认识矿井的自然风压

在煤矿建井的过程中，一般会把主副井建到井筒中央，而风井则选址建到井田的边界，且风井的位置较高，一般要远高于主副井，这是为什么呢？

在一些山区有较多的山洞，有些山洞距山顶几百米，但是山洞里面为什么风流通畅、人员可以自由出入并没有发生窒息呢？诸如此类的情况，分析起来都涉及一个术语叫做自然风压。

一般来讲，要把煤矿井下污浊的空气排出到地面，需要通风动力，通风机就是产生通风动力的机械设备，自然风压也是通风动力的一种。什么是自然风压呢？就是在没有机械动力的条件下，由于进回风井井筒位置之间高程的差别，使矿井井筒之间产生了风流，推动这种风流形成的风压被称为自然风压。

自然风压是如何产生的呢？在这里我们只考虑温度的影响进行分析。我们看一个简单的通风系统图（见图1）。图中1 点是进风井井口的位置，5 点是回风井井口的位置，1 点到2 点相当于进风井，2 点到3 点相当于井下的水平大巷，3 点到4 点相当于上山，4 点到5 点相当于回风井，可以看到1 点和5 点的两个井筒位置之间有一个高度差，从图1 中可以看到，0 点的位置与5 点高度相同，在一个较小的空间范围内，高度相同的空间位置大气压力是相同的。假设认为井下温度是恒定的，则1 点和5 点之间进回风井的气压差，就是0 点和1 点之间的单位面积空气柱重量，减去相同高程的井筒内单位面积空气柱的重量，这个差值就是自然风压。

自然风压肯定是存在的，但不一定都是通风的动力。对于一些开采深度较浅的矿井，有时也会成为通风的阻力，也就是说自然风压有时也会是负值。

一般认为井下的岩石是有一定温度的。如果是冬天，外面的空气在进回风井中流动时，会吸收井筒壁岩石的热量，则井筒内空气的温度会比外面空气的温度高，温度高则气体密度降低，0 点到1 点的单位面积空气柱的重量就会大于同等高程井筒内单位面积空气柱的重量。这时风流就会从进风井井口1 点向回风井井口5 点流动。如果是夏天，井下工人们都知道，夏天井下要比地面凉快，井筒里面的温度要低于外面空气的温度，就是说0 点到1 点的单位面积空气柱的重量就会小于同等高程井筒内单位面积空气柱的重量，这时如果没有风机，风流就会从5 点流向1 点，因为1 点是进风井井口，这时自然风压就成为了通风的阻力。对于一年中的12 个月份，由于外界空气温度的变化，自然风压也是变化的。

引起自然风压变化与煤矿的开采深度有关，如果是较高的开采深度，井下的温度会很高，超过千米采深的矿井甚至会有井下热害，这样地面的空气进入井下巷道进行了充分的热交换，温度会非常高，再排到井筒时，无论是冬天还是夏天，0 点到1 点的单位面积空气柱的重量都会大于同等高程井筒内单位面积空气柱的重量，自然风压均会呈现正值。进风井井口1 点的风压始终会高于回风井5 点的风压，但是两者之间的差值会随着外界气温的变化而变化，一年四季自然风压的变化如图2 所示。其中曲线1 和曲线2 分别代表浅部开采的矿井和深部开采的矿井。

研究自然风压，充分地利用自然风压对煤矿安全生产具有重要的意义。新设计矿井在选择开拓方案、拟定通风系统时，可以充分考虑利用地形和当地气候特点，使在全年大部分时间内自然风压作用的方向与机械通风风压的方向一致，充分地利用自然风压增加通风动力。在山区回风井的井口尽量选择山顶等较高的地点，增加进回风井的高度差；把进风井井口尽量布置在背阳处，降低进风井井口的温度，增加其自然风压。

根据自然风压的变化规律，可以适时调整主通风机的工况点，使其既能满足矿井通风需要，又可节约电能。例如，开采深度较浅的矿井时或平硐开采时，在冬季自然风压可以帮助机械通风，通过减小风机叶片角度或转速方法降低机械风压，从而达到省电的效果。

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，在通风动力不强的矿井，要防止因自然风压作用造成某些巷道无风或风流反向，从而造成瓦斯无法有效排出而发生事故。

在建井时期，由于通风系统简单，巷道工程量小，井下风阻较小，可以充分地利用自然风压进行通风。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，有时也可利用自然通风；有条件的地区有时还可利用钻孔构成回路，形成自然风压，解决局部地区通风问题。

但是在利用自然风压时，一定要注意安全。自然风压是随着地面温湿度的变化而变化的，利用自然风压时刻要注意外界温湿度的变化，使自然风压向有利的条件进行发展，要防止自然风压成为通风的阻力，从而对井下通风和瓦斯排放带来影响。

（责任编辑：韩瑜）