自然风压

为了将地面新鲜空气不断输送到井下，并克服井巷阻力而流动，使工作面获得所需风量，矿井通风系统中必须有足够的通风动力。矿井通风的动力有两种：自然风压（称自然通风）和扇风机风压（即机械通风）。

一、矿井自然通风的基本概念

在非机械通风的矿井里常常观测到，风流从气温较低的井筒经工作面流到气温较高的井筒。这主要是由于风流经过井巷时与岩石发生了热量交换，进、回风井里的气温出现差异，回风井里的空气密度小，因而两个井筒底部的空气压力不相等，其压差就是所谓的自然风压H n。在自然风压的作用下风流不断流过矿井，形成自然通风过程。如图1所示，p o为竖井口标高处的大气压。

如果在夏天，地面气温较高，如图1（a）所示的矿井里，p2＞ p1，就会出现与冬天相反方向的自然通风，如虚矢线所示。不难设想，由于地面气温的变化，也会导致p2 = p1，因而自然通风停止。在山区用平硐开拓的矿井，未安主扇通风时，经常可以见到自然通风风向的变化，有时风流停滞。这就表明，完全依靠自然通风，不能满足安全生产的要求。

图1 自然通风

对于一个有主扇通风的矿井，由于上述自然因素的作用，自然通风压依然存在。设若主扇在回风井抽出式或在进风井压入式工作，当炎热季节温度颇高的地面空气流入进风井巷后，其热量虽然已经不断传给岩石，但通常仍然形成进风井里的空气密度还低于回风井里的空气密度，这时自然风压的方向就与扇风机通风的方向相反，扇风机风压不仅要用来克服井巷通风阻力，而且还要克服反向的自然风压。冬季情况正好相反，自然风压能够帮助扇风机去克服井巷通风阻力。

从上述自然通风形成的原因也可以说明，即使只有一个出口的井筒或平硐，也可能形成自然通风。冬天，当井筒周壁不淋水，就可能出现井筒中心部下风而周围上风的现象；夏天，却可能出现相反的通风方向。大爆破后产生大量温度稍高的有毒有害气体以后，特别

是当井下发生火灾产生大量温度较高的烟气时，就会出现局部的自然风压（称为“火风压”），扰乱原来的通风系统风流状况。

我国的一些山区平硐开拓的矿井，冬季自然通风的作用较强，但到了夏天，经顶部采空区和通道下灌的自然通风量也相当大，往往扰乱原来拟定的通风系统。因此，从全年着眼如何有效地控制和利用自然通风，是一些矿井值得研究解决的问题。

二、矿井自然通风的特性

实践表明，自然通风对矿井有效通风的作用，有时表现为积极的一面，有时却表现为消极的一面。因此，要深入认识矿井自然通风的特点和规律，以便能够更好的利用和控制自然通风。这一课题不仅对于现时许多山区平硐开拓的或深部露天转地下开采的矿井通风有现实意义，而且对于今后的深、热矿井通风也有长远意义。但是，迄今对于自然通风规律的尚未彻底认识，甚至常常对于通风系统中某些自然风流方向“异常”的现象，一时还难以解释清楚，这就必然会给规划和管理矿井通风系统带来一些盲目性。

根据现有的研究和认识，自然通风的规律和特点分为以下几点。

（一）影响自然风压的因素影响自然风压大小和方向的因素很多，可归纳为以下几个：

1、地表气温的变化由于矿区地形、开拓方式和矿井深度的不同，以及是否采用主扇通风，地表气温变化对自然风压的影响程度也有所不同。对于山区平硐开拓的矿井，或者井筒开拓的浅矿井，自然风压受地表气温变化的影响较大，因而自然风压的大小和方向一般表现为如图2所示的变化；特别是平硐开拓的矿井，在夏秋季节有时一日数变，甚至还受天气变化的影响。

图2 自然风压的变化

在侵蚀基准面以下竖井开拓的深矿井，由于地温随深度而增加，地面空气进入矿井后与岩体发生热交换，地表气温的影响就比较小了，从而自然风压大小一年内虽有变化，大体方向一般不太可能变化，特别是有主扇通风的情况下。

2、矿井深度可以近似的认为，自然风压的大小与矿井深度成正比。深达一千余米的矿井，“自然通风能”约占总通风能的30%。有一个1000m深的矿井，主扇运转时风量为90 m3/s，而当主扇停止运转时自然通风量仍达20～65m3/s。

3、地面大气压虽然从计算自然风压的概念可见，H n与大气压成正比；但是，地面大气压变化不大，从而它的影响也很小。

4、矿井内空气的成分和湿度我们知道，各种气体的气体常数是不同的。按照道尔顿定律，可以算出含有不同气体成分的空气气体常数，由此可以算出它对空气密度的影响。但在一般情况下，这种影响很小，在计算H n时可不予考虑。空气湿度的影响，也一般不予考虑。但是，在深矿井中，从回风井排出空气时，空气常呈过饱和状态，空气中含有不少液态水分，排走这些水分必然要消耗附加的能量。如果矿井没有主扇，这份能量消耗就有赖于空气做的功（即自然通风能），从而削弱了原可用于全矿通风的风压。

5、扇风机工作的影响主扇工作对自然风压大小的影响甚小，一般予以忽略。但是，在主扇反风时，人为地形成了新的风流方向，原来的进风井为回风井；若在冬季，由于岩体热量传给空气，使原进风井内气温增高，这种温差关系（两井筒内）既经形成，即使主扇停止运转，自然风流仍能保持主扇反风时的方向。也就是说，主扇反风能形成一个与原来自然风压方向相反的新的自然风压。

6、风量的影响冬季，如果风量增大，进风井冷空气增多，进风井内平均气温略有降低，那么自然风压少许增大；夏季则相反。但是，对于一般矿井这种影响不大，为计算简便，可忽略不计，而认为自然风压不随风量而变。

（二）矿井有几个水平，则各个水平皆有各自的自然风压。当没有主扇而是自然通风时，各水平的自然通风量取决于各自水平的自然风压和相关的风阻；即使上部水平原已采完和封闭，而后一旦偶然启开，也不会出现用主扇通风是的那种上部短路现象而显著影响下部水平的通风量。当有主扇通风时，各个水平的自然风压将与主扇共处于矿并通风网络中联合作业，全矿并巷及其各个水平的通风流状况（风向与风量大小），应作具体分析才能了解。

（三）水平的深矿井竖井开拓、进回风井对角式布置、自然通风时，由于进风气温的变化，故常见上部水平停风或者风流反向，而下部水平却始终保持一定的风流方向。

三、矿井自然通风的利用与控制

生产实践表明，小型矿山，特别是那些山区平硐开拓的中小型矿井，自然通风起了相当的作用。今后仍需掌握自然通风的规律，合理地利用它，以帮助机械通风。从矿井向深部发展的角度来看，深矿井的自然通风风压增大，也需要合理地予以利用，以帮助主扇工作，节约通风动力费。

在矿山生产经验和对自然通风规律的认识的基础上，特提出以下几方面的途径，以实现有效地利用自然通风。