1、中國礦業大學安全工程學院新聞中心逍遙 梁北煤礦隸屬河南省新龍礦業集團公司，于2004年12月投產，礦井設計生產能力為90萬t/a，服務年限為52.9 a。 目前礦井通風系統為中央分區機械抽出式，主井、副井進風，東風井回風，通風主扇為礦用BDK-8-No.27型對旋軸流式節能型通風機，安裝有2臺（其中1臺運轉，1臺備用），配套YBFe型，8級， 6 kV，315 kW專用防爆電動機。 該礦主井與副井閉合回路的局部通風系統如圖1所示。正常情況下，主、副井均為進風井，進風量分別為64.11 m3/s和92.32 m3/s。2007年1月氣溫驟降，副井的進風量增大，原本進風的主井風量突然減少，隨后發生

2、風流反向，由進風井變為出風井，出風量約為16 m3/s。且在主井上口出現了溫度明顯增高，有霧氣，能見度較低等異常現象。 該礦主井與副井閉合回路的局部通風系統如圖1所示。正常情況下，主、副井均為進風井，進風量分別為64.11 m3/s和92.32 m3/s。2007年1月氣溫驟降，副井的進風量增大，原本進風的主井風量突然減少，隨后發生風流反向，由進風井變為出風井，出風量約為16 m3/s。且在主井上口出現了溫度明顯增高，有霧氣，能見度較低等異常現象。梁北煤礦主井風流反向梁北煤礦主井風流反向原因分析及控制原因分析及控制 邀請人：趙聰邀請人：趙聰 劉昱君劉昱君調查組：寧瀟堯調查組：寧瀟堯 劉軍劉軍1

3、礦井概況 梁北煤礦位于河南省禹州市城南6 km,以禹州市為起點,東距許昌市37 km,西經登封至洛陽市160 km,南距襄城縣37 km,至平頂山約62 km,向北經新鄭至鄭州80 km.梁北煤礦隸屬河南省新龍礦業集團公司,于2004年12月投產,礦井設計生產能力為90萬t/a,服務年限為52.9 a.原批準的核定生產能力為90萬t/a,礦井開拓方式為立井單水平上下山開拓,生產水平標高為- 550 m.礦井尚未進行技術改造、整合改造或改擴建,但對原設計的采煤工藝進行了變更,由原綜采放頂煤工藝變更為大采高綜采一次采全高工藝.目前礦井通風系統為中央分區機械抽出式,主井、副井進風,東風井回風,通風主

4、扇為礦用BDK-8-No.27型對旋軸流式節能型通風機,安裝有2臺(其中1臺運轉,1臺備用),配套YBFe型, 8級, 6 kV, 315 kW專用防爆電動機。2風流反向情況 該礦主井與副井閉合回路的局部通風系統如圖1所示.正常情況下,主、副井均為進風井,進風量分別為64.11 m3/s和92.32 m3/s. 2007年1月氣溫驟降,副井的進風量增大,原本進風的主井風量突然減少,隨后發生風流反向,由進風井變為出風井,出風量約為16 m3/s.且在主井上口出現了溫度明顯增高,有霧氣,能見度較低等異常現象.3自然風壓數據測定 為了徹底摸清主井風流反向的原因,避免再出現主井風流反向的異常現象,進行

5、了針對梁北煤礦的通風阻力測定和自然風壓的測量,其測點布置如圖1所示.通過式(1)、(2)得結果見表1及表2. h=gdz= gz, (1)式中, h為自然風壓, Pa; z為高度差, m; 為空氣平均密度, =（A+ B）/2, kg/m3; g為重力加速度,取9.81 m/s2. = 0.003 484p/T(1-0.378psat/p）, (2)式中,為空氣密度, kg/m3; p為空氣絕對靜壓, Pa; 為空氣相對濕度,%; psat為飽和水蒸氣分壓力, Pa; T為空氣絕對溫度, K. 由于進、回風系統的總自然風壓一般情況下是幫助通風機工作的,特別是在冬季。因此,造成主井風流反向的外加

6、動力不會是進、回風系統的總自然風壓,所以,僅考慮主副井之間的自然風壓。 由表2可知主副井自然風壓為 h主副= 858 3.2- 9.0-898.2- 730 7.2=368.8 Pa.4主井風流反向的判別式推導和原因分析 根據通風系統圖1可得通風系統簡圖如圖2所示.整個通風系統由副井進風路線AB、主井進風路線CB和風井回風等效綜合段路線BD.假設h表示自然風壓, QAB, RAB分別表示副井進風段的風量和風阻, QCB, RCB分別表示主井進風段的風量和風阻, QBD, RBD分別表示風井回風等效綜合段BD的風量和風阻. 在正常情況下,主井為進風井,對網孔ABCA來說,由風壓平衡定律可得 RA

7、BQ2AB- RCBQ2CB- hABCA= 0,當主井風流停止時(即QCB= 0時): hABCA= RABQ2AB,亦可得主井風流反向時的關系式為hABCA RABQ2AB,主井風流正向的關系式為hABCA RABQ2AB. 由推導主井風流方向變化的判別式可知,當井下通風系統和主要通風機能力確定時,主井風流方向變化的條件有:與主要通風機作用于AB段的機械風壓有關;與作用在閉合回路ABCA的自然風壓有關。根據實際情況可知其形成原因有:一一 由于該礦的井底車場采用的是刀把式車場,主副井與石門間呈現典型的“H”型網絡,其網絡中角聯分支的風流方向和大小隨著其兩端連接分支的風阻和風量變化而變化,因此

8、,在冬季由于自然風壓的變化就容易出現主井進風量減少的情況,當自然風壓超過主井通風阻力時,主井風流即開始反向. 由于主井負責生產運輸的責任,隨著原煤的采掘外運使得主井溫度逐漸升高,導致主井風流溫度高于副井風流.到了冬季,主、副井圍巖都向進風風流散熱,副井風量大,從井壁周圍向風流散發的熱量被分散到更大體積的空氣中去,風流的溫度上升的數值小;而主井風量小,風流的溫度上升的數值大.隨著氣候由夏季向冬季過渡,主井風流在原煤散熱和圍巖散熱的雙重作用下,溫度上升值較副井風流大得多,最終出現自然風壓增大導致風流反向。二5防止主井風流反向的控制措施綜上所述,可以從以下6個方面采取控制措施:(1)在副井至- 55

9、0 m運輸石門之間增加調節設施,以增大副井進風段的風阻,控制副井進風量,增大主要通風機作用于主副井的機械風壓,有利于防止主井風流反向.(2)通過改變風機的葉片角度,增大主要通風機機械風壓.但這樣會增加電耗,同時考慮到風量的限制及經濟合理性,風機風壓的調節也有一定的局限性.(3)在主井下安裝壓風機,以用來增大主井的機械風壓,克服自然風壓的作用效果,達到增大主井進風量的目的.(4)減少主井進風段的機電設備,以減少主井進風段熱源.(5)根據梁北礦通風系統優化研究報告(2006)對礦井中部分巷道進行擴修,以減少礦井回風路線上的通風阻力,這對防止主井風流反向是很有利的.(6)在每年冬季,利用現有設備對主

10、井的風流進行降溫處理,同時對副井的進風流進行預熱,減少主副井的溫度差,從而減少其與主井風流之間的空氣平均密度差,降低主井與副井閉合回路的自然風壓以防止主井風流反向。中國新龍礦業集團自然風壓總工：劉昱君目 錄CONTENTS123什么是自然風壓？自然風壓受哪些因素的影響？自然風壓隨氣溫和季節的變化？1-1自然風壓是什么自然風壓是由于入、排風井中空氣溫度的差異導致空氣密度不同而產生的天然的通風能量。風流之所以會形成，是由于風流起末點間由于密度不同形成了能量差，當這種能量由自然條件形成，稱之為自然通風；相對的，若這種能量差由通風機提供，則稱之為機械通風。自然風壓一般較小且不穩定，難以滿足礦井要求，因

11、此，規程規定，礦井必須采用機械通風。1-2自然風壓的形成012345dz1dz2z冬季，空氣柱012比543平均溫度低，平均空氣密度大，導致空氣主作用在23水平面上的重力不等，其重力差就是自然風壓，使空氣從井口1流入，從井口5流出。夏季，空氣柱012比543平均溫度高，平均空氣密度大，導致空氣主作用在23水平面上的重力不等，其重力差就是自然風壓，使空氣從井口1流入，從井口5流出。012345dz1dz2z1-3自然風壓的計算自然風壓的影響因素21、回路中兩側空氣柱的溫差是自然風壓的影響主要因素。溫差不同造成密度產生差異，從而進、回風井兩側的空氣柱產生重量差，進而存在一定的自然風壓。2、空氣的濕

12、度和成分對自然風壓有一定的影響。礦井自然風壓的大小和方向，這個重量差，又受進、出風井兩側的空氣柱的密度和高度的影響，而空氣的密度取決于大氣的壓力、空氣溫度和濕度。自然風壓的影響因素24、主要通風機工作對自然風壓的大小和方向也有一定影響。礦井主要通風機工作決定了礦井風流的主要流向，風流長期與圍巖進行熱交換，在進風井周圍形成了冷卻帶，此時即使風機停轉或通風系統改變，進回風井筒之間仍然存在氣溫差，從而仍在一段時間之內有自然風壓的作用，有時候會干擾主要通風機的工作。3、礦井自然風壓與井深成正比。礦井自然風壓與空氣柱密度成正比，因而與礦井空氣大氣壓力成正比，與溫度成反比。地面氣溫對自然風壓的影響比較顯著

13、 。一般來說，由于礦井出風側氣溫常年變化不大，而淺井進風側氣溫受地面氣溫變化影響較大，深井進風流氣溫受地面氣溫變化的影響較小，所以礦井進、出風井井口，標高差越大，礦井越淺，礦井自然風壓受地面氣溫變化的影響也越大，一年內不僅大小會發生變化，其方向甚至也會變化。反之，深井自然風壓一年內大小雖有變化，但一般沒有方向上的變化。3自然風壓受溫度和季節的影響自然風壓的大小和方向，受著礦井空氣溫度變化的影響，因此，在一年四季中，自然風壓隨著季節的不同而發生變化。例如，在冬季，由于地面空氣溫度低，空氣柱12比空氣柱34重，就迫使空氣由平峒2點流向出風井筒34，由回風井口點排出地面。但在夏季，則相反。在一些山區，由于晝夜的氣溫相差很大，自然風壓的方向晝夜之內都要發生變化。同時，對于淺井，夏季的自然風壓是負值，而對于我國北部一些深井，全年的自然風壓都是正值。1012 1234 5 678911 12月份HN深深井井淺淺井井自然風壓受溫度和季節的影響3由于自然風壓受季節氣溫的影響，礦井通風系統均受到不同程度的干擾。對于大中型礦山礦井而言，均采用能力較大的風機進行機械通風，主要通風機通常安裝在地勢較高的井口進行抽出式通風，進風井口地勢一般較低。進風井內的氣溫是隨