自然风压逍遥

1、中国矿业大学安全工程学院新闻中心逍遥 梁北煤矿隶属河南省新龙矿业集团公司，于2004年12月投产，矿井设计生产能力为90万t/a，服务年限为52.9 a。 目前矿井通风系统为中央分区机械抽出式，主井、副井进风，东风井回风，通风主扇为矿用BDK-8-No.27型对旋轴流式节能型通风机，安装有2台（其中1台运转，1台备用），配套YBFe型，8级， 6 kV，315 kW专用防爆电动机。 该矿主井与副井闭合回路的局部通风系统如图1所示。正常情况下，主、副井均为进风井，进风量分别为64.11 m3/s和92.32 m3/s。2007年1月气温骤降，副井的进风量增大，原本进风的主井风量突然减少，随后发生

2、风流反向，由进风井变为出风井，出风量约为16 m3/s。且在主井上口出现了温度明显增高，有雾气，能见度较低等异常现象。 该矿主井与副井闭合回路的局部通风系统如图1所示。正常情况下，主、副井均为进风井，进风量分别为64.11 m3/s和92.32 m3/s。2007年1月气温骤降，副井的进风量增大，原本进风的主井风量突然减少，随后发生风流反向，由进风井变为出风井，出风量约为16 m3/s。且在主井上口出现了温度明显增高，有雾气，能见度较低等异常现象。梁北煤矿主井风流反向梁北煤矿主井风流反向原因分析及控制原因分析及控制 邀请人：赵聪邀请人：赵聪 刘昱君刘昱君调查组：宁潇尧调查组：宁潇尧 刘军刘军1

3、矿井概况 梁北煤矿位于河南省禹州市城南6 km,以禹州市为起点,东距许昌市37 km,西经登封至洛阳市160 km,南距襄城县37 km,至平顶山约62 km,向北经新郑至郑州80 km.梁北煤矿隶属河南省新龙矿业集团公司,于2004年12月投产,矿井设计生产能力为90万t/a,服务年限为52.9 a.原批准的核定生产能力为90万t/a,矿井开拓方式为立井单水平上下山开拓,生产水平标高为- 550 m.矿井尚未进行技术改造、整合改造或改扩建,但对原设计的采煤工艺进行了变更,由原综采放顶煤工艺变更为大采高综采一次采全高工艺.目前矿井通风系统为中央分区机械抽出式,主井、副井进风,东风井回风,通风主

4、扇为矿用BDK-8-No.27型对旋轴流式节能型通风机,安装有2台(其中1台运转,1台备用),配套YBFe型, 8级, 6 kV, 315 kW专用防爆电动机。2风流反向情况 该矿主井与副井闭合回路的局部通风系统如图1所示.正常情况下,主、副井均为进风井,进风量分别为64.11 m3/s和92.32 m3/s. 2007年1月气温骤降,副井的进风量增大,原本进风的主井风量突然减少,随后发生风流反向,由进风井变为出风井,出风量约为16 m3/s.且在主井上口出现了温度明显增高,有雾气,能见度较低等异常现象.3自然风压数据测定 为了彻底摸清主井风流反向的原因,避免再出现主井风流反向的异常现象,进行

5、了针对梁北煤矿的通风阻力测定和自然风压的测量,其测点布置如图1所示.通过式(1)、(2)得结果见表1及表2. h=gdz= gz, (1)式中, h为自然风压, Pa; z为高度差, m; 为空气平均密度, =（A+ B）/2, kg/m3; g为重力加速度,取9.81 m/s2. = 0.003 484p/T(1-0.378psat/p）, (2)式中,为空气密度, kg/m3; p为空气绝对静压, Pa; 为空气相对湿度,%; psat为饱和水蒸气分压力, Pa; T为空气绝对温度, K. 由于进、回风系统的总自然风压一般情况下是帮助通风机工作的,特别是在冬季。因此,造成主井风流反向的外加

6、动力不会是进、回风系统的总自然风压,所以,仅考虑主副井之间的自然风压。 由表2可知主副井自然风压为 h主副= 858 3.2- 9.0-898.2- 730 7.2=368.8 Pa.4主井风流反向的判别式推导和原因分析 根据通风系统图1可得通风系统简图如图2所示.整个通风系统由副井进风路线AB、主井进风路线CB和风井回风等效综合段路线BD.假设h表示自然风压, QAB, RAB分别表示副井进风段的风量和风阻, QCB, RCB分别表示主井进风段的风量和风阻, QBD, RBD分别表示风井回风等效综合段BD的风量和风阻. 在正常情况下,主井为进风井,对网孔ABCA来说,由风压平衡定律可得 RA

7、BQ2AB- RCBQ2CB- hABCA= 0,当主井风流停止时(即QCB= 0时): hABCA= RABQ2AB,亦可得主井风流反向时的关系式为hABCA RABQ2AB,主井风流正向的关系式为hABCA RABQ2AB. 由推导主井风流方向变化的判别式可知,当井下通风系统和主要通风机能力确定时,主井风流方向变化的条件有:与主要通风机作用于AB段的机械风压有关;与作用在闭合回路ABCA的自然风压有关。根据实际情况可知其形成原因有:一一 由于该矿的井底车场采用的是刀把式车场,主副井与石门间呈现典型的“H”型网络,其网络中角联分支的风流方向和大小随着其两端连接分支的风阻和风量变化而变化,因此

8、,在冬季由于自然风压的变化就容易出现主井进风量减少的情况,当自然风压超过主井通风阻力时,主井风流即开始反向. 由于主井负责生产运输的责任,随着原煤的采掘外运使得主井温度逐渐升高,导致主井风流温度高于副井风流.到了冬季,主、副井围岩都向进风风流散热,副井风量大,从井壁周围向风流散发的热量被分散到更大体积的空气中去,风流的温度上升的数值小;而主井风量小,风流的温度上升的数值大.随着气候由夏季向冬季过渡,主井风流在原煤散热和围岩散热的双重作用下,温度上升值较副井风流大得多,最终出现自然风压增大导致风流反向。二5防止主井风流反向的控制措施综上所述,可以从以下6个方面采取控制措施:(1)在副井至- 55

9、0 m运输石门之间增加调节设施,以增大副井进风段的风阻,控制副井进风量,增大主要通风机作用于主副井的机械风压,有利于防止主井风流反向.(2)通过改变风机的叶片角度,增大主要通风机机械风压.但这样会增加电耗,同时考虑到风量的限制及经济合理性,风机风压的调节也有一定的局限性.(3)在主井下安装压风机,以用来增大主井的机械风压,克服自然风压的作用效果,达到增大主井进风量的目的.(4)减少主井进风段的机电设备,以减少主井进风段热源.(5)根据梁北矿通风系统优化研究报告(2006)对矿井中部分巷道进行扩修,以减少矿井回风路线上的通风阻力,这对防止主井风流反向是很有利的.(6)在每年冬季,利用现有设备对主

10、井的风流进行降温处理,同时对副井的进风流进行预热,减少主副井的温度差,从而减少其与主井风流之间的空气平均密度差,降低主井与副井闭合回路的自然风压以防止主井风流反向。中国新龙矿业集团自然风压总工：刘昱君目 录CONTENTS123什么是自然风压？自然风压受哪些因素的影响？自然风压随气温和季节的变化？1-1自然风压是什么自然风压是由于入、排风井中空气温度的差异导致空气密度不同而产生的天然的通风能量。风流之所以会形成，是由于风流起末点间由于密度不同形成了能量差，当这种能量由自然条件形成，称之为自然通风；相对的，若这种能量差由通风机提供，则称之为机械通风。自然风压一般较小且不稳定，难以满足矿井要求，因

11、此，规程规定，矿井必须采用机械通风。1-2自然风压的形成012345dz1dz2z冬季，空气柱012比543平均温度低，平均空气密度大，导致空气主作用在23水平面上的重力不等，其重力差就是自然风压，使空气从井口1流入，从井口5流出。夏季，空气柱012比543平均温度高，平均空气密度大，导致空气主作用在23水平面上的重力不等，其重力差就是自然风压，使空气从井口1流入，从井口5流出。012345dz1dz2z1-3自然风压的计算自然风压的影响因素21、回路中两侧空气柱的温差是自然风压的影响主要因素。温差不同造成密度产生差异，从而进、回风井两侧的空气柱产生重量差，进而存在一定的自然风压。2、空气的湿

12、度和成分对自然风压有一定的影响。矿井自然风压的大小和方向，这个重量差，又受进、出风井两侧的空气柱的密度和高度的影响，而空气的密度取决于大气的压力、空气温度和湿度。自然风压的影响因素24、主要通风机工作对自然风压的大小和方向也有一定影响。矿井主要通风机工作决定了矿井风流的主要流向，风流长期与围岩进行热交换，在进风井周围形成了冷却带，此时即使风机停转或通风系统改变，进回风井筒之间仍然存在气温差，从而仍在一段时间之内有自然风压的作用，有时候会干扰主要通风机的工作。3、矿井自然风压与井深成正比。矿井自然风压与空气柱密度成正比，因而与矿井空气大气压力成正比，与温度成反比。地面气温对自然风压的影响比较显著

13、 。一般来说，由于矿井出风侧气温常年变化不大，而浅井进风侧气温受地面气温变化影响较大，深井进风流气温受地面气温变化的影响较小，所以矿井进、出风井井口，标高差越大，矿井越浅，矿井自然风压受地面气温变化的影响也越大，一年内不仅大小会发生变化，其方向甚至也会变化。反之，深井自然风压一年内大小虽有变化，但一般没有方向上的变化。3自然风压受温度和季节的影响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12比空气柱34重，就迫使空气由平峒2点流向出风井筒34，由回风井口点排出地面。但在夏季，则相反。在一些山区，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。同时，对于浅井，夏季的自然风压是负值，而对于我国北部一些深井，全年的自然风压都是正值。1012 1234 5 678911 12月份HN深深井井浅浅井井自然风压受温度和季节的影响3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。对于大中型矿山矿井而言，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