第4章矿井通风动力(2)

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2、自然风压的计算根据自然风压定义，自然风压是“势函数” 是一种势能， 根据自然风压定义 ， 自然风压是 “ 势函数 ” , 是一种势能 ， 因此要注意选取计算的参 考面， 考面，即0势位面，图所示系统的自然风压HN可用下式计算 ： 势位面，图所示系统的自然风压H

H N = ∫ ρ1 gdZ ∫ ρ 2 gdZ0 3

2

5

为了简化计算，一般采用测算出0-1-2和5-4-3井巷中空气密度的平均值ρm1和ρm2, 为了简化计算，一般采用测算出0 井巷中空气密度的平均值ρ 用其分别代替上式的ρ 则上式可写为： 用其分别代替上式的ρ1和ρ2,则上式可写为：

H N = Zg ( ρ m 1 ρ m 2 )在实际测量计算中，常取： 在实际测量计算中，常取：

0 ρ2 dz 3目录

5 dz 4 z

ρm =

ρ0 + L + ρnn

1 ρ1 2

注意： 注意：1)自然风压的计算必须取一闭合系统。 自然风压的计算必须取一闭合系统。 闭合系统 相同的标高 2)进风系统和回风系统必须取相同的标高。 进风系统和回风系统必须取相同的标高。 3)一般选取最低点作为基准面。 一般选取最低点作为基准面。 基准面

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二、 自然风压的影响因素及变化规律 影响自然风压的决定性因素是两侧空气柱的密度差，而空气密度 影响自然风压的决定性因素是两侧空气柱的密度差， 两侧空气柱的密度差 温度T 大气压力P 气体常数R 又受温度 又受温度T、大气压力P、气

体常数R(气体常数 ，是一个只与气体的种 类有关， 和相对湿度φ 类有关，与气体所处的状态无关的一个物理量 )和相对湿度φ等因素 影响。因此，影响自然风压的因素可用下式表示： 影响。因此，影响自然风压的因素可用下式表示： =f(ρZ)=f[ρ(T,P,R,φ), HN=f(ρZ)=f[ρ(T,P,R,φ),Z] 1、温差：矿井某一回路中两侧空气柱的温差是影响HN的主要因素。 温差： 矿井某一回路中两侧空气柱的温差是影响H 的主要因素。 两侧空气柱的温差是影响 影响气温差的主要因素是地面入风流气温和风流与围岩的热交换 地面入风流气温和风流与围岩的热交换。 影响气温差的主要因素是地面入风流气温和风流与围岩的热交换。其 影响程度随矿井的开拓方式、开采深度、地形、 影响程度随矿井的开拓方式、开采深度、地形、地质原因不同而有不 同的影响，在山区浅井，受地面温度影响大，深井偏小。 同的影响，在山区浅井，受地面温度影响大，深井偏小。

HN

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二、 自然风压的影响因素及变化规律2、空气成分和湿度：它影响空气的密度，因而对自然风压也 空气成分和湿度：它影响空气的密度， 有一定影响，但影响较小。 有一定影响，但影响较小。 最高与最低点间的高差Z 3、井深：HN与矿井或回路最高与最低点间的高差Z成正比。 井深： 与矿井或回路最高与最低点间的高差 成正比。 4、主要通风机：主要通风机工作对自然风压的大小和方向也 主要通风机： 有一定影响。因为矿井主要通风机工作决定了主风流的方向， 有一定影响。因为矿井主要通风机工作决定了主风流的方向，加 主风流的方向 之风流与围岩的热交换， 回风井气温高于进风井， 之风流与围岩的热交换，使回风井气温高于进风井，在进风井周 围形成了冷却带以后 即使风机停转或通风系统改变， 以后， 围形成了冷却带以后，即使风机停转或通风系统改变，这两个井 筒之间在一定时期内仍有一定的气温差，从而仍有一定的自然风 筒之间在一定时期内仍有一定的气温差，从而仍有一定的自然风 气温差 压起作用。 起作用。

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三、自然风压的控制和利用 自然风压既可作为矿井通风的动力，也可能是事故的肇凶。因此， 自然风压既可作为矿井通风的动力，也可能是事故的肇凶。因此， 矿井通风的动力 事故的肇凶 研究自然风压的控制和利用具有重要意义。 研究自然风压的控制和利用具有重要意义。 新设计矿井在选择开拓方案、拟定通风系统时， 1、新设计矿井在选择开拓方

案、拟定通风系统时，应充分考虑利 用地形和当地气候特点。 用地形和当地气候特点。新井设计应尽量使自然风压全年的方向与机 械通风机方向一致。 械通风机方向一致。 2、根据自然风压的变化规律，应适时调整主通风机的工况点，使 根据自然风压的变化规律， 适时调整主通风机的工况点， 其既能满足矿井通风需要，又可节约电能。 其既能满足矿井通风需要，又可节约电能。 在建井时期，要注意因地制宜和因时制宜利用自然风压通风 因地制宜和因时制宜利用自然风压通风， 3、在建井时期，要注意因地制宜和因时制宜利用自然风压通风， 如在表土施工阶段可利用自然通风；在主副井与风井贯通之后， 如在表土施工阶段可利用自然通风；在主副井与风井贯通之后，有时 也可利用自然通风；有条件时还可利用钻孔构成回路。 也可利用自然通风；有条件时还可利用钻孔构成回路。 4、利用自然风压做好非常时期通风。一旦主要通风机因故遭受破 利用自然风压做好非常时期通风。 非常时期通风 坏时，便可利用自然风压进行通风。 坏时，便可利用自然风压进行通风。

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通风动力 5、在多井口通风的山区，尤其在高瓦斯矿井，要掌握自然风压的变化规律，防止因 在多井口通风的山区，尤其在高瓦斯矿井，要掌握自然风压的变化规律， 自然风压作用造成某些巷道无风或反向而发生事故。 自然风压作用造成某些巷道无风或反向而发生事故。 如图是四川某矿因自然风压使风流反向示意图。 如图是四川某矿因自然风压使风流反向示意图。

c d a b′

f

e d RD Z RC b′

c

b

a

b

CEFA系统的自然风压为 系统的自然风压为： ABB’CEFA系统的自然风压为： CED系统的自然风压为 系统的自然风压为： DBB’CED系统的自然风压为： 抽风机(向外) 抽风机(向外)。

H NA = Zg ( ρCB' ρ AF )H ND = Zg ( ρCB' ρ BE )

自然风压与主要通风机作用方向相反。相当于在平硐口A和进风立井口D 自然风压与主要通风机作用方向相反。相当于在平硐口A和进风立井口D各安装一台

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