矿井自然风压的影响因素和控制与利用

熊小刚

摘 要：研究自然风压的控制和利用具有重要意义，本文主要对影响自然风压的因素、矿井自然风压的控制与利用进行阐述。

关键词：矿井;自然风压;控制;利用

一、影响自然风压的因素

矿井自然风压在一年之间（甚至一天之间）是不断变化的。图1是某铅锌矿自然风压变化规律形曲线，二月份自然风压达到最大为262.7Pa，8月份自然风压最小值为-118.2Pa，自然风压波动范围为380.9Pa。自然风压作用方向大多数时间为正，即自然风压方向与风机作用方向一致，有利于矿井通风。在6月至9月中旬期间，自然风压值为负，表示此时段内，自然风压作用方向与风机作用方向相反。对矿井通风系统而言，自然风压起一个阻力作用，不利于矿井通风系统稳定、高效工作。

根据矿井自然风压的定义，可以把自然风压看成是空气密度（ρ）和井巷深度（Z）的函数，

而空气密度与空气温度、压力、湿度和成分等息息相关。影响矿井自然风压的主要因素包括温度、空气状态、标高、扇风机工作状态、风量大小、矿井的工作水平数、开拓系统布局等，一些具体因素分析如下。

1.温度

矿井某一回路中两侧空气柱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人风口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、开采深度、地形和地理位置的不同而有所变化。大陆性气候的山区浅井，自然风压的大小和方向受地面气温的影响较为明显，一年四季，甚至昼夜之间都有明显的变化。由于风流与围岩的热交换作用使机械通风的回风井一年四季中气温变化不大，而地面进风井的气温则随季节变化，两者综合作用的结果，导致一年中自然风压发生周期性变化。但对于深井，其自然风压受围岩热交换的影响很显著，一年四季变化较小。

2.空气成分和湿度

空气成分和湿度影响空气密度，因而对自然风压也有一定的影响，但影响较小。

3.井深

当两侧空气柱温差一定时，自然风压与回路中最高与最低点（水平）之间的高差成正比。

4.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。

二、矿井自然风压的控制与利用

研究自然风压的控制和利用具有重要意义。在生产过程中，自然风压的控制与利用的措施主要有如下几方面。

（1）新设计矿井在选择开拓方案、拟定通风系统时，应充分考虑利用地形和当地气候特点，使在全年大部分时间内自然风压作用的方向与机械通风风压的方向一致，以便利用自然风压。例如，在山区要尽量增大进、回风井井口的高差;进风井井口布置在背阳处等。

（2）根据自然风压的变化规律，应适时调整主要通风机的工况点，使其既能满足矿井通风需要，又可节约电能。例如，在冬季自然风压帮助机械通风时，可采用减小风机叶片安装角度或调低转速方法降低机械风压。

（3）為了控制和利用自然风压，可人工调整进、回风井内空气的温差。有些矿井在进风井巷设置水幕或者淋水，以冷却空气，同时起到净化风流的作用。

（4）在多井口通风的山区，要掌握自然风压的变化规律，防止因自然风压作用造成某些巷道无风或反向而发生事故。

（5）为了防止风流反向，必须做好调查研究和现场实测工作，掌握矿井通风系统和各回路的自然风压和风阻，以便在适当的时候采取相应的措施。

（6）在建井时期，要注意因地制宜和因时制宜利用自然风压通风，如在表土施工阶段可利用自然通风;在主副井与风井贯通之后，有时也可利用自然通风;有条件时还可利用钻孔构成回路，形成自然风压，解决局部地区通风问题。

（7）利用自然风压做好非常时期通风。一旦主要通风机因故遭受破坏时，便可利用自然风压进行通风。这在矿井制定事故预防和处理计划时应予以考虑。

图2（a）是某矿因自然风压使风流反向的示意图。该矿为抽出式通风，冬季ab平硐和db竖井进风，Qab=2000m3/min，夏季平硐自然风压作用方向与主要通风机的相反，平硐风流反向，出风量Qab=3000m3/min。如果要防止平硐ab风流反向，需要确定以下有关条件和采取预防措施。如图2（b）所示，对出风井来说夏季存在两个系统自然风压。

则ab段风流反向。根据式（3），可采用下列措施防止ab段风流反向：①加大RD;②增大Hs;③在a点安装风机向巷道压风。