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摘 要：本文就矿井自然风压的意义等进行了综述，详细介绍了矿井自然风压的影响和合理应用
关键词：自然风压；影响；合理应用
矿井的生产过程中，自然风压对井下风流稳定性有很大的影响。自然风压增大时，原风向与自然风压作用方向相同的分支，其风量增加，与自然风压作用方向不同的分支，其风量减小，对于通风网络中的一些敏感分支，自然风压的作用甚至会使分支风流停滞或分支风流风向改变。自然风压是影响矿井通风网络稳定性的重要因素之一。因此，自然风压的存在对矿井的安全生产产生影响是不容忽视的，从而定量的研究自然风压对矿井通风网络稳定性的影响，是十分必要的。
一、研究自然矿井自然风压的意义
自然风压是由入、排风井空气温度的差异导致风井中空气密度不同而产生的一种天然的通风能量。了解和掌握自然风压的作用规律，合理地加以利用，将能辅助或代替机械通风，节约通风费用。
自然风压是矿井中客观存在的一种自然现象，其作用有时对矿井通风有利，有时却相反。我国一些山区平峒开拓的矿井，冬季自然通风的作用有的基本可以代替主扇工作。这表明，自然风压在矿井通风中是一种不可忽视的重要动力。实际上，自然风压是井上下多种自然因素所造成的促使空气沿井巷流动的一种能量差，这种能量差存在于包括平巷在内的所有井巷中。
二、自然风压分类
根据矿井和地下工程的实际情况，由地面地下自然因素和生产活动的热力效应所产生自然能量差可概括为三种形式：自然热位差；水平热压差（或称水平气压差）；大气自然风：
1、自然热位差
由地面气温、井下热力因素、含湿量、气体成分等变化所引起的进回风井筒内空气平均密度不等，密度大的井筒的空气柱压力大于密度小的井筒空气柱压力。这两井筒中的空气柱压差称做自然热位差。
在机械通风停止后，因自然热位差的作用，在图8-1所示情况下，冬季风流从进风井筒进入，经井底平巷由出风井筒流出；夏季炎热时，其风流方向则相反。在有机械通风的矿井，冬季自然风压与机械风压方向相同，帮助扇风机克服通风阻力；夏天则可能相反，起削弱机械通风压力作用。
2、水平热压差
在地表，由于多种因素造成空气温度、湿度、成分等的差异，同一标高水平上的大气压力也有差别。这种同一标高水平上的气压差，气象上称为气压梯度，由气压梯度所产生的旁压力称为气压梯度力。即水平气压梯度力的方向是由高指向低，其大小与 P/ n（€%=P）成正比，和空气密度成反比。在水平气压梯度力的作用下，形成大气风。气压梯度力越大，风速也越大。在矿井水平井巷中也能因温度等自然因素变化导致风流密度上的差异，从而造成同一标高水平上的压力不同。井巷中同一水平上主要因温差而形成的压力差称为水平热压差。这种水平热压差也能促使空气沿井巷流动，形成自然风。一般情况下这种自然风速很小，往往不被人所注意，但在某些条件下，仍能明显的显现出来。
3、大气自然风
地面吹向平峒口的大气风，其动压可转变成静压，形成矿井自然风，影响矿井通风量的大小。该动压的计算方法为：
式中：€%]--系数由风向、山坡表面形状倾斜度、洞口形状和尺寸等决定；P--大气自然风流密度，kg/m3；Va--大气风速，m/s。
大气自然风对抽出式通风矿井的进风平峒和压入式通风矿井出风平峒的风量影响较显著，能使前者风速明显增加，后者风流停滞甚至反向。综上所述，以上三种形式的能量差都应属于自然风压的范畴。所以，自然风压是由井内外自然因素所造成促进所有井巷风流流动的能量，而单位体积风流所具有的这种能量称做自然风压。
三、矿井自然风压的计算
随着开采深度及通风负压的增加，自然风压对矿井通风的影响也越来越大。当自然风压对矿井通风负压的影响达到一定程度时，矿井通风计算就必须考虑自然风压的影响。对矿井自然风压的影响因素主要有气候变化及矿井开采时期。气候影响最大的是夏、冬两季，开采影响最大的是矿井生产通风最易和最难时期。
唐山林南仓矿进风井口标高为+50 m，回风立井井口扩散塔标高为+80m。进风立井井垂深400m，回风立井垂深240m。水平运输大巷布置在-400 m水平。夏季最高气温为40℃，冬季最低气温为-20℃。矿井总通风量109.81 m3/s。通风网络计算结果为容易时期（冬天）自然风压-190.6Pa（帮助主扇风机通风） ，困难时期（夏天）的自然风压223.37Pa（阻碍主扇风机通风）。
四、矿井自然风压的影响
随着矿井开采深度的不断加深，自然风压也逐渐增大，对通风设计与日常通风管理工作有着越来越大的影响，应给予应有的重视并进行测算工作。
1、自然风压对计算矿井通风等积孔的影响
矿井生产一线的通风管理人员，一般将hzu=Hsj代入（1）式中计算矿井通风等积孔，忽略了HZ。这在矿井开采深度小，HZ不大的条件下，计算结果误差不大。反之，显然是不合理的。
2、自然风压对矿井通风网络稳定性的影响
在矿井通风网路中每条风流支路风量的变化情况，定量地反映了各风流支路的稳定性：风量的变化量€%=Q越大，该支路风流越不稳定；风量的变化量€%=Q越小，该支路风流越稳定。在矿井通风系统各支路风阻R一定的情况下，自然风压对各风流支路的风量稳定性的影响程度，进而定量地描述自然风压对整个矿井通风网络稳定性的影响。表明，在自然风压作用下，矿井通风机的工作状态将发生变化，从而进一步影响矿井通风网络的稳定性。
五、矿井自然风压的合理利用
掌握自然风压的规律，对具体情况认真分析，是可以避免因自然风压的影响而对矿井通风造成的事故，甚至可以变害为利。经过采取一系列措施，可以较好地利用自然风压对矿井通风的影响，解决角联系统风流不稳的问题，即节约了矿井通风电费，减少主要通风机的负荷，降低主要通风机的机械磨损，提高使用寿命，减少维护费用。又杜绝了因为自然风压的影响而使角联通风系统出现风流紊乱或微风、无风等情况，杜绝瓦斯的积聚，消除瓦斯事故。掌握自然风压的变化规律，可了解井下通风变化情况，为控制有害气体，预防重大灾害事故的发生提供可靠依据。
目前林南仓矿合理利用矿井自然风压，指导采掘生产，根据自然风压的正、负分布月份，合理调整井下采、掘工作面布局，将头、面生产任务向自然风压为正值的月份倾斜，使自然风压多做有用功，并且降低矿井负压、抑制煤层自燃发火。
参考文献：
[1]徐永圻.煤炭开采学[M].徐州：中国矿业大学出版社，1991.
[2]徐永圻.采矿学[M].徐州：中国矿业大学出版社，2003.
[3]王省身.矿井灾害防治理论与技术[M].徐州：中国矿业大学出版社，1989.
[4]黄元平.矿井通风[M].徐州：中国矿业大学出版社，1995.
作者简介：郝明川（1982.5-），男，河北省唐山市玉田县人，工作单位：开滦集团林南仓矿业分公司通风区。
关键词：自然风压；影响；合理应用
矿井的生产过程中，自然风压对井下风流稳定性有很大的影响。自然风压增大时，原风向与自然风压作用方向相同的分支，其风量增加，与自然风压作用方向不同的分支，其风量减小，对于通风网络中的一些敏感分支，自然风压的作用甚至会使分支风流停滞或分支风流风向改变。自然风压是影响矿井通风网络稳定性的重要因素之一。因此，自然风压的存在对矿井的安全生产产生影响是不容忽视的，从而定量的研究自然风压对矿井通风网络稳定性的影响，是十分必要的。
一、研究自然矿井自然风压的意义
自然风压是由入、排风井空气温度的差异导致风井中空气密度不同而产生的一种天然的通风能量。了解和掌握自然风压的作用规律，合理地加以利用，将能辅助或代替机械通风，节约通风费用。
自然风压是矿井中客观存在的一种自然现象，其作用有时对矿井通风有利，有时却相反。我国一些山区平峒开拓的矿井，冬季自然通风的作用有的基本可以代替主扇工作。这表明，自然风压在矿井通风中是一种不可忽视的重要动力。实际上，自然风压是井上下多种自然因素所造成的促使空气沿井巷流动的一种能量差，这种能量差存在于包括平巷在内的所有井巷中。
二、自然风压分类
根据矿井和地下工程的实际情况，由地面地下自然因素和生产活动的热力效应所产生自然能量差可概括为三种形式：自然热位差；水平热压差（或称水平气压差）；大气自然风：
1、自然热位差
由地面气温、井下热力因素、含湿量、气体成分等变化所引起的进回风井筒内空气平均密度不等，密度大的井筒的空气柱压力大于密度小的井筒空气柱压力。这两井筒中的空气柱压差称做自然热位差。
在机械通风停止后，因自然热位差的作用，在图8-1所示情况下，冬季风流从进风井筒进入，经井底平巷由出风井筒流出；夏季炎热时，其风流方向则相反。在有机械通风的矿井，冬季自然风压与机械风压方向相同，帮助扇风机克服通风阻力；夏天则可能相反，起削弱机械通风压力作用。
2、水平热压差
在地表，由于多种因素造成空气温度、湿度、成分等的差异，同一标高水平上的大气压力也有差别。这种同一标高水平上的气压差，气象上称为气压梯度，由气压梯度所产生的旁压力称为气压梯度力。即水平气压梯度力的方向是由高指向低，其大小与 P/ n（€%=P）成正比，和空气密度成反比。在水平气压梯度力的作用下，形成大气风。气压梯度力越大，风速也越大。在矿井水平井巷中也能因温度等自然因素变化导致风流密度上的差异，从而造成同一标高水平上的压力不同。井巷中同一水平上主要因温差而形成的压力差称为水平热压差。这种水平热压差也能促使空气沿井巷流动，形成自然风。一般情况下这种自然风速很小，往往不被人所注意，但在某些条件下，仍能明显的显现出来。
3、大气自然风
地面吹向平峒口的大气风，其动压可转变成静压，形成矿井自然风，影响矿井通风量的大小。该动压的计算方法为：
式中：€%]--系数由风向、山坡表面形状倾斜度、洞口形状和尺寸等决定；P--大气自然风流密度，kg/m3；Va--大气风速，m/s。
大气自然风对抽出式通风矿井的进风平峒和压入式通风矿井出风平峒的风量影响较显著，能使前者风速明显增加，后者风流停滞甚至反向。综上所述，以上三种形式的能量差都应属于自然风压的范畴。所以，自然风压是由井内外自然因素所造成促进所有井巷风流流动的能量，而单位体积风流所具有的这种能量称做自然风压。
三、矿井自然风压的计算
随着开采深度及通风负压的增加，自然风压对矿井通风的影响也越来越大。当自然风压对矿井通风负压的影响达到一定程度时，矿井通风计算就必须考虑自然风压的影响。对矿井自然风压的影响因素主要有气候变化及矿井开采时期。气候影响最大的是夏、冬两季，开采影响最大的是矿井生产通风最易和最难时期。
唐山林南仓矿进风井口标高为+50 m，回风立井井口扩散塔标高为+80m。进风立井井垂深400m，回风立井垂深240m。水平运输大巷布置在-400 m水平。夏季最高气温为40℃，冬季最低气温为-20℃。矿井总通风量109.81 m3/s。通风网络计算结果为容易时期（冬天）自然风压-190.6Pa（帮助主扇风机通风） ，困难时期（夏天）的自然风压223.37Pa（阻碍主扇风机通风）。
四、矿井自然风压的影响
随着矿井开采深度的不断加深，自然风压也逐渐增大，对通风设计与日常通风管理工作有着越来越大的影响，应给予应有的重视并进行测算工作。
1、自然风压对计算矿井通风等积孔的影响
矿井生产一线的通风管理人员，一般将hzu=Hsj代入（1）式中计算矿井通风等积孔，忽略了HZ。这在矿井开采深度小，HZ不大的条件下，计算结果误差不大。反之，显然是不合理的。
2、自然风压对矿井通风网络稳定性的影响
在矿井通风网路中每条风流支路风量的变化情况，定量地反映了各风流支路的稳定性：风量的变化量€%=Q越大，该支路风流越不稳定；风量的变化量€%=Q越小，该支路风流越稳定。在矿井通风系统各支路风阻R一定的情况下，自然风压对各风流支路的风量稳定性的影响程度，进而定量地描述自然风压对整个矿井通风网络稳定性的影响。表明，在自然风压作用下，矿井通风机的工作状态将发生变化，从而进一步影响矿井通风网络的稳定性。
五、矿井自然风压的合理利用
掌握自然风压的规律，对具体情况认真分析，是可以避免因自然风压的影响而对矿井通风造成的事故，甚至可以变害为利。经过采取一系列措施，可以较好地利用自然风压对矿井通风的影响，解决角联系统风流不稳的问题，即节约了矿井通风电费，减少主要通风机的负荷，降低主要通风机的机械磨损，提高使用寿命，减少维护费用。又杜绝了因为自然风压的影响而使角联通风系统出现风流紊乱或微风、无风等情况，杜绝瓦斯的积聚，消除瓦斯事故。掌握自然风压的变化规律，可了解井下通风变化情况，为控制有害气体，预防重大灾害事故的发生提供可靠依据。
目前林南仓矿合理利用矿井自然风压，指导采掘生产，根据自然风压的正、负分布月份，合理调整井下采、掘工作面布局，将头、面生产任务向自然风压为正值的月份倾斜，使自然风压多做有用功，并且降低矿井负压、抑制煤层自燃发火。
参考文献：
[1]徐永圻.煤炭开采学[M].徐州：中国矿业大学出版社，1991.
[2]徐永圻.采矿学[M].徐州：中国矿业大学出版社，2003.
[3]王省身.矿井灾害防治理论与技术[M].徐州：中国矿业大学出版社，1989.
[4]黄元平.矿井通风[M].徐州：中国矿业大学出版社，1995.
作者简介：郝明川（1982.5-），男，河北省唐山市玉田县人，工作单位：开滦集团林南仓矿业分公司通风区。