淺議自然風(fēng)壓對(duì)多風(fēng)井多水平通風(fēng)礦井反風(fēng)的影響

1、淺議自然風(fēng)壓對(duì)多風(fēng)井多水平通風(fēng)礦井反風(fēng)的影響 摘要：通過某礦的反風(fēng)演習(xí) ,分析了自然風(fēng)壓對(duì)具有多風(fēng)井多水平通風(fēng) 礦井反風(fēng)的影響 ,給出計(jì)算主要井巷風(fēng)流能否反向條件的數(shù)學(xué)模型,并提出了每年的反風(fēng)演習(xí)應(yīng)安排在不同月份進(jìn)行和采用模擬計(jì)算法預(yù)測(cè) 礦井反風(fēng)效果的建議。關(guān)鍵詞：自然風(fēng)壓 ;礦井反風(fēng) ;礦井火災(zāi) ;對(duì)策建議 礦井反風(fēng)技術(shù)是指當(dāng)井下發(fā)生火災(zāi)時(shí) ,利用預(yù)設(shè)的反風(fēng)設(shè)施 ,人為地改 變火災(zāi)煙流方向而采取的通風(fēng)措施。其目的是限制災(zāi)區(qū)范圍擴(kuò)大,保護(hù)受煙流威脅的人員安全撤退 ,減少人員傷亡。反風(fēng)演習(xí)是考察災(zāi)變時(shí)期 礦井反風(fēng)效果 ,鍛煉與檢驗(yàn)反風(fēng)組織指揮管理人員、機(jī)電與通風(fēng)技術(shù)人 員、主要通風(fēng)機(jī)司機(jī)等有關(guān)人

2、員的基本技能以及通風(fēng)設(shè)施反風(fēng)性能的 重要手段。因此 ,煤礦安全規(guī)程、礦井反風(fēng)技術(shù)規(guī)定 、煤礦安全 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)準(zhǔn)及考核評(píng)級(jí)辦法等都做了 “礦井每年應(yīng)進(jìn)行一次反風(fēng) 演習(xí) ”的規(guī)定。 自然風(fēng)壓是由于進(jìn)回風(fēng)兩側(cè)空氣柱質(zhì)量不同而產(chǎn)生的壓差。空氣柱質(zhì) 量的大小又取決于空氣柱的溫度和高度。所以 ,只要存在標(biāo)高差和氣溫 差的井下連通巷道之間必然存在自然風(fēng)壓。當(dāng)?shù)V井自然風(fēng)壓的方向與 主要通風(fēng)機(jī)風(fēng)壓一致時(shí) ,礦井自然風(fēng)壓幫助主要通風(fēng)機(jī)通風(fēng) ;當(dāng)?shù)V井自 然風(fēng)壓的方向與主要通風(fēng)機(jī)風(fēng)壓不一致時(shí) ,礦井自然風(fēng)壓就成為主要通 風(fēng)機(jī)的通風(fēng)阻力 ,從而降低風(fēng)機(jī)的通風(fēng)能力。 本文所述的 “多風(fēng)井多水平 通風(fēng)礦井 ”是指具有多個(gè)

3、連通地表大氣的通風(fēng)井口和多個(gè)通風(fēng)水平的礦山。這樣的礦山不僅在整個(gè)礦井的總進(jìn)風(fēng)井口和總回風(fēng)井口之間存 在著整個(gè)礦井的綜合自然風(fēng)壓 ,即礦井自然風(fēng)壓 ,而且在礦井內(nèi)部的各 個(gè)不同閉合風(fēng)路中還存在著網(wǎng)孔自然風(fēng)壓 ,特別是不同通風(fēng)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(fēng)壓。1 問題的提出 筆者在某煤礦工作期間 ,因從事礦井通風(fēng)與安全技術(shù)管理工作 ,參與了 該礦的 4次反風(fēng)演習(xí)。從反風(fēng)效果看 ,這 4次反風(fēng)演習(xí)雖然采用的都是 同一反風(fēng)方式和反風(fēng)方法 ,而且反風(fēng)系統(tǒng)也相差不大 ,但由于反風(fēng)演習(xí) 所處的季節(jié)不同 ,反風(fēng)效果也有很大差異。 尤其是在冬季的反風(fēng)演習(xí)中 , 出現(xiàn)了某

4、些主要巷道和井筒風(fēng)流逆轉(zhuǎn) （風(fēng)流不能反向 ）的現(xiàn)象。1.1 礦井通風(fēng)系統(tǒng)該礦當(dāng)時(shí)共有3個(gè)通風(fēng)水平：總回風(fēng)水平，標(biāo)高-121m;一水平（生產(chǎn)水平）, 標(biāo)高-310m;二水平（生產(chǎn)準(zhǔn)備水平），標(biāo)高-490m。共有3個(gè)進(jìn)風(fēng)井:副井和 對(duì)角進(jìn)風(fēng)井 ,至一水平 ;新進(jìn)（綜合提升井 ）,至二水平。共有 2 個(gè)回風(fēng)井： 中央邊界回風(fēng)井 ,至總回風(fēng)水平 ;對(duì)角回風(fēng)井 ,至一水平。通風(fēng)方式為中央 邊界與中央對(duì)角混合抽出式 ,屬于多風(fēng)井多水平通風(fēng)礦井 ,其通風(fēng)系統(tǒng) 如圖 1 所示。1.2 礦井反風(fēng)演習(xí)概況該礦進(jìn)行的這 4 次反風(fēng)演習(xí) ,均采用中央主要通風(fēng)機(jī)單臺(tái)反風(fēng)的反風(fēng)方 式（停對(duì)角風(fēng)機(jī)）,反風(fēng)方法都是利用風(fēng)機(jī)反

5、風(fēng)道進(jìn)行反風(fēng)。 4次反風(fēng)演習(xí) 時(shí)的地面大氣溫度、風(fēng)機(jī)的反風(fēng)壓力 ,以及反風(fēng)時(shí)井下主要井巷的風(fēng)流狀況如表 1 所示。由上述反風(fēng)演習(xí)看出，在春、秋季節(jié)（地面氣溫高于15C），全礦主要井巷 風(fēng)流能夠全部反向；在冬季（氣溫低于3C），新井及二水平巷道風(fēng)流不能 實(shí)現(xiàn)反向。這就說明 ,在冬季一旦新井及其井底車場(chǎng)或二水平巷道發(fā)生 火災(zāi)時(shí),是不能采用上述反風(fēng)方式和反風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行反風(fēng)處理的。2 原因及條件分析由上述反風(fēng)概況可知 ,該礦所進(jìn)行的 4 次反風(fēng)演習(xí) ,其反風(fēng)方式、 反風(fēng)方 法和反風(fēng)風(fēng)機(jī)都是相同的 ,反風(fēng)系統(tǒng)也是相近的 ,所不同的只是進(jìn)行反 風(fēng)時(shí)所處的季節(jié)不同。第1次是在冬季，當(dāng)時(shí)的地面大氣溫度為3.1

6、C ; 第2次是在春季，當(dāng)時(shí)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(dāng)時(shí)的地面大氣溫度為20C左右。這說明，該礦所進(jìn)行的四次反 風(fēng)演習(xí)除當(dāng)時(shí)的地面大氣溫度不同外 ,其他條件和相關(guān)因素都是相同的。 根據(jù)前文所述 ,任何礦井只要其內(nèi)部相互連通的風(fēng)路有標(biāo)高差和氣溫差 就存在自然風(fēng)壓。而且 ,自然風(fēng)壓的大小是與井巷的標(biāo)高差和其內(nèi)部風(fēng) 流的氣溫差成正比的。因該礦所進(jìn)行的 4 次反風(fēng)演習(xí)采用的是同一反 風(fēng)系統(tǒng),所有井巷的標(biāo)高差在 4 次反風(fēng)演習(xí)時(shí)是基本相同的。所以可以 肯定,造成該礦不同季節(jié)反風(fēng)效果不同的根本原因就是礦井自然風(fēng)壓 , 而且在冬季該礦井的自然風(fēng)壓較大且方向與反風(fēng)主要通風(fēng)機(jī)

7、的反風(fēng)風(fēng) 壓方向相反 ,成為反風(fēng)阻力 ,使反風(fēng)主要通風(fēng)機(jī)反風(fēng)能力降低 ,導(dǎo)致新井 及二水平巷道風(fēng)流不能反向。下面就對(duì)該礦反風(fēng)時(shí)部分井巷風(fēng)流出現(xiàn) 逆轉(zhuǎn)的具體原因和條件做進(jìn)一步分析。根據(jù)該礦反風(fēng)系統(tǒng)和冬季反風(fēng) 狀況,可劃出如圖 2 所示的礦井反風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖。圖 2 礦井反風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖在網(wǎng)孔1新井一23副井一1中，其網(wǎng)孔自然風(fēng)壓（h網(wǎng)自）方向如圖2 所示,其關(guān)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(fēng)時(shí) 新井及二水平巷道風(fēng)流不能反向的關(guān)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(fēng)壓;h礦自礦井自然風(fēng)壓;h 主反礦井反風(fēng)主要通風(fēng)機(jī)反風(fēng)風(fēng)壓 ;h 外阻1231 網(wǎng) 孔外部的礦井通風(fēng)阻力 ;h1 副一31副井一3風(fēng)路的通風(fēng)阻力；h1 新一31 新井3 風(fēng)路的通風(fēng)阻力。在冬季，由于自然風(fēng)壓（h礦自、h網(wǎng)自）較大,加之僅利用中央主要通風(fēng)機(jī) 單獨(dú)反風(fēng)，能力較小，風(fēng)壓（h主反）較低,使上述條件得以滿足，導(dǎo)致反風(fēng)時(shí) 其新井 （12 風(fēng)路）和二水平巷道 （23、 29 風(fēng)路）風(fēng)流不能反向。3 對(duì)策建議通過該礦的反風(fēng)演習(xí)和分析可知 ,自然風(fēng)壓對(duì)像該礦這樣的具有多風(fēng)井 多水平通風(fēng)礦井的反風(fēng)的影響是比較大和比較復(fù)雜的 ,不同季節(jié)因地面 大氣溫度不同 ,自然風(fēng)壓對(duì)礦井反風(fēng)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(chǎng)附近發(fā)生火災(zāi) ,就絕對(duì)不能用前述反風(fēng)方式和反 風(fēng)系統(tǒng)反風(fēng)來處理火災(zāi) ,否則將會(huì)造成失誤 ,反而使事故擴(kuò)大。 因此,根據(jù)該礦的反風(fēng)演習(xí)結(jié)果和對(duì)反風(fēng)出現(xiàn)不同結(jié)果的原因、條件分 析,筆者對(duì)礦井反風(fēng)提出以下建議。3.1 礦井反風(fēng)演習(xí) 每年應(yīng)安排在不同月份進(jìn)行類似該礦通風(fēng)系統(tǒng)和反風(fēng)系統(tǒng)的礦井除按 有關(guān)規(guī)定進(jìn)行不同反風(fēng)方式的反風(fēng)演習(xí)外 ,對(duì)于一年四季地面大氣溫差 較大的礦井 ,反風(fēng)演習(xí)的時(shí)間每年還應(yīng)安排在不同季節(jié)不同月份進(jìn)行。 只有這樣才能確切地掌握不同季節(jié)自然風(fēng)壓對(duì)礦井反風(fēng)的影響程度和 礦井反風(fēng)效果 ,以便為不同季節(jié)準(zhǔn)確采取礦井火災(zāi)應(yīng)變對(duì)策提供可靠依 據(jù)。例如 ,

10、該礦的反風(fēng)演習(xí)實(shí)踐只證明了利用上述反風(fēng)方式和反風(fēng)系統(tǒng) 當(dāng)?shù)孛鏆鉁卦?5C以上時(shí)能實(shí)現(xiàn)全礦主要井巷風(fēng)流反向；在3C以下時(shí) 新井及二水平巷道風(fēng)流不能反向；但在地面氣溫為 315C的時(shí)期內(nèi)礦 井反風(fēng)效果如何、能否實(shí)現(xiàn)全礦主要井巷風(fēng)流反向則不能確定。 因此,如果把每年的礦井反風(fēng)演習(xí)都安排在同一月份進(jìn)行,其作用只能是檢驗(yàn)反風(fēng)設(shè)施效果和鍛煉、檢驗(yàn)礦井反風(fēng)組織指揮能力和操作技能 , 而不能檢驗(yàn)不同季節(jié)自然風(fēng)壓對(duì)礦井反風(fēng)的影響程度。比如該礦,如果以后每年的礦井反風(fēng)演習(xí)仍然安排在 2 月份、5 月份或 10 月份進(jìn)行, 其指導(dǎo)意義就不如安排在其他月份進(jìn)行更大,或者準(zhǔn)確地說 ,應(yīng)安排在地面氣溫為315C的其他時(shí)期

11、內(nèi)進(jìn)行更有意義。所以，對(duì)于煤礦企業(yè),如果想通過礦井反風(fēng)演習(xí)獲取制定處理礦井火災(zāi)措施的依據(jù),僅僅按煤礦安全規(guī)程 、礦井反風(fēng)技術(shù)規(guī)定和礦井防火規(guī)范等規(guī)定 的“每年進(jìn)行一次反風(fēng)演習(xí) ”是不夠的還應(yīng)依據(jù)當(dāng)?shù)匾荒晁募镜孛娲髿?溫度的變化情況 ,合理安排礦井反風(fēng)演習(xí)的時(shí)間。3.2 采用模擬計(jì)算法對(duì)礦井反風(fēng)效果進(jìn)行預(yù)測(cè) 由于礦井生產(chǎn)特點(diǎn)和經(jīng)營管理的需要 ,礦山企業(yè)一般習(xí)慣于將反風(fēng)演習(xí) 安排在春節(jié)、 “五一”和“十一”長假期間 ,以減少反風(fēng)演習(xí)對(duì)生產(chǎn)和勞動(dòng) 組織管理的影響。 此外 ,礦井反風(fēng)是處理礦井火災(zāi)的通風(fēng)措施 ,井下一旦 發(fā)生火災(zāi) ,其火災(zāi)煙流的氣溫會(huì)大大高于正常風(fēng)流的氣溫 ,而礦井反風(fēng) 演習(xí)只是在正常

12、井巷風(fēng)流氣溫下進(jìn)行的 ,可以推測(cè)這時(shí)的自然風(fēng)壓是遠(yuǎn) 低于火災(zāi)發(fā)生時(shí)的自然風(fēng)壓的。 所以 ,從這個(gè)意義說 ,僅用反風(fēng)演習(xí)的反 風(fēng)結(jié)果作為制定處理礦井火災(zāi)技術(shù)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(jì)算法來預(yù)測(cè)反風(fēng)效果。從原因、條件分析可 知,對(duì)任何礦井依據(jù)其反風(fēng)方式和反風(fēng)系統(tǒng)都可以繪制出像該礦這樣的 反風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖 ,進(jìn)而建立與該礦相類似的數(shù)學(xué)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(fēng)壓與地面氣溫 和井巷風(fēng)流氣溫相關(guān)外 ,其他參數(shù)均可通過平時(shí)觀測(cè)或?qū)ｉT進(jìn)行通風(fēng)測(cè) 定獲得,火災(zāi)煙流氣溫也有經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)或通過試驗(yàn)獲得。 因此,可以任意假 設(shè)礦井火災(zāi)發(fā)生的不同地點(diǎn)和不同時(shí)間 （地表氣溫不同 ）,運(yùn)用該數(shù)學(xué)模 型通過計(jì)算預(yù)測(cè)出相應(yīng)的反風(fēng)效果。運(yùn)用該方法 ,還可以預(yù)測(cè)不同反風(fēng) 方式和不同反風(fēng)系統(tǒng)的反風(fēng)效果 （這時(shí)的反風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖和數(shù)學(xué)模型要隨之改變 ）。在計(jì)算機(jī)技術(shù)高度發(fā)展和普及的今天 ,運(yùn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行這樣的模 擬計(jì)算是非常容易、方便和迅速的。所以 ,如果某礦進(jìn)行反風(fēng)演習(xí)的目 的只是為了解反風(fēng)效果 ,那么采用模擬計(jì)算法是最為合適的。 總之,各煤礦應(yīng)按煤礦安全規(guī)程等安全法規(guī)的規(guī)定堅(jiān)持做好每年