郭家河煤矿冬季主斜井风流反向分析与治理_桑聪.pdf

第 51 卷第 3 期 2020 年 3 月 Safety in Coal Mines Vol.51No.3 Mar. 2020 郭家河煤矿冬季主斜井风流反向分析与治理 桑聪 1， 2， 3 （1.煤炭科学技术研究院有限公司 安全分院， 北京 100013； 2.煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室 （煤炭科学研究总院） ， 北京 100013； 3.北京市煤矿安全工程技术研究中心， 北京 100013） 摘要 为解决郭家河煤矿冬季主斜井风流反向问题， 对自然风压逆转井巷风流的原因及过程 进行分析， 结合理论分析提出了郭家河煤矿主斜井风流反向的 3 项治理方案， 对郭家河煤矿通 风系统进行合理简化， 建立了矿井正常通风时期和反风初期的三维通风仿真模型， 通过矿井反 风初期三维通风模型对主斜井反风的 3 项治理方案进行网络分风模拟， 优选出了提高副斜井风 流温度这一治理方案。模拟结果表明 提高副斜井风流温度能够解决冬季主斜井风流反向问题， 并能够降低主副斜井间的自然风压和矿井通风阻力， 冬季地面气温继续降低时能够通过调整地 面热风器功率提高副斜井风流温度， 能够进一步防止主斜井风流反向的发生， 保证了矿井通风 系统的稳定。 关键词 主斜井； 风流反向； 自然风压； 通风阻力； 空气密度 中图分类号 TD722文献标志码 B文章编号 1003-496X （2020） 03-0178-06 Analysis and Treatment of Inverted Air Flow in Main Inclined Shaft of Guojiahe Coal Mine in Winter SANG Cong1,2,3 （1.Mine Safety Technology Branch of China Coal Research Institute, Beijing 100013, China;2.State Key Laboratory of Coal Mining and Clean Utilization （China Coal Research Institute） , Beijing 100013, China;3.Coal Mine Safety Engineering Technology Research Center, Beijing 100013, China） Abstract To solve the problem of inverted air airflow in main inclined shaft in winter, the causes and process of natural wind pressure reverses airflow in roadway were analyzed. Three air flow reverse control schemes for main inclined shaft were proposed based on theoretical analysis. Three -dimensional mine ventilation simulation model is established on the basis of reasonable simplification of the ventilation system in Guojiahe Coal Mine. Three control schemes are simulated by network air distribution on the basis of three-dimensional mine ventilation model. Improvement of air flow temperature in auxiliary inclined shaft has been optimized. The simulation results show that increasing the air flow temperature in the secondary inclined shaft can solve the problem inverted air flow in main inclined shaft in winter. At the same time, it can reduce the natural air pressure and mine ventilation resistance between the main and auxiliary inclined shaft. Increasing the power of the ground heater can maintain the air flow temperature in the secondary inclined shaft when the ground temperature continues to decrease in winter. It can prevent inverted air flow in main inclined shaft and ensure the stability of ventilation system. Key words main inclined shaft; inverted air current; natural wind pressure; ventilation resistance; air density 矿井通风系统的安全稳定对于煤矿的安全生产有着举足轻重的作用。 采用斜井开拓的矿井， 主副斜 井一般平行布置， 副斜井进风量较大， 主斜井因风阻 较大， 加之自然风压有碍于主斜井进风， 在冬季地面 温度较低的情况下， 主斜井容易发生风流反向[1]。 DOI10.13347/ki.mkaq.2020.03.039 桑聪.郭家河煤矿冬季主斜井风流反向分析与治理 ［J］ .煤矿安全， 2020， 51 （3） 178-183. SANG Cong. Analysis and Treatment of Inverted Air Flow in Main Inclined Shaft of Guojiahe Coal Mine in Winter ［J］ . Safety in Coal Mines, 2020, 51 （3） 178-183. 基金项目 中国煤炭科工集团有限公司科技创新创业资金专项重 点资助项目 （2018- TD- ZD002） ；“十三五” 国家科技重大专项资助 项目 （2016ZX05067- 001- 002） 移动扫码阅读 178 ChaoXing Vol.51No.3 Mar. 2020 Safety in Coal Mines 第 51 卷第 3 期 2020 年 3 月 主斜井的风流反向会造成新鲜风流被乏风污染， 若 井下煤炭在运输中仍有瓦斯涌出，主斜井风流反向 还会引起瓦斯超限[2]。主斜井风流反向更会影响矿 井通风系统的稳定性[3]。 张峰[4]发现， 在高地温矿井长距离倾斜巷道贯 通时，因温度影响经常会出现与预测风流不一致的 微风、 风流逆转等现象。聂百胜[5]认为冬季进风井出 现风流反向主要因为回路中产生了风流温度差， 进 而形成了阻碍主斜井进风、促进副斜井进风的自然 风压。此自然风压在矿区降温时形成循环机制并逐 渐增加，导致主斜井出现风量减少、风流停滞和风 流反向等现象。贾敏涛[6]根据传热学原理， 推导出巷 道风流温、 湿度近似计算公式， 并编制了巷道温湿度 计算管理程序。郭宏伟[7]认为造成井巷风流逆转的主 要原因是不断积累的热风压， 风流逆转最有效的处置 措施是简化通风系统， 充分发挥主要通风机作用。 综上所述，当前研究多集中在主斜井风流反向 的理论分析方面， 在防治方面缺少分析。因此， 根据 理论分析，结合现场实际情况提出主斜井反风治理 方案，并对治理方案进行软件模拟，选取提高副斜 井进风流温度的措施来解决郭家河煤矿主斜井反风 问题，实际治理效果与软件模拟结果相差不大。对 于冬季防止主斜井反风、保持通风系统稳定具有重 要的借鉴指导意义。 1矿井概况 郭家河煤矿位于陕西麟游， 属温带半湿润季风气 候， 井田范围干湿度变化明显， 温差大， 四季分明， 夏 短冬长。矿井采用斜井-立井混合开拓方式， 布置有 4 条井筒， 主斜井、 副斜井、 措施立井和回风立井， 主、副斜井为主要进风井，简化后的矿井通风系统 如图 1。 2017 年 10 月起， 主斜井进风减少， 副斜井进 风增加， 措施立井和回风立井风量基本不变。随后， 矿井主斜井一联巷和二联巷之间出现微风，二联巷 和三联巷之间甚至出现风流反向的现象。 2郭家河煤主斜井紊乱原因分析 主斜井风流反向往往难以及时预防和控制， 其 主要发生在冬季矿区气温较低的条件下。井下热源 分布不均使得主副斜井间温差递增，递增的温差造 成主副风井间自然风压不断增大，自然风压的增加 又进一步促进副斜井进风、阻碍主斜井进风，主斜 井热量进一步积聚，空气密度继续降低，又造成自 然风压的增大， 形成循环机制[8]。 2.1自然风压定义及产生原因 在通风系统中， 巷道风量、 风流方向及各节点压 力不仅受到主要通风机影响，还受到井下自然风压 的影响。 自然风压是依附井下回路而存在， 单独的 1 条巷道是不存在自然风压的。对于始点和末点的标 高相同、 依次连接的多条巷道组成的回路 （始末节点 包含井口时， 应包含对应空气柱） ， 其标高最低点两 侧空气柱的重力差即自然风压。自然风压可以是矿 井的自然风压， 也可是 2 条进风井或 2 条上下山间 的自然风压， 或是 1 个回路的自然风压。 井下存在巷道围岩、 机电设备、 胶带摩擦及落煤 等散热热源，热源会影响其所属巷道及附近节点的 空气温度。不同巷道中的热源差别较大，加之巷道 进风量及进风流温度不同，巷道中的温湿度一般会 有差别。所以，始末点相同的多条依次串联的井巷 组成的风路，其最低标高点两侧一般会存在重力 差，即自然风压。自然风压从本质上讲就是始末节 点标高相同的 2 条甚至是多条巷道组成回路的空气 重力差。回路最低点两侧空气密度差和回路高差越 大， 回路自然风压则越大， 其对巷道风量大小的影响 就越大。 2.2自然风压逆转风流分析 正常通风时期， 副斜井的风量大于主斜井风量， 一方面原因是主斜井巷道摩擦阻力系数较大，另外 一方面原因是主斜井带式输送机摩擦生热，造成主 斜井温度高，空气密度较小。因主斜井空气密度较 小， 副斜井空气密度较大， 主副斜井间就会给主斜井 1 个方向向上的与风流方向相反的作用力。 为详细描述矿井自然风压影响增大至风流反向 的发生发展过程， 对郭家河煤矿通风系统进行简化， 主斜井反风前后示意图如图 2。 在图 2 中， 对郭家河 图 1郭家河煤矿通风系统示意图 Fig.1Ventilation system of Guojiahe Coal Mine 179 ChaoXing 第 51 卷第 3 期 2020 年 3 月 Safety in Coal Mines Vol.51No.3 Mar. 2020 编号 巷道 名称 长度 /m 阻力系数 / （N s2 m－8） 编号 巷道 名称 长度 /m 阻力系数 / （N s2 m－8） AB 主斜井 1 3000.018EF副斜井 23000.012 BC 主斜井 2 3000.018FG副斜井底400.012 BE 中部联巷 800.025GH回风巷 1500.120 CG 主斜井底 400.018HI回风巷 21000.120 DE 副斜井 1 3000.012IJ回风立井3000.120 节 点 静压 /Pa 温度 /℃ 湿度 / 密度 / （kg m-3） 节 点 湿度 / 密度 / （kg m-3） A 93 100 11.5851.095F501.210 B 94 705 11.5851.114G601.150 C 96 365 11.5851.134H601.148 D 93 100 8.5301.150I601.146 E 94 733 8.5401.170J601.098 静压 /Pa 温度 /℃ 98 052 8.5 98 047 15.0 97 907 15.0 97 667 15.0 93 603 15.0 煤矿通风系统进行简化，主斜井与副斜井之间有 3 条联络巷道， 为简化分析过程， 将 3 条联络巷简化为 1 条， 并将主副斜井风流汇合后的巷道简化为 1 条。 在回路 ABED 中， 分支 AB 的空气密度小于空气 DE 的空气密度，所以 BE 分支的风流方向往往是从副 斜井流向主斜井。 矿井风流逆转是 1 个渐变的过程，由表象来讲 是巷道风量由大变小降低至 0，然后风流反向的过 程， 巷道风流逆转的本质过程如下 1） 正常通风时期， 自然风压较小， 仅对主斜井的 风量产生较小影响， 但不足以影响其风流方向。 2） 随外界气温降低， 主副斜井温差变大， 其空气 密度差也增大，其自然风压越来越大。副斜井自然 风压对风流的促进增大，副斜井风量增加，认为巷 道摩擦阻力系数不受温度影响[9]， DF 分支实际阻力 增加。主斜井自然风压对风流的抑制导致主斜井风 量变小，主斜井实际通风阻力降低。主斜副斜井通 风阻力的差值与其间的自然风压数值相等，达到 1 个能量平衡的相对稳定状态。 3 ） 随气温继续降低， 主副斜井间自然风压继续 增加，主斜井通风阻力逐降低。当自然风压增加至 与 AG 的通风阻力等值时， AG 间风流停滞。主斜井 中热源的存在，又没有足够的风量散热，主斜井风 流温度继续升高、空气密度继续降低，主副斜井间 自然风压继续增加， 主斜井发生风流逆转。 3矿井反风过程分析 为便于分析研究自然风压对主斜井风量的影响 及优选主斜井反风治理方案，通过三维通风模拟仿 真软件对矿井正常通风时期、主斜井风流逆转时期 及采取治理措施后的通风系统模型进行软件模拟分 析， 优选主斜井反风治理方案。 3.1正常通风时期模拟 根据矿井通风系统简化模型建立的三维通风模 拟仿真系统如图 3。建模中所用到节点及巷道参数 见表 1 和表 2， 巷道均设为矩形， 宽 5.0 m， 高 3.5 m。 结合矿井通风阻力实测数据， 根据表 1 和表 2， 完善矿井通风系统模型中节点及巷道参数， 按照质量 守恒进行解算， 正常时期模型风量阻力分配见表 3。 由表 3 得， 正常通风时期， 副斜井井口至 G 点 通风阻力位 126.0 Pa，主斜井井口至 G 点通风阻力 为 7.8 Pa， 即主副斜井间自然风压为 118.2 Pa， 矿井 总阻力为 1 250.7 Pa。模型风量及阻力与矿井实际 基本一致， 可以用作矿井反风时期通风模拟。 3.2主斜井风流反向时期模拟 随着空气温度降低， 副斜井 D、 E、 F 3 点空气密 图 2主斜井反风前后示意图 Fig.2Schematic diagram before and after anti-wind 图 3郭家河煤矿通风系统模拟简图 Fig.3Simulation diagram of ventilation system 表 1模型中节点参数表 Table 1Parameters of nodes in the model 注 井下节点静压由井口静压、 高差及阻力损失计算得出。 表 2模型中巷道参数表 Table 2Parameters of roadway in the model 180 ChaoXing Vol.51No.3 Mar. 2020 Safety in Coal Mines 第 51 卷第 3 期 2020 年 3 月 序 号 巷道 名称 风量 / （m3 s-1） 风速 / （m s-1） 阻力 /Pa 序 号 巷道 名称 风量 / （m3 s-1） 风速 / （m s-1） 阻力 /Pa 1 主斜 井 1 14.40.824.96 副斜 井 2 64.43.6860.3 2 主斜 井 2 11.60.662.97 副斜 井底 64.93.715.9 3 中部 联巷 2.50.1408 回风 巷 1 78.14.46145.5 4 主斜 井底 11.50.660.39 回风 巷 2 78.34.47248.3 5 副斜 井 1 63.63.6359.710 回风 立井 80.04.57730.8 表 3正常时期模型风量阻力分配表 Table 3Air volume and resistance data of normal period model 度不断增加。因主斜井风量较小、巷道摩擦阻力系 数较大，加之带式输送机摩擦和原煤散热等因素， 主斜井温度较高。主斜井风流反向时模型各节点空 气参数见表 4。 按表 4 修改矿井通风三维模型中节点数据， 然 后按质量守恒进行解算，温度降低后模型风量阻力 分配表见表 5。 由解算结果表 5 可看出，主斜井 1 段巷道处于 微风状态，主斜井 2 段发生风流反向。副斜井井口 至 G 点通风阻力为 170.3 Pa， 主斜井井口至 G 点通 风阻力为 0.1 Pa，即主副斜井间自然风压为 170.2 Pa，即当前风量下主斜井反风的临界点的自然风压 约为 170.2 Pa。 矿井总阻力为 1 294.9 Pa。 主副斜井 温差增加， 其自然风压增加， 自然风压对副斜井进风 的促进和对主斜井进风的阻碍愈加明显。主斜井发 生反风时，副斜井井口至井底的通风阻力及矿井通 风总阻力均有增加。因主副斜井间自然风压的增加 导致副斜井进风量增加， 风量更加集中， 因此井口至 井底的通风阻力增加。 4矿井反风治理方案模拟分析 增加副斜井通风阻力、增加矿井总风量和提高 副斜井风流温度均有可能解决主斜井反风问题， 为 了对比方案优劣， 下面对 3 个方案分别进行模拟分析。 4.1方案 1增加副斜井通风阻力 在副斜井底部安设调节风窗增加通风阻力， 同 时需要在主副斜井的中部联巷添加风门，副斜井上 段风流进入主斜井。经过试算，副斜井添加构筑物 等效面积为 8.0 m2， 等效风阻为 0.006 567 N s2/m8， 此时可保证主斜井的正常通风。中部联巷构筑物等 效面积设为 1.0 m2。通过解算得到副斜井构筑物两 侧压差 28.8 Pa， 副斜井添加调节设施后矿井风量阻 力分配表见表 6。 由表 5 可看出，副斜井添加调节设施后较反风 时，副斜井井口至 G 点通风阻力由 170.3 Pa 增至 172.0 Pa，主副斜井间的自然风压由 170.2 Pa 降至 169.7 Pa， 矿井总阻力由 1 294.9 Pa 增至 1 296.6 Pa。 因此， 在副斜井增加调节设施后， 可有效解决主 斜井反风问题，矿井通风阻力和主副斜井间的自然 风压均变化不大。 4.2方案 2增加矿井风量 在 VentAnaly 软件模型中，将矿井的风量增加 节 点 压力 /Pa 温度 /℃ 湿度 / 密度 / （kg m-3） 节 点 压力 /Pa 温度 /℃ 湿度 / 密度 / （kg m-3） A93 100 10.5851.095F98 1483.5501.234 B94 705 10.5851.114G 98 143 15.0601.151 C96 365 10.5851.134H 98 003 15.0601.149 D93 1003.5301.171I97 763 15.0601.147 E94 7643.5401.192J93 696 15.0601.099 序 号 巷道 名称 风量 / （m3 s-1） 风速 / （m s-1） 阻力 /Pa 序 号 巷道 名称 风量 / （m3 s-1） 风速 / （m s-1） 阻力 /Pa 1 主斜 井 1 2.00.110.16 副斜 井 2 74.64.2681.0 2 主斜 井 2 -0.6-0.030.07 副斜 井底 75.94.348.1 3 中部 联巷 -2.6-0.150.08 回风 巷 1 78.14.46145.5 4 主斜 井底 -0.6-0.030.09 回风 巷 2 78.34.47248.3 5 副斜 井 1 74.14.2381.210 回风 立井 80.04.57730.8 序 号 巷道 名称 风量 /m3 s-1 风速 /m s-1 阻力 /Pa 风量 /m3 s-1 风速/ m s-1 阻力 /Pa 1 主斜井 16.10.350.966.23.7892.5 2 主斜井 28.50.491.567.33.856.4 3 中部联巷2.40.149.278.14.46 145.5 4 主斜井底8.40.480.278.34.47 248.3 5 副斜井 170.34.0273.180.04.57 730.8 巷道 名称 副斜井 2 副斜井底 回风巷 1 回风巷 2 回风立井 序 号 6 7 8 9 10 表 4主斜井风流反向时模型各节点空气参数 Table 4Air parameters of nodes in case of reverse air flow 表 5温度降低后模型风量阻力分配表 Table 5Air volume and resistance data after temperature reduction 表 6副斜井添加调节设施后矿井风量阻力分配表 Table 6Air volume and resistance data after adding air regulator 181 ChaoXing 第 51 卷第 3 期 2020 年 3 月 Safety in Coal Mines Vol.51No.3 Mar. 2020 至 5 100 m3/min，然后对矿井通风系统三维模型进 行解算，增加主要通风机风量后矿井风量阻力分配 表见表 7。 由表 7 可看出， 增加矿井风量后较反风时， 副斜 井井口至 G 点通风阻力由 170.3 Pa 增至 171.6 Pa， 主副斜井间的自然风压由 170.2 Pa 降至 170.1 Pa， 矿井总阻力由 1 294.9 Pa 增至 1 441.4 Pa，在矿井 总风量增加 6.25后， 矿井总阻力增加 11.31。 因此， 增加矿井风量可解决主斜井反风问题。 增 加矿井风量后，主副斜井间自然风压基本不变， 矿 井通风阻力有较大增加。 4.3方案 3提高副斜井风流温度 主斜井发生风流反向，主要因副斜井受地面降 温， 风流温度降低、 密度增加造成主副斜井间的自然 风压增大。 因此， 提高副斜井风流温度， 降低空气密度 可减小主副斜井间自然风压， 控制主斜井风流反向。 正常通风时期，副斜井风量为 63.6 m3/s，反风时 期， 副斜井风量为 74.1 m3/s， 副斜井风流温度为 3.5 ℃， 取较大的反风时期风量计算副斜井制热量。 Qcm△t（1） 式中 Q 为需热量， kJ； c 为空气比热容，取 1.0 kJ/kg K； m 为空气质量， kg； △t 为空气温升， K。 按照表 4 的空气参数计算副斜井需热量为 438 kJ/s， 即副斜井加热设备功率为 438 kW； 考虑冬季最 低温度可达到-15 ℃， 计算冬季最低气温时， 副斜井 需热量为 1 620 kJ/s， 即加热设备功率为 1 620 kW。 矿井在设计初期， 考虑到冬季气温低， 井筒需要 进行风流加热，根据副斜井和主斜井井筒防冻耗热 量， 考虑初、 中、 后期井筒风量的变化， 副斜井加热设 备选用 4 台 WZFY-15/40/3.5-Z 型工业热风器，主斜 井加热设备选用 2 台 WZFY-15/40/3.5-Z 型工业热风 器， 每台热风器的单台热功率为 738.5 kW， 电功率为 11.0 kW， 初、 后期仅 3 台热风器运行， 中期全部运行。 矿井刚反风时， 开启 1 台热风器， 按照式 （1） 计 算热风器开启后副斜井风流空气参数，得到副斜井 风流温度升高 8.2 ℃。 副斜井空气经热风机加热后， 空气温度升高为 11.7 ℃， 根据空气中水蒸气分压不 变， 经查询 id 曲线[10]得到空气加热后相对湿度为 13。开启热风器后模型各节点空气参数见表 8。 按副斜井风流加热后的空气参数，修改三维模 型中节点密度， 按照质量守恒进行网络解算， 副斜井 温度升高后模型风量阻力分配表见表 9。 提高副斜井风流温度较主斜井反风时，副斜井 井口至 G 点通风阻力由 170.3 Pa 降至 117.2 Pa， 主 副斜井间自然风压由 170.2 Pa 降至 104.7 Pa，矿井 总阻力由 1 294.9 Pa 降至 1 241.8 Pa。 提高副斜井风流温度后，矿井通风阻力降低主 要是因矿井进风不再集中在副斜井，而是由主副斜 井共同担负。提高副斜井风流温度可有效解决主斜 序 号 巷道 名称 风量 / （m3 s－1） 风速 / （m s－1） 阻力 /Pa 序 号 巷道 名称 风量 / （m3 s－1） 风速 / （m s－1） 阻力 /Pa 1 主斜 井 1 6.70.431.16 副斜 井 2 74.84.7581.4 2 主斜 井 2 4.20.270.47 副斜 井底 76.14.838.1 3 中部 联巷 -2.3-0.1508 回风 巷 1 83.05.27164.3 4 主斜 井底 4.10.2609 回风 巷 2 83.15.28280.4 5 副斜 井 1 74.54.7382.110 回风 立井 85.05.40825.1 表 7增加主要通风机风量后矿井风量阻力分配表 Table 7Air volume and resistance data after increasing air volume 序 号 巷道 名称 风量 / （m3 s－1） 风速 / （m s－1） 阻力 /Pa 序 号 巷道 名称 风量 / （m3 s－1） 风速 / （m s－1） 阻力 /Pa 1 主斜 井 1 17.701.017.46 副斜 井 2 62.203.5556.3 2 主斜 井 2 14.700.844.67 副斜 井底 62.403.575.5 3 中部 联巷 2.600.150.08 回风 巷 1 78.104.46145.5 4 主斜 井底 14.500.830.59 回风 巷 2 78.304.47248.3 5 副斜 井 1 61.203.5055.410 回风 立井 80.004.57730.8 节 点 压力 /Pa 温度 /℃ 湿度 / 密度 / （kg m－3） 节 点 压力 /Pa 温度 /℃ 湿度 / 密度 / （kg m－3） A93 100 10.5851.095F97 998 11.7131.198 B94 705 10.5851.114G97 993 15.0601.149 C96 365 10.5851.134H97 853 15.0601.148 D93 100 11.7131.138I97 613 15.0601.145 E94 715 11.7131.158J93 553 15.0601.098 表 8开启热风器后模型各节点空气参数 Table 8Air parameters of each node after opening the hot air heater 表 9副斜井温度升高后模型风量阻力分配表 Table 9Air volume and resistance data after temperature rise 182 ChaoXing Vol.51No.3 Mar. 2020 Safety in Coal Mines 第 51 卷第 3 期 2020 年 3 月 井反风问题，并且能够降低副斜井风量和矿井通风 阻力。 5治理措施及效果分析 综合考虑 3 个治理方案，方案 3 的效果优于方 案 1 和方案 2。 就方案实施难易程度而言， 方案 2 只 需调整主要通风机频率， 最易实施； 方案 3 需检修副 斜井配套热风机及电路， 然后方能启用， 次之； 方案 1 需要在副斜井及各主副斜井联巷施工调节设施， 施工强度较大，并且在冬季过后需要拆除副斜井调 节设施，实施难度大，且考虑矿区地面温度会继续 降低。矿井地面气温继续降低时，通过调整副斜井 地面热风器功率便可及时调整副斜井风流温度， 综 上所述，选取方案 3 为郭家河煤矿主斜井冬季风流 反向治理方案。 2018 年 12 月 1 日， 矿区降温， 郭家河煤矿气温 为-2～7 ℃， 日均气温为 2.5 ℃， 主斜井出现风流反 向现象。 根据方案 3， 开启 1 台热风器给副斜井风流 加热。主斜井因原煤及带式输送机散热，暂未开启 加热装置。 2018 年 12 月 2 日上午 9 00， 矿区地面气 温为 3 ℃，副斜井开启地面热风机对井筒进风流进 行加热。热风器启动 15 min， 主斜井风流方向恢复 正常， 热风器开启 2 h 后， 主斜井和副斜井风流基本 稳定。经过实际测试，主斜井进风流与热风器风流 均匀混合后风量为 1 221 m3/min （20.36 m3/s） ， 风速 为 1.16 m/s； 副斜井风量为 3 452 m3/min （57.53 m3/s ） ， 风速为 3.29 m/s。 与表 9 中模拟结果相比较， 风量相 差不大。 开启副斜井热风器能够提高副斜井风流温度， 有效解决冬季自然风压引起的主斜井风流反向问 题。该方法相对简单易行，提高了通风系统稳定性 的同时能够保证副斜井风流温度，为副斜井作业及 通行的工作人员提供一个良好的工作环境。 6结论 1） 自然风压从本质上讲就是始末节点标高相同 的 2 条甚至是多条井巷组成的回路的空气重力差， 温度、 湿度相差越大， 自然风压越大。 2） 冬季主斜井风流反向主要因井筒间温差较 大，造成空气密度相差较大，由此产生的自然风压 阻碍了主斜井进风。因主斜井风量较小，热量不断 积累，主副斜井间自然风压逐步增加，造成主斜井 从风量正常至逐渐减少至风流停滞再至风流反向， 此过程是 1 个渐变过程。 3） 在主副斜井自然风压增加过程中， 因副斜井 风量增加， 副斜井的通风阻力也会增加。 4） 提高副斜井风流温度， 不仅能解决主斜井反 风问题， 还能降低矿井进风段的通风阻力， 提高矿井 通风系统稳定性。 参考文献 ［1］ 张育玮， 邹声华， 李永存.高温矿井热源对风流稳定性 影响的分析 ［J］ .中国安全生产科学技术， 2015， 11 （8） 46-51. ［2］ 郭建华.矿井进风井筒区域风流紊乱机理及调控方法 研究 ［D］ .北京 中国矿业大学 （北京） ， 2016. ［3］ 韩勇， 蔡洪检， 徐超.多进风井筒自然风压影响作用及 机理研究 ［J］ .煤炭技术， 2017， 36 （6） 139-142. ［4］ 张峰， 穆万鹏.高低温矿井热风压的防治与实践 ［C］ // 矿山建设工程新进展2007 全国矿山建设学术会议 文集.北京 中国煤炭学会， 2007. ［5］ 聂百胜， 郭建华， 赵璧， 等.冬季主斜井进风流反向理 论分析及防控方法 ［J］ .煤炭科学技术， 2016， 44 （4） 68-72. ［6］ 贾敏涛， 陈宜华， 吴冷峻， 等.矿井风流热力状态预测 方法研究 ［J］ .金属矿山， 2012 （10） 134-136. ［7］ 郭宏伟.非火灾状态下主斜井风流你装的原因分析及 对策 ［J］ .煤矿安全， 2010， 41 （11） 92-95. ［8］ 杨运良， 王振江， 程磊.千秋煤矿 4风井风流反向问 题分析及对策 ［J］ .煤矿安全， 2007， 38 （1） 41-43. ［9］ 李宗翔， 王双勇， 贾进章.矿井火灾巷道通风热阻力计 算与实验研究 ［J］ .煤炭学报， 2013， 38 （12） 2158. ［10］ 张国枢， 谭允祯， 陈开岩， 等.通风安全学 ［M］ .徐州 中国矿业大学出版社， 2007 399. 作者简介 桑聪 （1987） ， 男， 山东泰安人， 助理研究 员， 硕士， 2013 年毕业于辽宁工程技术大学， 从事矿井通风 安全方面的研究工作。 （收稿日期 2019-03-08； 责任编辑 陈洋） 183 ChaoXing