自然风压
自然风压对矿井通风系统的影响分析及防治
自然风压对矿井通风系统的影响分析及防治
自然风压是指自然状态下大气流动对建筑物或地下工程的作用力，通常包括风力和气压的影响。
在矿井通风系统中，自然风压是一个重要的影响因素，它会直接影响到矿井内部的空气流通情况和工作环境，因此对自然风压的影响进行分析及防治是非常重要的。
本文将对自然风压对矿井通风系统的影响进行分析，并提出相应的防治措施。
1. 自然风压对矿井通风系统的影响
自然风压对矿井通风系统的影响主要体现在以下几个方面：
(1) 空气流通情况：自然风压会直接影响矿井内部的空气流通情况，如果风压过大，会导致空气不能有效流通，从而影响工作人员的生产和工作。
(2) 矿井内部气体浓度：自然风压的变化会直接影响矿井内部的气体浓度分布，特别是一些有害气体如一氧化碳、硫化氢等，对工作人员的健康和安全造成威胁。
(3) 通风设备运行受阻：自然风压的变化也会影响矿井内部通风设备的运行情况，风压过大会使得通风设备无法正常运行，从而进一步导致矿井内部通风不畅。
(1) 合理布局通风系统：在矿井通风系统的规划和设计阶段，需要充分考虑自然风压对矿井的影响，通过合理布局通风井口、通风管道等设施，减少自然风压对通风系统的影响。
(2) 定期检查和维护通风设备：定期检查和维护矿井通风设备，确保通风设备能够正常运行，从而减少自然风压的影响。
(3) 安装自然风压控制设备：在矿井通风系统中安装自然风压控制设备，如风门、阀门等，可以有效调节自然风压的影响，保持通风系统的正常工作。
(4) 加强对气体浓度的监测：加强对矿井内部气体浓度的监测，及时发现气体异常情况，采取相应的措施进行处理，保障工作人员的安全。
自然风压计算公式
自然风压计算公式【原创版】目录1.引言2.自然风压的定义和影响因素3.自然风压计算公式的推导4.自然风压计算公式的应用实例5.结论正文1.引言在建筑设计、桥梁工程和高层建筑等领域，自然风压的影响不容忽视。
为了确保这些工程的安全和稳定，我们需要对自然风压进行准确的计算。
本文将介绍自然风压计算公式及其应用。
2.自然风压的定义和影响因素自然风压是指风力对建筑物表面产生的压力。
其大小与风速、空气密度、建筑物形状和风向等因素有关。
在计算自然风压时，需要考虑这些因素的影响。
3.自然风压计算公式的推导自然风压计算公式的推导过程较为复杂，涉及到流体力学原理和积分方法。
一般来说，自然风压计算公式可以表示为：自然风压 = 0.5 * 空气密度 * 风速^2 * 迎风面积 * 形状系数其中，空气密度和风速可以通过气象数据获得，迎风面积是指建筑物在风向上暴露的面积，形状系数则与建筑物的形状有关。
4.自然风压计算公式的应用实例假设有一个长方体建筑物，长为 L，宽为 W，高为 H，风向与建筑物的长边平行。
此时，我们可以将迎风面积视为 L*H，形状系数取为 1。
根据自然风压计算公式，我们可以计算出自然风压：自然风压 = 0.5 * 空气密度 * 风速^2 * L * H在实际应用中，建筑物的形状可能更复杂，需要根据实际情况确定形状系数。
此外，还需要考虑建筑物的抗风能力，以确保其在自然风压作用下不会发生倾覆或破坏。
5.结论自然风压计算公式对于建筑设计、桥梁工程和高层建筑等领域具有重要意义。
通过计算自然风压，可以确保这些工程在风力作用下具有足够的稳定性和安全性。
自然风压计算公式
自然风压计算公式摘要：一、自然风压的概念与影响因素1.自然风压的定义2.影响自然风压的因素二、自然风压计算公式及推导过程1.自然风压计算公式2.公式推导过程三、自然风压计算公式的应用1.工程应用场景2.实际案例分析四、我国自然风压计算的研究现状与展望1.研究现状2.面临的挑战与展望正文：自然风压是气象学中的一个重要概念，指由于地球自转和地形地貌等因素引起的大气流动所产生的风对建筑物、结构物等所产生的压力。
自然风压的数值大小会受到诸多因素的影响，如地理位置、季节、天气状况、地形地貌等。
为了方便计算和预测自然风压，我国研究人员提出了自然风压计算公式。
该公式如下：P = 0.5 * ρ * v^2 * Cd * A其中，P 代表自然风压，ρ 代表空气密度，v 代表风速，Cd 代表阻力系数，A 代表受风面积。
公式推导过程如下：1.根据伯努利定理，流体在流动过程中，速度增加，压力降低；速度减小，压力增加。
2.考虑到地球自转对大气流动的影响，引入科氏参数。
3.考虑空气的粘性效应，引入阻力系数。
4.综合考虑以上因素，得出自然风压计算公式。
自然风压计算公式在工程领域具有广泛的应用。
例如，在建筑设计中，需要预测建筑物的自然风压，以确保建筑物的结构安全；在风力发电领域，需要对风能资源进行评估，以确定风电机组的布局和选型。
然而，目前我国在自然风压计算方面的研究仍有一定的局限性。
首先，由于自然风压受到诸多因素的影响，如何将这些因素量化并纳入计算公式仍需进一步研究。
其次，随着气候变化和人类活动的影响，自然风压的分布和规律也在发生变化，需要不断更新和完善计算模型。
总之，自然风压计算在我国的研究现状已经取得了一定的成果，但在实际应用中仍面临诸多挑战。
自然风压名词解释(一)
自然风压名词解释(一)自然风压名词解释1. 风压•定义：风压是指风对建筑物、结构物表面产生的压力。
•例子：当风吹过建筑物表面时，由于气流速度的增加，风力对建筑物产生压力，这种压力即为风压。
2. 风荷载•定义：风荷载是指风对建筑物、结构物施加的力或压力的作用。
•例子：在建筑物设计中，需要考虑风荷载对建筑物的影响，以确保建筑物的结构安全。
3. 风速•定义：风速是指单位时间内风流通过一定面积的空间的速度。
•例子：风速常用米/秒或千米/小时表示，例如10 m/s表示每秒风流通过10米的距离。
4. 风载荷系数•定义：风载荷系数是指风荷载与基准面上气压的比值。
•例子：根据建筑结构的不同形式和高度，将风荷载与基准面上的气压通过风载荷系数进行换算和计算。
5. 风向•定义：风向是指风吹过的方向，通常以地理方位或度数表示。
•例子：例如，北风指的是风吹来的方向是由北向南。
6. 风力级别•定义：风力级别是用来描述风的强度的分类指标。
•例子：国际上常用的风力级别划分为0级到12级，0级表示无风，12级表示飓风。
7. 风洞试验•定义：风洞试验是通过在试验设备中模拟真实的风场环境，对建筑物、结构物等进行风荷载测试。
•例子：在风洞试验中，可以通过测量风荷载大小和分布，来评估建筑物或结构物的风力性能。
8. 风挡效应•定义：风挡效应是指建筑物或结构物对风场中部分区域形成的屏障，导致风速和风压发生变化。
•例子：大型建筑物常常会产生风挡效应，使得其周围的风速较小，对建筑物物体产生的风荷载也较小。
9. 风压分布•定义：风压分布是指风对建筑物或结构物不同部位的压力分布情况。
•例子：风压分布可以根据建筑物的形状和风向来计算和预测，对建筑物的结构设计和风荷载评估具有重要意义。
10. 风荷载标准•定义：风荷载标准是指规定了建筑物或结构物设计和评估中所需考虑的风荷载的相关标准和规范。
•例子：不同国家和地区制定了不同的风荷载标准，以确保建筑物和结构物的安全性和稳定性。
自然风压
根据能量方程，可以写出自进风井口到出风 井口通风总阻力hr的测算式为: hr＝P0-P0'+(Z2-3γ 2-3－Z4-5 γ4-5)，Pa
该矿井用来克服 hr 的唯一动力是该矿井的自然 风压hn，以P0＝P0'＋(z1-2γ1-2)代入上式得： hr＝hn＝(z1-2γ1-2＋z2-3γ2-3)—(z4-5γ4-5)，Pa
二、轴流式扇风机
轴流式扇风机主要由动轮 l，圆筒形机壳3、集 风器4、整流器5、流线体6和环形扩散器7所组成。 集风器是外壳呈曲线形且断面收缩的风筒。流线体 是一个遮盖动轮轮毂部分的曲面圆锥形罩，它与集 风器构成环形入风口，以减少入口对风流的阻力。 动轮是由固定在 轮轴上的轮毂和 等间距安装的叶 片2组成。
第四章 矿井通风动力
空气能在井巷中流动，是由于风流的始末 两点间存在着能量差。这种能量差的产生， 若是由扇风机造成的，则为 机械风压 ，若是 矿井自然条件产生的，则为 自然风压 。机械 风压和自然风压均是矿井通风的动力，用以 克服矿井的通风阻力，促使空气流动。
一.自然风压及其变化规律
如图4-1所示的通风系统中，平峒口与出风井 口的标高差为Z米，当井外空气柱4-1和 井内空气 柱2-3的平均温度有差异时，两空气柱中空气的重 率也不相同。所以，在两空气 柱各自的底面积1、 2上所承受的重量也不一样，造成了1、2两点间的 能量差，从而促使空气流动 ，l和2两点以上空气柱的重 量差完全决定于两井口的标 高差、两空气柱的温度差以 及能影响空气重率变化的其 它自然因素。因此，称为自 然风压，一般用hn表示。
5．消音装置
扇风机在运转时产生噪音，特别是大直径轴 流式扇风机的噪音更大，以致影响工业场地和居 民区的工作和休息，为了保护环境，需要采取有 效措施，把噪音降低到人们感觉正常的程度。我 国规定扇风机的噪音不得超过90dB。 速度较大的风流在扇风机内和高速旋转的动 轮叶片迅猛冲击，产生空气动力噪音，同时机件 振动产生机械噪音。当扇风机的圆周速度大于 20m/s时，空气动力噪音占主要地位。正对扇风机 出口方向的噪音最大，侧向逐渐减少。
自然风压
根据《煤炭工业设计规范》7.1.7要求“进、出风井井口的标高差在150m以上，或进、自然风压按下式计算：he= PHg（1/T1-1/T2）（1+H/10000）/R式中 ：he——自然风压，Pa；H——矿井开采深度，m，取583m；T1——进风侧平均温度，℃，冬季取2，夏季取25；T2——回风侧平均温度，℃，冬季取15；夏季取18：R——矿井空气常数，干空气的常数287J/（kg〃K），水蒸气气体常数461J/（kg〃K P——地面大气压力mmHg。
冬季取682mmHg，夏季取660mmHg；冬季矿井自然风压：he=PHg（1/T1-1/T2）（1+H/10000）/R=682×13.6×9.8×583×9.8×[1/（273+2）-1/（273+15）]×（1+583/10000）夏季矿井自然风压he=PHg（1/T1-1/T2）（1+H/10000）/R=660×13.6×9.8×583×9.8 ×[1/（273+25）-1/（273+18）]×（1+583/10000以上，或进、出风井井口标高相同但井深400m以上，宜计算矿井的自然风压”，本矿井主要的进、回风井标高分别418变量2201618kg〃K），取287 J/（kg〃K）；287682682000）/287=249Pa238.09580000）/287=-203Pa-31.7047的进、回风井标高分别为+1032.994m和+1069m，至最深区域+450m水平的深度为583m，因此需计算自然风压，因此需计算自然风压。
自然风压测定
第三节自然风压测定在矿井通风设计，日常通风管理和通风系统调整中，为了确切地考虑自然风压的影响，必须对自然风压进行定量分析，为此需要掌握自然风压的测算方法。
一·平绝密度测算自然风压可根据（4-1-2）式进行测算。
为了测定通风系统自然风压，以最低水平为基准面（线），将通风系统分为两个高度均为Z的空气柱，一个称之为进风空气柱，一个称之为回风空气柱（有时也含有部分进风段）。
为了准确地求得高度Z内空气柱的平均密度，应在密度变化较大的地方，如井口·井底·倾斜巷道的上下端及风湿变化较大和变坡的地方布置测点，并在较短的时间内测出各点风流的绝对静压力P、干湿球温度t d、t w、湿度φ。
两测点间高差不宜超过100m（以50m为宜）。
若各测点间高差相等，可用算术平均法求各点密度的平均值，即若高差不等，则按高度加权平均求其平均值，即式中此方法一般配合矿井通风阻力测定进行。
也是目前普遍使用的方法。
例如图15-3-1 所示的通风系统，在利用气压计法测定该系统通风阻力的同时，测得了图中各测点的空气密度如表15-3-1，求此系统自然风压H N.表15-3-1 某通风系统不同标高处空气密度测算结果解根据（15-3-2）式，计算进、回风侧平均空气密度ρm1-5、ρm6-11Ρm1-5=由（4-1-2）式计算出该系统的自然风压H N:二、直接测定法当主要通风机的风硐中安有闸门且水柱计安装在闸门靠井筒一侧时，风机停止运转后放下闸门，水柱计示值，即是通风系统的自然风压，如图15-3-2所示。
也可采用在通风系统的总进或总回风系统某处设置密闭墙隔断总风流，用压差计测出密闭墙两侧的压差，此值即为该回路的自然风压。
这种测算要求密闭墙尽可能严密，否则读数偏低。
密闭墙的位置可以任意选定，但要能完全隔断总风流。
应用上述方法测定时既要等风流停滞（停风后等待10~15min），又要动作迅速。
防止因停风时间过长，空气的密度发生变化，影响测定精度。
自然风压
4、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
自然风压受温度和季节的影响
HN
深井 浅井
月份 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 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1～2比空气柱3～4重，就迫使空气由平峒2点流向出风井筒3～4，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。
3
自然风压受温度和季节的影响
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着季节不同而变化的，而回风井内的气温 一般是保持常年不变。在冬季，进入进风井的风量越大，两井筒内空气柱的平均温度相差越大， 因而自然风压越大，且自然风压的方向与机械风压的方向一致，故冬季自然风压帮助机械通风。 在夏季，由于地面温度高，自然风压的方向发生反向，自然风压是反对机械风压的。故在夏季， 进入井下的风量越多，则反对机械风压的自然风压越大，矿井主扇风机需克服自然风压，所以此 类的反风容易引起事故和异常。
2
自然风压的影响因素
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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。