煤礦自然風壓對通風系統影響的研究

吳月春

冀中能源股份有限公司邯鄲郭二莊礦 河北邯鄲 056000

在井下由于各種自然因素的作用下，不同位置的空氣產生了溫度和密度的差異，冷空氣較熱空氣重，自然冷空氣流向熱空氣方向，從而形成自然通風。自然通風所具有的能量，一般稱為自然風壓[1]。在各個煤礦中自然風壓是客觀存在的一種想象，這種現象有時對煤礦通風系統有利，但多數情況產生不利影響，有時甚至導致安全事故的發生，因此必須對自然風壓引起足夠的重視。

1 自然風壓產生原因及特性

1.1 自然風壓產生原因及影響因素

井口內外的溫度差，以及主副井的高度差是形成自然風壓的重要動力之一。這種動力隨著季節的不斷變化而變化，因為不同季節中地面的溫度是不一樣的，尤其冬季和夏季溫差較大的季節，則會產生相反的動力方向。

此外對自然風壓的大小和方向的影響還有其他因素，比如井內空氣成分，地表大氣壓，井巷的深度、通風機組的運行狀況及平硐口的數量。由此來看，主副井的標高一樣，也會因為空氣的溫度、濕度、密度和成分不一樣，而產生的自然風壓也存在著很大不同。井巷內的空氣成分對自然風壓影響很小，可忽略不計。但井下通風機機組的運行狀況對自然風壓影響較大，風機運行過程中會增加井內空氣溫度，從而增大溫度差，導致自然風壓增大。

1.2 自然風壓的特性

自然風壓的特性主要體現在隨季節的變化而變化。地面的溫度隨季節的變化而變化很大，但井內空氣溫度一般保持不變。例如在冬天，地面空氣溫度越低，進內外空氣溫度差就越大，自然風壓就會越大，而且自然風壓和通風機組的風向是一致，因此對通風系統是有利的；而在夏天，地表溫度越高，自然風壓風向發生變化，是阻礙煤礦通風機組的風流。

2 自然風壓對煤礦通風系統的影響及對策

2.1 自然風壓反向流動成因

如果井巷道中自然風壓大于通風機組分配到這一巷道的分支風壓時，會導致巷道中風向發生反轉。造成某井下巷道的自然風壓與機械風壓的反向不一致，有的時候能改變整個礦井的通風系統的風向。

2.2 如何應對反向自然風壓

提升礦井通風系統質量。一般在煤礦的礦井，由于季節變化的因素，上行自然風流的時間比下行的長一些，并且上行的風壓比較大，因此，在冬季氣溫較低的時候，可以以上行自然風為主，夏季氣溫偏高的時候，對下行自然風采取合理的控制措施，以減少對機械通風的影響。

對采空區和廢舊巷道進行封閉。井下巷道的密閉性對煤礦通風系統的正常運行起到很重要的作用，如果上部采空區或廢舊巷道存在漏風現象，將嚴重影響機械通風和安全生產，因此，十分有必要對其進行徹底密封。

根據不同巷道風向不同可采取增大或降低風阻的辦法。如果豎井內風流方向，需降低豎井風阻或增大進風平硐的風阻；如果平硐內風流反向，需降低平硐風阻或增大進風豎井風阻。

安裝輔助扇風機采取限制作用。若豎井風流反向，需安裝扇風機向豎井內壓風；若平硐出現自然風反向，需在平硐內安裝扇風機，加強通風，向平硐內壓風。

為了防止自然風向反流對機械通風的影響，以上措施要根據實際情況靈活運用。

2.3 自然風壓對主扇風機的影響及采取措施

煤礦機械通風的主風機與自然風壓的作用原理是串聯作業。當自然風壓與主風機風壓一致時，會起到輔助作用，當兩者風壓方向相反時，會起到阻礙作用。當井下巷道的風阻不變時，主風機的風量風壓分別與一次、二次方成正比。由此可知，改變主風機的轉速可提高風機風壓；因為風機風葉的安裝角度也大，風機風壓越高，也可改變風機風葉的角度提高風壓；此外安裝風門、風墻在自然風通過的巷道，阻礙自然風流，也可以安裝輔助風機，改變自然風向，把不利的自然風壓變為有利。

2.4 防止自然風壓對煤礦通風系統影響的其他措施

（1）降低主井內的空氣溫度。一般礦井的傷口由鐵皮密封，通過打開鐵門，將外面冷空氣進入降低了主井口的溫度，霧氣也會消散，并且打開主井下面的巷道，比如主副井相連的風門和主膠帶機巷道聯絡門。此操作可增加風速，減低溫度，減少主副井溫度差。

（2）增加副井如風流的溫度。在副井口可安裝供暖設施，通過暖氣給自然風加熱，以減少主副井內空氣溫差，從而減弱了巷道內自然風的流動。設置專用引導自然風的回風道，把水平巷道作為總回風巷道，并且密閉上部與采空區和廢舊巷道。平硐口的風向要和全年主風向一致，并設置排風硐口的擋風墻。一般使用平行巷道進風，使得采場起到并聯通風作用，經常疏通回風道，降低封堵，擴大過風面積。可在水平硐口安裝抽風機，或者安裝無風墻輔助風機，利用動力加強通風，根據不同狀況因勢利導自然風壓。安裝可調節的風門，控制風流方向和流量。

3 結語

自然風壓是天然形成的一種能量，如果能得到科學合理的利用，既能大大降低機械通風的能耗，減少成本投入，又能改善煤礦井下空氣質量，確保煤礦安全生產。因此，在某些特定自然環境，充分利用自然通風的優勢，可收到良好的安全效益、環境效益和經濟效益。空氣因密度不同而產生了流動，氣體的密度與氣溫有直接關系[2]。因此，要充分認識不同季節的特性對自然風壓影響的規律，掌握規律因勢利導。自然風壓一旦形成反向氣流，對煤礦機械通風產生阻礙作用，不利于煤礦安全生產，因此，必須根據實際情況，采取有效措施，消除自然風壓的影響，確保煤礦的安全生產。