自然風壓對礦井通風系統的影響分析及防治

任立斌

摘 要：本文對自然風壓在礦井通風系統中產生的影響進行分析，并針對案例礦井中進行通風機低負壓運轉的改造項目進行論述。針對改造項目中不同時期產生的自然風壓以及通風系統改造后對礦井通風情況的影響結果進行論證，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生的影響，出現的風流路線、風量增大或減小等情況，需要采用主要通風機負壓調高的方式進行主副井溫差的控制的意見。

關鍵詞：自然風壓;礦井通風系統;系統防治

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

1 自然風壓工作原理

當礦井自然風壓與主要通風機方向一致的時候，往往產生自然因素無法抗拒的力量回風側空氣柱以及礦井。進風側的空氣柱在自然因素的影響下，容易發生重量變化。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通相到之間產生自然風壓，影響通風系統的產生。例如當礦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穩定高效運行，就要對自然風壓進行調整。例如在冬天自然風壓過大的時候，容易出現解凍現象，主立井和副立井出現回流或者是停滯。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，立井為輔助運輸系統，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，反風流中瓦斯濃度比正常回風流中瓦斯濃度高出1倍以上，含有高濃度瓦斯的回風流經過井筒著火點，發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，大大增加井下發生瓦斯爆炸或爆燃的概率。

3 主井反風安全技術治理措施

對于主立井的溫度進行降低，為了防止主井設備發生損壞，在主井口的流入口安裝空調，住井口采用半封閉式，降低竹節井的溫度，打開主副立井、聯絡巷的風門，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 通風系統在井下申請基建過程中的應用

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

首先進行了井下空調通風系統的設置，由回風格柵和風管空調器等組成的空調通風系統，設置為通風風投排出的方式，格柵的有效通風面積。根據廠家的實驗，得到的相應數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瓦斯外泄并積聚，井下振壓過大，出現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過技術論證，風機的改造采用整機更換的方案，改造后可帶來雙重效果：一是高效節能，二是提高風機的出力。[2]

經過調研，決定采用高效率的AN軸流風機替代現有的對旋風機，對葉輪進行大中修，與對旋風機相比，AN軸流風機的效率高，而且高效區范圍寬，設備可靠性高，制造質量好，具有很好的節能效果，是煤礦主抽風機的最佳產品。[3]

通過技術方案的比較，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品，結構設計合理，使風機在容易期和困難期的效率都在高效區運行，代表了目前世界通風設備先進技術;采用反轉返風，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;能在現場方便地更換葉片，采用葉片粗調，轉速細調的方式，能確保備用風機的安全性返風時間較短;經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節，從而達到熱源分布不均衡的進風井之間節能的目的。[4]

5 結語

不同時期自然風壓變化及其對礦井通風系統的影響有不同，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的影響表現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，本文結合礦井實例，通過及時預防、控制問題的探討，提出實時監測進風井的風流溫度、風速，并及時調節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，在短期內讓主井風流狀態恢復到正常狀態，從而實現了有效防控，快速解決了主井風流反向現象，保證通風系統穩定。

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.