-1 进、回风井湿空气密度测点布置实例进、回风井湿空气密度测点布置实例 n例如，图例如，图4-14-1所示的通风系统，所示的通风系统，在利用气压计法测定该系统通在利用气压计法测定该系统通风阻力的同时，测得了图中各风阻力的同时，测得了图中各测点的空气密度如。测点的空气密度如。第五部分 自然风压对我

12、矿影响及建议对策2013年8月24日早班，我矿风、副井实现贯通1.风量及风流方向：副井风向不明（井盖门打开、局扇关闭）、风井风向不明（井盖门打开、局扇关闭）。2.温度：副井22.5、风井233.直接原因：进回风侧温度差值较小直接造成风、副井风向不明这一情况，通过查看自然风压表格中数据看出，当时自然风压近似于0pa，巷道摩擦阻力也近似于0pa，可以看出自然风压与进回风侧温度差值密切相关；4.间接原因：风、副井入口进风断面积相似，且井筒标高一致，无法形成有效的空气柱差值。2013年9月28日中班，我矿主、副、风实现“三井贯通”1.风量及风流方向：主井回风（1088m/min）、副井进风（336m/

13、min）、风井回风（风量微弱）。2.温度：副井20、主斜井25、井底车场20。3.直接原因：进回风侧温度差值直接造成主斜井回风这一情况，通过查看自然风压表格中数据看出，当时自然风压为90.4pa，巷道摩擦阻力46.56pa，可以看出自然风压完全可以克服当时井下巷道摩擦阻力。4.间接原因：主斜井通风路线较长通风阻力大、机电设备运转发热较大、通风方式为“混合式通风”、受围岩热交换影响大。2015年1月至2015年2月主斜井下风量过大情况1.风量及风流方向：副井进风（约1000-2500m/min）、主井进风（3000-4100m/min）、风井回风（5721m/min）。2.温度：副井21、主斜井

14、-8。3.直接原因：进回风侧温度差值直接造成主斜井回风这一情况，通过查看自然风压表格中数据看出，当时自然风压为587.6pa，主通风机负压为223pa，可以看出主通风机负压无法克服自然风压。4.间接原因：主斜井皮带已拆除增大进风断面同时减小通风阻力、主斜井大门处于开启状态、主斜井加热装置处于关闭状态、运转机电设备较少；副井南北大门多处于关闭状态、暖风机开启台数较多、使副井上口温度较高。2015年3月9日主斜井风流紊乱情况1.风量及风流方向：副井进风（7245m/min）、主井回风（1800m/min）、风井回风（5386m/min）。2.温度：副井4、主斜井15。3、直接原因：进回风侧温度差值直接造成主斜井回风这一情况，通过查看自然风压表格中数据看出，当时自然风压为217.7pa，主通风机负压为190pa，可以看出主通风机负压无法克服自然风压。4.间接原因：主斜井通风路线较长通风阻力大、主斜井皮带已安装减少进风断面同时增加通风阻力、主井大门处于关闭状态、机电设备运转增加热量；副井通风路线短、进风断面大、副井南北大门多处于打开状态且暖风机开启台数较少。建议对策主斜井上风或下风较小或风流紊乱主斜井上风或下风较小或风流紊乱1.增加副井进风侧温度，降低主斜井进风侧温度（变温设施）。2.减小副井进风入口断面，增大主斜井进风入口断面。3.提高主通