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煤矿井下通风系统自然风压影响与防治措施

2023-12-06 55 上传者：管理员

摘要：由于不同煤矿所处的地理位置、气候条件、外部环境等因素存在较大差异，加之煤矿井下巷道之间联系紧密、高低不一，巷道中空气的温湿度和密度波动较大。长此以往，势必会引发自然风压或反风现象，不利于保证煤矿井下的作业安全。基于此，围绕自然风压的影响因素展开分析，积极探究消除自然风压影响、不断提升通风系统稳定性与安全性的有效防治措施，希望能为煤矿开采行业相关人员提供一些有用的启发。

关键词：
井下
影响
煤矿
自然风压
通风系统
防治措施
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在煤矿井下通风系统运行的过程中，自然风压作为一种客观存在的自然通风现象，其压差大小及方向极易受外部空气温度的起伏而持续变动。为有效保证煤矿井下通风系统的稳定运行，施工单位必须明确自然风压对矿井通风系统的具体影响，并提前做好相应的防治措施，这样才能实现矿井生产经济效益与社会效益的最大化。

1、工程概述

某矿区采用平硐暗斜井开拓方式，采煤工作面具有较为完善的独立通风系统，主要采用中央分列式通风方式以及机械抽出式通风方法。在该区域+808m地面安装了两台FBCDZ-6-NO19/2×110对旋轴流通风机。该矿井有3个进风井口与1个回风井口。其中，3个进风井口分别为+720m主平硐、+800m平硐、+800m斜井。1个回风井口为+808风井，且各个采矿区域实行分区通风，总进风量大约为1724m3/min，总回风量为1918m3/min，有效风量率约为89.9%。

如图1所示，该矿井巷系统中的0至5为虚拟系统最高点水平线，1为+720m主平硐，2和3为+500m水平大巷，5为+808m回风井。在夏季时，风路0-1-2比风路5-4-3的平均温度高，平均空气密度小，这就使得地面空气从+800m回风井的标注5流入，然后从+720m主平硐标注1的位置流出。在冬季时，风路0-1-2比风路5-4-3的平均温度低，平均空气密度大，加之两路风作用在+500m水平大巷上的重力不等，进而导致所产生的自然风压方向与夏季正好相反，即地面空气源源不断地从+720m主平硐标注1流入，然后从+808m回风井标注5的位置流出[1]。

图1 矿井自然风向示意图

2、煤矿井下通风系统自然风压的影响分析

2.1 温差

通常情况下，煤矿井下某一回路中两侧风路的温差是影响自然风压的关键性因素，而影响煤矿井下通风进、出两端气温差的因素主要表现为：(1)进风口与回风口之间的空气温度。(2)地面进风气温、气流与煤矿井下围岩的热交换。(3)温差会随着矿井的开拓方式、地形地貌、开采深度、气候条件、地理位置的不同而有所变动。例如，上述煤矿工程地处南方丘陵地带，且当地的气候为大陆性季风气候，因而该区域的自然风压大小和方向很容易受到温差影响而发生变动，特别是在冬夏两季，煤矿井下回风流虽是一年当中温差变化最小的时期，但因地面进风气温会随着季节变化而发生大幅度变动。

在这种情况下，煤矿井下回风流与地面进风气温差相互作用，势必会使自然风压发生周期性变化。在夏季时，该矿区地面平均温度为35℃，空气密度相对较低，+800m进风平硐的进风量加大，而+720m主平硐的进风量呈减少状态。在冬季时，地面平均温度为5℃，空气密度相对较高，并且矿井受自然风压影响更为突出，具体表现为+800m进风平硐进风量减少，甚至会出现进风风流反向现象，而+720m主平硐的进风量则会加大[2]。

2.2 湿度及空气密度

事实上，煤矿井下通风系统自然风压除了会受到温差的影响外，井下的湿度及空气密度同样会对自然风压造成一定的影响。其中，湿度会直接影响到矿井中的空气密度，而密度又会随着气温的变化而发生波动。以上述所研究的煤矿工程概况为例，该煤矿井下的湿度与气温成正比，空气密度与气温成反比，即所谓的热空气轻、冷空气重，且空气湿度对煤矿自然风压影响较小，虽可以忽略不计，但仍是影响煤矿井下自然风压的关键性因素之一。

2.3 矿井开拓布局及深度

受地表温度梯度的影响，当煤矿井下两风路中空气温差既定时，自然风压与矿井通风进、回封口两端的高度差则成正比例关系，即矿井开拓的深度越深，自然风压收影响情况就越大；待矿井开采到深部，井下低温则会持续升高，进而又会直接影响回风井中的气温，进一步增加通风井与回风井的气温差，导致煤矿井下通风系统受到剧烈冲击。因此，在进行该煤矿工程作业时，施工单位必须着重注意水平开拓延伸阶段的施工作业，尽可能实现对该区域自然风压的合理控制。

3、自然风压影响下确保煤矿井下通风系统稳定运行的防治措施

3.1 精准把握自然风压变化规律

当煤矿井下自然风压与主要通风机方向保持一致时，通常会产生自然因素难以抵抗的力量回侧空气柱，若不加以有效、合理地控制，很可能会使煤矿井下巷道出现微风、无风以及风流反向等问题，进而造成不可估量的煤矿作业安全问题。为此，煤矿开采单位必须全面分析施工现场的地质条件、水文条件和气候条件，精准把握自然风压变化规律，并充分利用自然风压，通过适当调节通风机运行频率的方式，合理控制煤矿井下的风量，促使各个采区区段的进、回风量得以合理分配，以此来克服自然风压对煤矿井下通风系统造成的损坏，切实保障煤矿井下作业的施工安全[3]。

3.2 利用现代技术实时测量风量

为确保煤矿井下通风系统的稳定运行，施工单位既要结合煤矿井下及周边环境的实际情况，制定切实可行的施工方案与应急措施，通过合理调试主通风机的各项运行参数，有效降低主通风机外部漏风现象的发生概率，不断提升通风机的运行效率，还应充分利用现代信息技术手段，加强井下测风与进回风巷的巡查力度。根据各点风量变化的实际情况，对风量、煤矿粉尘、温差等参数进行实时监测，一旦发现参数异常，应立即做出有效处理，从而更好地识别地下巷道可能出现的微风无风或风流反向现象，最大限度地防范自然风压对煤矿井下通风系统运行的破坏。

3.3 科学控制井下气体浓度

在煤矿井下施工作业的过程中，难免会遇到一些有害气体积聚的施工区域，稍有不慎就会引发较为严重的安全事故问题，难以保障施工人员的人身财产安全。对此，施工单位必须灵活运用现代化智能监测设备，对地下断层和采矿工作面进行全面、系统的检查。在此基础上，还需建立完善的通风系统监测体系，有效减轻相关人员的工作强度，及时识别通风系统运行过程中的异常问题，并结合实际考察结果，提前设计相应的风险预警预案，不断提高通风系统的抗灾害能力，促使煤矿井下通风系统长期处于稳定、安全的运行状态。

4、结束语

煤矿井下通风系统是井下生产作业安全的基础保障，其运行是否稳定直接关系着各项施工作业的开展质量。自然风压作为影响井下通风系统运行状态的核心构成要素，要求施工单位必须精准把握自然风压的变化规律，充分利用现代信息技术手段实时测量风量，科学控制井下有害气体浓度，从而为整个煤矿井下安全生产作业的持续发展奠定坚实的基础础。

参考文献:

[1]李亚俊,夏美琼,李印洪,等.自然风压影响下的矿井通风系统优化工程实践[J].黄金,2022,43(4):42-44+52.

[2]王孝东,童学林,陈书鹏,等.自然风压对云南某矿井通风系统的影响分析[J].有色金属(矿山部分),2022,74(2):29-33.

[3]燕峰.井下通风系统自然风压影响与防治分析[J].山西化工,2019,39(1):105-106+115.

文章来源:高翔.煤矿井下通风系统自然风压影响与防治措施[J].矿业装备,2023(12):134-135.