淺議自然風壓對多風井多水平通風礦井反風的影響

1、淺議自然風壓對多風井多水平通風礦井反風的影響 摘要：通過某礦的反風演習 ,分析了自然風壓對具有多風井多水平通風 礦井反風的影響 ,給出計算主要井巷風流能否反向條件的數(shù)學模型,并提出了每年的反風演習應安排在不同月份進行和采用模擬計算法預測 礦井反風效果的建議。關鍵詞：自然風壓 ;礦井反風 ;礦井火災 ;對策建議 礦井反風技術是指當井下發(fā)生火災時 ,利用預設的反風設施 ,人為地改 變火災煙流方向而采取的通風措施。其目的是限制災區(qū)范圍擴大,保護受煙流威脅的人員安全撤退 ,減少人員傷亡。反風演習是考察災變時期 礦井反風效果 ,鍛煉與檢驗反風組織指揮管理人員、機電與通風技術人 員、主要通風機司機等有關人

2、員的基本技能以及通風設施反風性能的 重要手段。因此 ,煤礦安全規(guī)程、礦井反風技術規(guī)定 、煤礦安全 質量標準化標準及考核評級辦法等都做了 “礦井每年應進行一次反風 演習 ”的規(guī)定。 自然風壓是由于進回風兩側空氣柱質量不同而產生的壓差?？諝庵| 量的大小又取決于空氣柱的溫度和高度。所以 ,只要存在標高差和氣溫 差的井下連通巷道之間必然存在自然風壓。當?shù)V井自然風壓的方向與 主要通風機風壓一致時 ,礦井自然風壓幫助主要通風機通風 ;當?shù)V井自 然風壓的方向與主要通風機風壓不一致時 ,礦井自然風壓就成為主要通 風機的通風阻力 ,從而降低風機的通風能力。 本文所述的 “多風井多水平 通風礦井 ”是指具有多個

3、連通地表大氣的通風井口和多個通風水平的礦山。這樣的礦山不僅在整個礦井的總進風井口和總回風井口之間存 在著整個礦井的綜合自然風壓 ,即礦井自然風壓 ,而且在礦井內部的各 個不同閉合風路中還存在著網(wǎng)孔自然風壓 ,特別是不同通風井之間由于 井口都直通地表大氣而形成閉合的網(wǎng)孔 ,所以也存在著網(wǎng)孔自然風壓。1 問題的提出 筆者在某煤礦工作期間 ,因從事礦井通風與安全技術管理工作 ,參與了 該礦的 4次反風演習。從反風效果看 ,這 4次反風演習雖然采用的都是 同一反風方式和反風方法 ,而且反風系統(tǒng)也相差不大 ,但由于反風演習 所處的季節(jié)不同 ,反風效果也有很大差異。 尤其是在冬季的反風演習中 , 出現(xiàn)了某

4、些主要巷道和井筒風流逆轉 （風流不能反向 ）的現(xiàn)象。1.1 礦井通風系統(tǒng)該礦當時共有3個通風水平：總回風水平，標高-121m;一水平（生產水平）, 標高-310m;二水平（生產準備水平），標高-490m。共有3個進風井:副井和 對角進風井 ,至一水平 ;新進（綜合提升井 ）,至二水平。共有 2 個回風井： 中央邊界回風井 ,至總回風水平 ;對角回風井 ,至一水平。通風方式為中央 邊界與中央對角混合抽出式 ,屬于多風井多水平通風礦井 ,其通風系統(tǒng) 如圖 1 所示。1.2 礦井反風演習概況該礦進行的這 4 次反風演習 ,均采用中央主要通風機單臺反風的反風方 式（停對角風機）,反風方法都是利用風機反

5、風道進行反風。 4次反風演習 時的地面大氣溫度、風機的反風壓力 ,以及反風時井下主要井巷的風流狀況如表 1 所示。由上述反風演習看出，在春、秋季節(jié)（地面氣溫高于15C），全礦主要井巷 風流能夠全部反向；在冬季（氣溫低于3C），新井及二水平巷道風流不能 實現(xiàn)反向。這就說明 ,在冬季一旦新井及其井底車場或二水平巷道發(fā)生 火災時,是不能采用上述反風方式和反風系統(tǒng)進行反風處理的。2 原因及條件分析由上述反風概況可知 ,該礦所進行的 4 次反風演習 ,其反風方式、 反風方 法和反風風機都是相同的 ,反風系統(tǒng)也是相近的 ,所不同的只是進行反 風時所處的季節(jié)不同。第1次是在冬季，當時的地面大氣溫度為3.1

6、C ; 第2次是在春季，當時的地面大氣溫度為15.1C ;第3次和第四次是在初 秋季節(jié),當時的地面大氣溫度為20C左右。這說明，該礦所進行的四次反 風演習除當時的地面大氣溫度不同外 ,其他條件和相關因素都是相同的。 根據(jù)前文所述 ,任何礦井只要其內部相互連通的風路有標高差和氣溫差 就存在自然風壓。而且 ,自然風壓的大小是與井巷的標高差和其內部風 流的氣溫差成正比的。因該礦所進行的 4 次反風演習采用的是同一反 風系統(tǒng),所有井巷的標高差在 4 次反風演習時是基本相同的。所以可以 肯定,造成該礦不同季節(jié)反風效果不同的根本原因就是礦井自然風壓 , 而且在冬季該礦井的自然風壓較大且方向與反風主要通風機

7、的反風風 壓方向相反 ,成為反風阻力 ,使反風主要通風機反風能力降低 ,導致新井 及二水平巷道風流不能反向。下面就對該礦反風時部分井巷風流出現(xiàn) 逆轉的具體原因和條件做進一步分析。根據(jù)該礦反風系統(tǒng)和冬季反風 狀況,可劃出如圖 2 所示的礦井反風系統(tǒng)網(wǎng)絡圖。圖 2 礦井反風系統(tǒng)網(wǎng)絡圖在網(wǎng)孔1新井一23副井一1中，其網(wǎng)孔自然風壓（h網(wǎng)自）方向如圖2 所示,其關系式為 :h 網(wǎng)自 = h 1 副 3+ h 1 新 3 ,據(jù)此可得到該礦反風時 新井及二水平巷道風流不能反向的關系式,即條件模型如下 :h網(wǎng)自;h1新一3,h主反-h礦自外阻h網(wǎng)自/（h主反-h礦自）一新一3/h 外阻式中h網(wǎng)自1231網(wǎng)孔自

8、然風壓;h礦自礦井自然風壓;h 主反礦井反風主要通風機反風風壓 ;h 外阻1231 網(wǎng) 孔外部的礦井通風阻力 ;h1 副一31副井一3風路的通風阻力；h1 新一31 新井3 風路的通風阻力。在冬季，由于自然風壓（h礦自、h網(wǎng)自）較大,加之僅利用中央主要通風機 單獨反風，能力較小，風壓（h主反）較低,使上述條件得以滿足，導致反風時 其新井 （12 風路）和二水平巷道 （23、 29 風路）風流不能反向。3 對策建議通過該礦的反風演習和分析可知 ,自然風壓對像該礦這樣的具有多風井 多水平通風礦井的反風的影響是比較大和比較復雜的 ,不同季節(jié)因地面 大氣溫度不同 ,自然風壓對礦井反風的影響程度也不一樣

9、。 比如 ,該礦一 旦在冬季新井井底車場附近發(fā)生火災 ,就絕對不能用前述反風方式和反 風系統(tǒng)反風來處理火災 ,否則將會造成失誤 ,反而使事故擴大。 因此,根據(jù)該礦的反風演習結果和對反風出現(xiàn)不同結果的原因、條件分 析,筆者對礦井反風提出以下建議。3.1 礦井反風演習 每年應安排在不同月份進行類似該礦通風系統(tǒng)和反風系統(tǒng)的礦井除按 有關規(guī)定進行不同反風方式的反風演習外 ,對于一年四季地面大氣溫差 較大的礦井 ,反風演習的時間每年還應安排在不同季節(jié)不同月份進行。 只有這樣才能確切地掌握不同季節(jié)自然風壓對礦井反風的影響程度和 礦井反風效果 ,以便為不同季節(jié)準確采取礦井火災應變對策提供可靠依 據(jù)。例如 ,

10、該礦的反風演習實踐只證明了利用上述反風方式和反風系統(tǒng) 當?shù)孛鏆鉁卦?5C以上時能實現(xiàn)全礦主要井巷風流反向；在3C以下時 新井及二水平巷道風流不能反向；但在地面氣溫為 315C的時期內礦 井反風效果如何、能否實現(xiàn)全礦主要井巷風流反向則不能確定。 因此,如果把每年的礦井反風演習都安排在同一月份進行,其作用只能是檢驗反風設施效果和鍛煉、檢驗礦井反風組織指揮能力和操作技能 , 而不能檢驗不同季節(jié)自然風壓對礦井反風的影響程度。比如該礦,如果以后每年的礦井反風演習仍然安排在 2 月份、5 月份或 10 月份進行, 其指導意義就不如安排在其他月份進行更大,或者準確地說 ,應安排在地面氣溫為315C的其他時期

11、內進行更有意義。所以，對于煤礦企業(yè),如果想通過礦井反風演習獲取制定處理礦井火災措施的依據(jù),僅僅按煤礦安全規(guī)程 、礦井反風技術規(guī)定和礦井防火規(guī)范等規(guī)定 的“每年進行一次反風演習 ”是不夠的還應依據(jù)當?shù)匾荒晁募镜孛娲髿?溫度的變化情況 ,合理安排礦井反風演習的時間。3.2 采用模擬計算法對礦井反風效果進行預測 由于礦井生產特點和經(jīng)營管理的需要 ,礦山企業(yè)一般習慣于將反風演習 安排在春節(jié)、 “五一”和“十一”長假期間 ,以減少反風演習對生產和勞動 組織管理的影響。 此外 ,礦井反風是處理礦井火災的通風措施 ,井下一旦 發(fā)生火災 ,其火災煙流的氣溫會大大高于正常風流的氣溫 ,而礦井反風 演習只是在正常

12、井巷風流氣溫下進行的 ,可以推測這時的自然風壓是遠 低于火災發(fā)生時的自然風壓的。 所以 ,從這個意義說 ,僅用反風演習的反 風結果作為制定處理礦井火災技術措施的依據(jù)就有很大的局限性。鑒 于此,筆者建議采用模擬計算法來預測反風效果。從原因、條件分析可 知,對任何礦井依據(jù)其反風方式和反風系統(tǒng)都可以繪制出像該礦這樣的 反風系統(tǒng)網(wǎng)絡圖 ,進而建立與該礦相類似的數(shù)學模型 ,即 h 網(wǎng)自 /（h 主反 -h礦自）;h1新一3/h外阻從模型中不難看出，除自然風壓與地面氣溫 和井巷風流氣溫相關外 ,其他參數(shù)均可通過平時觀測或專門進行通風測 定獲得,火災煙流氣溫也有經(jīng)驗數(shù)據(jù)或通過試驗獲得。 因此,可以任意假 設礦井火災發(fā)生的不同地點和不同時間 （地表氣溫不同 ）,運用該數(shù)學模 型通過計算預測出相應的反風效果。運用該方法 ,還可以預測不同反風 方式和不同反風系統(tǒng)的反風效果 （這時的反風網(wǎng)絡圖和數(shù)學模型要隨之改變 ）。在計算機技術高度發(fā)展和普及的今天 ,運用計算機進行這樣的模 擬計算是非常容易、方便和迅速的。所以 ,如果某礦進行反風演習的目 的只是為了解反風效果 ,那么采用模擬計算法是最為合適的。 總之,各煤礦應按煤礦安全規(guī)程等安全法規(guī)的規(guī)定堅持做好每年