矿井自然通风的利用和控制探讨

刘忠明

（大冶有色矿业分公司铜绿山矿采矿车间，湖北 大冶 435100）

1 矿井自然通风的基本概念

1.1 矿井自然通风形成条件

一般来说，在非机械通风的矿井中经常可以观测到一种现象，那就是风流会从气温比较低的井筒处经过工作面流到气温比较高的井筒位置，出现这种现象的主要原因就是风流在经过井巷的时候，与旁边的岩石发生了一定的热量交换，使得进、回风井里的气温都出现了差异化的现象，再加上回风井中的空气存在着密度小的现象，就会导致井筒底部的空气压力出现不相等的现象，这其中的压差就是自然风压。在受到自然风压的影响之后，风流会不断的流过矿井，然后形成了自然通风的过程。在这其中，温度是影响到矿井进回风两侧空气柱密度的重要性因素，同时自然风压还会与井深产生一定的关系，当矿井两侧的空气柱温度保持在一定程度时，自然风压的大小与进回风井高差会形成成正比关系。

1.2 矿井自然通风的研究意义

有资料显示，我国从八十年代初期以来，已经有很多家国有的大中型矿山产生了不同程度的热害问题，粉尘污染的现象更是具有普遍性。还存在着部分的矿山因为受到恶劣空气的影响，直接出现了生产停的现象。在这样的情况下，井巷的通风系统应用和控制已经成为我国部分矿山必须关注到的问题，要进一步的改进空气品质，减少病害发生的概率。

想要对矿井空气品质做好改善，避免出现热害问题，一般需要建立井巷通风和空调系统。对于矿山生产来说，其开采工艺和地理位置大都会存在着一定的特殊性，在矿山生产中一般都会利用自然通风的方式来做出处理，尤其是对于一些中小型或者是高海拔的矿山来说更是如此。一般来说，在冬夏两季采用自然通风的方式已经成为了重要的组成本部分，在对部分的矿山进行一定的测定之后可以发现，冬夏二季自然通风量已经达到了整个矿山通风量的60%。

除此之外，对于具有机械通风系统的矿山来说，其自然风压所形成的风流对于全矿的通风系统都具有非常重要的影响。当自然风压与风机风压处于一致水平的时候，自然通风主要是发挥出增加通风量和改善其通风效果的重要作用。当自然风压与风机风压处于方向相反状态的时候，自然通风会在一定程度上增加风机的负荷，会给其通风效果产生不良的影响。因此对于整个矿山的生产来说，自然通风规律是必须要作重点把握的内容，需要借此来对自然风压做好正确的预测，然后选择合适的风机来时下对自然风能的充分性利用，这是实现矿山通风节能的重要发展方向，具有非常重要的经济发展意义和现实社会效益。

2 矿井自然通风的特性

现阶段对于自然通风规律的认识还不够透彻，很容易就会给通风系统的运行带来不利的影响，因此需要对矿井自然通风的特性做好关注。根据现有的研究和认识，自然通风的规律和特点分为以下几点。

2.1 地表气温的变化

矿区的地形、开拓方式和矿井深度具有很大的差异性，其地表气温变化会对自然风压产生不同程度的影响。对于山区矿井来说，其自然风压最容易受到地表气温变化的影响，尤其是对于高山矿井来说，经常会在夏秋季节出现频繁的变化，甚至也更加容易受到天气变化的影响。对于侵蚀基准面以下的竖井开拓深矿井来说，因为受到地温变化的影响，地面的空气在进入到矿井之后会与岩体发生热量的交换。总体来说，自然风压在一年当中虽然都会有一定的变化，但是其大体的方向不太会发生很大的变化，尤其是具有主扇通风的情况下更是如此，可以如图1和图2所示。

图1 浅井自然风压图

图2 深井自然风压图

2.2 矿井深度

对于自然风压来说，其大小与矿井深度会成一种正比的关系。深达一千余米的矿井，在自然通风能上会占据总通风能的30%。有一个1000m深的矿井，其主扇运转时风量为90m3/s，当主扇停止运转的时候，其自然通风量依旧可以达到20m3/s～65m3/s的状态。

2.3 矿井内空气成分和湿度

矿井中各种气体的常数是不同，一般是按照道尔顿定律计算出不同气体成分的空气气体常数，再由此来计算出这些常数对于空气密度的影响。在一般的情况下，这种气体成分不会造成很大的影响，可以在计算的过程中不对其作出考虑。此外，空气湿度也是如此，一般不予考虑。

但是要对深矿井多加关注，因为从回风井排除空气的时候，空气经常会呈现出一种饱和的状态，并且其中也会含有不少的液态水分，想要将这些水分排走，需要对附加的能量作消耗处理，如果矿井中没有主扇机，就需要依靠自然通风来发挥出应有的功能，对全矿的通风风压做好削弱处理。

2.4 扇风机的工作

扇风机的主扇工作对于自然风压的影响是比较小的，一般可以保持在忽略不计的状态当中。但是在主扇反风的时候，会受到人为的影响而形成新的风流方向，这就使得院线的进风井成为了回风井。如果是处在冬季，会因为受到岩体热量的影响而使得原进风井内的气温出现了增高的现象，一旦形成了这种两个井筒内的温差关系，即便是主扇出现了停止运转的现象，自然风流也依旧可以保持在主扇反风时的方向。简单来说，主扇反风可以形成一个与原先的自然风压风向保持相反的新的自然风压。

2.5 风量的影响

当处于冬季的时候，风量一般都会增大的现象，同时进风井的冷空气也会出现增加的现象，这使得进风井内平均气温略有降低，同样地自然风压也会有少许的增大现象。夏季一般会呈现出相反的现象，但是不会给一般的矿井造成较大影响，为了让计算更加具有简便性，可以对其忽略不计，认为自然风压不会随风量而变即可。

对于矿井来说，不同水平都会有各自的自然风压，当没有主扇的时候，各水平的自然通风量都会与各自水平的自然风压和相关风阻有着重要的联系。当主扇通风的时候，不同水平的自然风压将与主扇共处于矿井通风网络中联合作业当中，全矿井巷及其各个水平的通风流状况都是具有一定的差异性（风向与风量大小），需要对其作出具体分析之后才能了解。

3 矿井自然通风的利用和控制

矿井通风属于地下矿山开采的重要性课题，一般可以将其分为自然通风和机械通风。其中的自然通风就是将自然风压作为依靠而进行的通风，机械通风是借助机械风机的运转来为井下提供更为新鲜的通风。对于地下矿山来说，经常会采取机械通风的方式，但是实际生产中经常会产生过于依赖机械通风的现象，会给自然风压的存在产生忽视的现象。自然通风一般对于环境条件有着较强的依赖性，因此需要对其利用和控制多加关注。

在矿山生产和开采的过程中，比较容易受到粉尘和热害的影响，想要对这类事故问题的发生做好预防处理，就需要对矿井自然通风的基本规律做好关注，从矿山企业的设计阶段出发，对矿山自然通风的影响做出充分的考虑，通过建立起完善化的通风系统来降低矿井通风的阻力，同时还可以设置调节风墙的方式来实现对自然通风的合理利用。

3.1 建立完善的通风系统

对于高山型矿井来说，在对其做出模型计算和分析之后可以发现，一个年度内上行自然通风的时间一般要比下行的更多，并且普遍上都存在着上行自然风压更大的现象。在对矿井自然通风做出利用和控制的时候，需要对这一规律做出充分的把握，在对其进行设计的时候，需要多采用抽出式机械通风系统，将低温季节的上行自然风流作为主要的内容来做好利用，实现对高温季节下行自然风流的适当控制，避免给主通风系统造成扰乱和破坏的问题。当处于低温季节的时候，自然风压也会处在一个较大的状态当中，这个过程主要是采用调节主扇风机参数的方式来实现对风机能耗的降低。当处于高温季节的时候，自然风流一般都与主风流保持在一个相反的方向当中，可以采用设置调节风门或者是及时封闭采取和废弃井巷的方式来对自然风流的风量进行降低，从而更好地降低自然风压的不利影响。

3.2 降低矿井通风摩擦阻力

当自然风压一定的时候，通过降低风阻的方式就能实现对风量的提升。一般来说，会给风阻产生影响的主要因素有过风断面、支护型式、巷道长度等内容。对于巷道长度和支护形式来说，它们早在开拓的过程中就已经形成，很难再对其作出改变，因此大都会采用增大过风断面的方式来进行处理。在实际的生产过程当中，还会采用增加进风巷数目的方式，利用多中段同时进风的方法来作出应对，并且会将进风巷道中的杂物做好处理，通过这样的方式来实现对矿井通风阻力的降低，继而实现增大风量和改善通风效果的重要目的。

3.3 设置调节风墙

高山型矿井一般都位于多山区，而对于山区来说，其中经常会存在着风流紊乱的现象，这种现象的发生会直接的给矿山的通风效果产生不利的影响。想要对这些不良的影响做好避免，需要将矿井进风方向作为重点来关注，让其与当地常年主导的风流方向保持一致性，同时还需要在矿井外做好风墙的调节，避免受到紊乱风流的不利影响。

4 结语

综上所述，自然风压是客观存在的，经常会给矿井的机械通风产生影响，尤其是对于不同标高和多出口的矿山来说，自然风压阻碍或者抑制通风的现象是比较突出的。自然风压的大小大都是受到地面空气温度以及进、回风井的相对位置和标高差的影响，不同季节也会表现出不同的影响。在对矿山通风系统进行设计的时候，一定需要充分的认识到自然风压所形成的规律，然后与不同矿井的实际情况做好结合，遵循因地制宜的原则来制定出矿井机械通风的设计方案来优化矿山主通风系统，通过这样的方式来帮助矿山企业做好通风安全状况的有效改善，进一步的提高矿山的效益，避免因自然风压的存在而对矿井通风造成负面的影响。