神东煤炭集团哈拉沟煤矿 陕西榆林 719000
摘要：近年来，矿井自然风流反向对通风系统的影响问题得到了业内的广泛关注，研究其相关课题有着重要意义。本文首先对相关内容做了概述，分析了自然风压的变化规律，并结合相关实践经验，分别从自然风压特性等多个角度与方面，就自然风流反向及其预防展开了研究，阐述了个人对此的几点看法与认识，望有助于相关工作的实践。
关键词：矿井；自然风流反向；通风系统；预防
1概述
在煤矿安全生产中，矿井通风是安全工作中的最重要的一个环节，而在矿井通风过程中，由于自然风压的影响，往往会使局部某一区域出现无风、微风或风流反向的现象，给矿井安全生产带来严重的威胁。特别是在有火区干扰的矿井中，表现尤为突出。稍有不慎，便会发生CO气体泄出，从而导致井下作业人员CO中毒。因此如何防止自然风流反向，也是关系井下职工安危的大事，所以必须掌握自然风压的变化规律，采取针对性的措施，保持矿井各供风区域风量和风压的稳定，保障矿井安全生产。
2自然风压的变化规律
井下空气能在巷道中流动，是由于进风侧与回风侧存在压差，这种压差的产生，若是由风机造成的，则为机械风压；若是矿井天然条件自然产生的，则为自然风压。机械风压和自然风压都是矿井通风动力，用以克服各种通风阻力，促使空气流动。自然风压是利用进风侧与回风侧的温度差和两井筒井口的标高差，以及能影响空气重率变化的其它因素所造成两井筒空气柱重量不等而产生的压差。它是造成井下空气连续流动的动力之一。
图1所示的平峒通风系统中，进风井口与回风井口标高差为Zm，由于井外空气柱，DA和井内空气柱CB的温度不同，则空气的重率也就不同，因而两个空气柱的重量不相等，即各自底面积上的压力不等，造成了A和B两点的压力差，使空气流动。若在AB之间加设隔板，空气不流动的情况下，作用在隔板两侧的压力不等。若隔板A侧的绝对压力PA大于B侧的绝对压力PB，则空气由A流向B，如PA＜PB则空气由B流向A。隔板两侧的压力差值即为该矿井的自然风压值。
自然风压的大小和方向，受着矿井空气温度变化的影响，因此在一年四季中，自然风压随着季节的不同而发生变化。例如在冬季由于地面空气温度低，空气柱DA比空气柱CB重，就迫使空气由平峒A流向出风井筒BC，由回风井口C排出地面。但在夏季，由于地面的空气温度比井筒CB内的温度高，使空气产生相反方向的运动，则空气由CB流向平峒口A。在一些山区里，由于昼夜的气温相差很大，自然风压的方向昼夜之内都要发生变化。如图1所示的平峒立井开拓的矿井里，夜晚，由于地面气温寒冷，则空气将从平峒进，由立井回风；而在白天，由于地面气温高，风流发生反向，则由立井进风，平峒出风。
因此，自然风压的产生，就是由于进风侧和回风侧空气柱的重量不等而造成的。造成进、回风两侧空气柱的重量差的根本原因是进风侧和回风侧的温度不同。两侧空气柱的温度差越大，其重率差也越大，因而自然风压也就越大。其次空气的温度、大气压力、以及空气成分等都在不同程度上影响着自然风压的大小。因此，即使两井口的标高相同，但由于两井筒内的空气温度、湿度、成分不同，自然风压也存在。
3自然风流反向及其预防
3.1自然风压的特性
由于自然风压受季节气温的影响，矿井通风系统均受到不同程度的干扰。对于国有大中型矿井而言，均采用能力较大的风机进行机械通风，主要通风机通常安装在地势较高的井口进行抽出式通风，进风井口地势一般较低。进风井内的气温是随着季节不同而变化的，而回风井内的气温一般是保持常年不变。在冬季，进入进风井的风量越大，两井筒内空气柱的平均温度相差越大，因而自然风压越大，且自然风压的方向与机械风压的方向一致，故冬季自然风压帮助机械通风。在夏季，由于地面温度高，自然风压的方向发生反向，自然风压是反对机械风压的。故在夏季，进入井下的风量越多，则反对机械风压的自然风压越大，矿井主扇需克服自然风压为矿井通风。对于一些多井口入风的矿井，尽管有能力较大的机械通风，但由于自然风压的影响，往往会发生局部风流反向，或出现无风、微风区，造成瓦斯积聚。特别是对于一些巷道周围采空区较多，且有火区的老矿，受其干扰更为严重。
3.2反向风流的形成及其预防措施
在夏季，如图2（b）所示，自然风压的方向在立井内和机械风压的方向一致，在平峒内，由于自然风压大于扇风机分配到平峒内的风压，所以在平峒内风流发生反向，故立井进风，而平峒由于风流反向则变为回风。为防止平峒内的风流反向，可采取下列措施：一是提高主要通风机风压，二是增大进风立井风阻，三是在平峒中安设局扇向里压风。但需注意，以上3种方法，需根据现场实际情况而确定采用哪一种方法。如选择第2种方法，在进风立井中增大风阻，应考虑立井内有无提升设备。如有，则在立井内设置调节风窗是困难的，可考虑在井底车场的主要进风巷中加设调节风窗，另外还可以考虑在立井井口盖房来控制风量，其目的是增加平峒内的风量，以防止平峒内的风流反向。如采用第1种方法，则应考虑主扇能力可否满足需要。如采用第3种方法，则应考虑平峒内是否承担运输任务，系统是否稳定，以及局扇管理中存在的问题。
在冬季，如图2（c）所示，如立井和矿外空气的气温相差较大时，平峒内的自然风压、方向和机械风压方向一致，立井内自然风压方向和机械风压方向相反，就有可能造成立井内的风流反向。如出现风流反向可采取下列措施：一是提高主要通风机风压；二是增加平峒内风阻；三是安设局扇向立井井筒内压风。为防止风流反向需要采取何种措施，也应根据生产实际和可能来选择。
4应用实例
某矿是一个年产152万t的中型矿井，其通风方法为抽出式通风，即负压通风。其回风井口标高为1474m，进风副井标高为1325m。该矿为早年投产的老矿，大部分井田已采完，主要运输大巷两侧均为采空区。由于该矿为负压通风，大巷内压力低于火区压力，CO气体便向大巷内不断泄出。为保证矿井安全生产，该矿于1953年3月，将原来的抽出式通风变为压入式通风，即由负压通风变为正压通风。利用原来的风道经过改造后，将风流压入井下。原来的回风井变为了进风井，而进风井变为了回风井，如图3所示。大巷与火区相连通的地点也采用了均压方法进行管理。
在火区的均压管理过程中，因火区通过地表裂缝及小窑井口直接与地面空气相连通，故随着季节的变化，受自然风压的影响，均压系统应及时调整。在冬季，火区自然风压方向和机械风压方向一致，大巷对采空区的压力增大，原来的压力平衡受到破坏，大巷可能会为火区提供新鲜风流，扩大火势，故需降低大巷对火区的压力。在夏季，火区自然风压方向与机械风压方向相反，当自然风压大于大巷对火区的风压时，就有可能使火区内有害气体涌入大巷，给矿井安全生产带来严重威胁，故需提高大巷对火区的压力，以保持火区内外压力平衡。根据上述分析，结合前面所提供的方法，特制定如下措施：一是封闭所有与火区相通的小窑井口；二是在副井井底车场绕道A处设一台2*15KW对旋泄压风机；三是在副井井底车场B处安装一组风门；四是在1297大巷末端C处安装一组调节风门；五是在火区密闭D处安装一“U”型压差计。
操作方法如下：在冬季，为降低大巷对火区的压力，需采取泄压措施。即将A处泄压风机启动，B处风门关闭，C处调节风门风量调小。D处水柱计的压力平衡靠C处调节风门调节。在夏季，为提高大巷对火区的压力，需采取升压措施。即将A处泄压风机启动，B处风门保证关闭状态，C处调节放大，大巷压力随之升高，达到压力平衡。
5结束语
综上所述，加强对矿井自然风流反向对通风系统的影响的研究分析，对于其良好实践效果的取得有着十分重要的意义，因此在今后的矿井自然风流反向预防过程中，应该加强对其关键环节与重点要素的重视程度，并注重其具体实施措施与方法的科学性。
参考文献：
[1]沈汉年，杨娟.矿井通风系统风流控制的改进算法[J].工业安全与防尘.2017（11）：60-62.
[2]吴勇华.通风系统灵敏度分析[J].西安矿业学院院学报.2017（01）：115-116.
论文作者:杨永富
论文发表刊物:《基层建设》2018年第5期
论文发表时间:2018/5/18
标签：风压论文; 自然论文; 矿井论文; 立井论文; 空气论文; 风流论文; 井口论文; 《基层建设》2018年第5期论文;