第4章礦井主要通風(fēng)機

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1、第四章通風(fēng)動力礦井中的空氣之所以能在巷道中運動而形成風(fēng)流，是由于風(fēng)流的起末點間存在著能量差。這種能量差的產(chǎn)生，若是由通風(fēng)機提供的，則稱為機械風(fēng)壓；若是由礦井自然條件產(chǎn)生的，則稱為自然風(fēng)壓。機械風(fēng)壓和自然風(fēng)壓都是礦井通風(fēng)的動力，用以克服礦井的通風(fēng)阻力，促使空氣流動。但自然風(fēng)壓一般較小且不穩(wěn)定，難以滿足礦井通風(fēng)的要求，因此我國《煤礦安全規(guī)程》第121條規(guī)定：礦井必須采用機械通風(fēng)。故我國煤礦已普遍使用主要通風(fēng)機進行機械通風(fēng)，使礦井通風(fēng)條件得到了根本保證和改善。第一節(jié)自然風(fēng)壓一、自然風(fēng)壓及其形成和計算1、自然風(fēng)壓與自然通風(fēng)圖4-1-1為一個簡化的礦井通風(fēng)系統(tǒng)，2-3為水平巷道，0-5為通過系統(tǒng)最高點的

2、水平線。如果把地表大氣視為斷面無限大，風(fēng)阻為零的假想風(fēng)路，則通風(fēng)系統(tǒng)可極為一個閉合的回路。在冬季，由于空氣柱0-1-2比5-4-3的平均溫度較低，平均空氣密度較大，導(dǎo)致兩空氣柱作用在2-3水平面上的重力不等。其重力之差就是該系統(tǒng)的自然風(fēng)壓。它使空氣源源不斷地從井口1流入，從井口5流出。在夏季時，若空氣柱5-4-3比0-1-2溫度低，平均密度大，則系統(tǒng)產(chǎn)生的自然風(fēng)壓方向與冬季相反。地面空氣從井口5流人，從井口1流出。這種由自然因素作用而形成的通風(fēng)叫自然通風(fēng)。圖4-1-1簡化礦井通風(fēng)系統(tǒng)2、自然風(fēng)壓的計算由上述例子可見，在一個有高差的閉合回路中，只要兩側(cè)有高差巷道中空氣的溫度或密度不等，則該回路就

3、會產(chǎn)生自然風(fēng)壓。根據(jù)自然風(fēng)壓定義，圖4-1-1所示系統(tǒng)的自然風(fēng)壓可用下式計算：（4-1-1）式中Z——礦井最高點至最低水平間的距離，m；g——重力加速度，m/s2；、——分別為0-1-2和5-4-3井巷中dz段空氣密度，kg/m3。由于空氣密度受多種因素影響，與高度Z成復(fù)雜的函數(shù)關(guān)系。因此利用式（4-1-1）計算自然風(fēng)壓較為困難。為了簡化計算，一般采用測算出的0-1-2和5-4-3井巷中空氣密度的平均值和分別代替式（4-1-1）中的和，則式（4-1-1）可寫為：（4-1-2）二、自然風(fēng)壓的變化規(guī)律及其影響因素1、自然風(fēng)壓的變化規(guī)律自然風(fēng)壓的大小和方向，主要受地面空氣溫度變化的影響。根據(jù)實測資料

4、可知，由于風(fēng)流與圍巖的熱交換作用使機械通風(fēng)的回風(fēng)井中一年四季中氣溫變化不大，而地面進風(fēng)井中氣溫則隨季節(jié)變化，兩者綜合作用的結(jié)果，導(dǎo)致一年中自然風(fēng)壓隨季節(jié)發(fā)生周期性的變化。例如在冬季，地面氣溫很低，空氣柱1-2比空氣柱5-3重，風(fēng)流由1流向2，經(jīng)出風(fēng)井3-5排至地面；夏季，地面氣溫高于井筒3-5內(nèi)的平均氣溫，使風(fēng)流由2—1排出。而在春秋季節(jié)，地面氣溫與井筒內(nèi)空氣柱的平均氣溫相差不大，自然風(fēng)壓很小，因此，將造成井下風(fēng)流的停滯現(xiàn)象。在一些山區(qū)，由于地面氣溫在一晝夜之內(nèi)也有較大變化，所以自然風(fēng)壓也會隨之發(fā)生變化，夜晚，1-2段進風(fēng)；午間，2-1段出風(fēng)。圖4-1-2和圖4-1-3所示分別為淺井和位于我國

5、北部地區(qū)的深井自然風(fēng)壓隨季節(jié)變化的情形。由圖可以看出，對于淺井，夏季的自然風(fēng)壓出現(xiàn)負(fù)值，而對于我國北部地區(qū)的一些深井，全年的自然風(fēng)壓都為正值。圖4-1-2淺井自然風(fēng)壓示意圖圖4-1-3深井自然風(fēng)壓示意圖2、自然風(fēng)壓的影響因素由式（4-1-1）可見，影響自然風(fēng)壓的決定性因素是兩側(cè)空氣柱的密度差，而空氣密度除了受溫度T的影響，還受大氣壓力P、氣體常數(shù)R和相對濕度等因素影響。因此，影響自然風(fēng)壓的因素可用下式表示：（1）礦井某一回路中兩側(cè)空氣柱的溫差是影響的主要因素。影響氣溫差的主要因素是地面入風(fēng)氣溫和風(fēng)流與圍巖的熱交換。其影響程度隨礦井的開拓方式、采深、地形和地理位置的不同而有所不同。（2）空氣成分

6、和濕度影響空氣的密度，因而對自然風(fēng)壓也有一定影響，但影響較?。?）井深。由式（4-1-2）可見，當(dāng)兩側(cè)空氣柱溫差一定時，自然風(fēng)壓與礦井或回路最高與最低點（水平）間的高差Z成正比。（4）主要通風(fēng)機工作對自然風(fēng)壓的大小和方向也有一定影響。因為礦井主要通風(fēng)機工作決定了主風(fēng)流的方向，加之風(fēng)流與圍巖的熱交換，使冬季回風(fēng)井氣溫高于進風(fēng)井，在進風(fēng)井周圍形成了冷卻帶以后。即使風(fēng)機停轉(zhuǎn)或通風(fēng)系統(tǒng)改變，這兩個井筒之間在一定時期內(nèi)仍有一定的氣溫差，從而仍有一定的自然風(fēng)壓起作用。有時甚至?xí)蓴_通風(fēng)系統(tǒng)改變后的正常通風(fēng)工作，這在建井時期表現(xiàn)尤其明顯。如淮南潘一礦及浙江長廣一號井在建井期間改變通風(fēng)系統(tǒng)時都曾遇到這個問題。

7、三、自然風(fēng)壓的控制和利用自然風(fēng)壓既可作為礦井通風(fēng)的動力，也可能是事故的肇因。因此，研究自然風(fēng)壓的控制和利用具有重要意義。（1）新設(shè)計礦井在選擇開拓方案、擬定通風(fēng)系統(tǒng)時，應(yīng)充分考慮利用地形和當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c，使在全年大部分時間內(nèi)自然風(fēng)壓作用的方向與機械通風(fēng)風(fēng)壓的方向一致，以便利用自然風(fēng)壓。例如，在山區(qū)要盡量增大進、回風(fēng)井井口的高差；進風(fēng)井井口布置在背陽處等。（2）根據(jù)自然風(fēng)壓的變化規(guī)律，應(yīng)適時調(diào)整主要通