《矿井通风,1
第五章 矿井自然通风
◆ 主要内容与基本要 求
◆ 第一节 矿井自然风压的计算与测定
◆ 第二节 矿井自然通风的特性
◆ 第三节 矿井自然通风的利用与控制
《矿井通风,2
主要内容与基本要求
1、了解自然风压的概念及其计算方法。
2、了解自然通风的规律和特点。
3、了解自然通风的利用与控制。
《矿井通风,3
一、自然风压的概念二,矿井自然风压的计算三、矿井自然风压的测定
《矿井通风,4
一,自然风压的概念
1,自然风压的形成把进,回风井中两空气柱作用在井筒底部 （ 2,3水平面 ） 单位面积上的压力 （ 重力 ） 差,
叫做 自然风压 Hn
自然风压：
Hn = p2 - p3 = (p0 +ρm1gz) - ( p0+ρm2gz)
即,Hn = gz （ ρm1 - ρm2） Pa
《矿井通风,5
对于一个矿井两井筒的井口位于同一标高时,只要井筒空气密度不同,同样会产生自然风压 。
对同一井筒也同样会产生自然风压 。
2,自然风压的方向冬季：由于 p2>p3,空气由平硐口进入,由回风井口排出地表 。
春秋季,p2 = p3,矿井无风流流动。
夏季,p3 > p2,使回风井口进风，
平硐口排风形成一个反向风流。
《矿井通风,6
◆ 流体力学法实质：就是计算进,回风井两井筒的空气柱对底部作用的压力 （ 重力 ） 差 。
由流体力学知,压力的增量等于单位面积上空气柱所受到的重力的增量,即：
dp=ρgdz
3
4
1
2
21 gdzgdzH n
二,矿井自然风压的计算如图 1和 3断面同一标高，大气压为 p0，距井底的距离为 z，那么：
《矿井通风,7
1、井深 <100m
在井深 < 100m 时，可认为 空气密度 ρ 不变,属于等容过程，则上式可积分为：
)()( 432211 ggH n
gzH n )( 21
z )()( 4321
ρ1,ρ2—— 分别为进、回风井的平均空气密度,kg/m3
《矿井通风,8
例：进风井筒,井口,压力 p0和 T1
井底,压力 p2和 T2
)3 7 8.01(48.3
0
11
1
0
p
p
T
p B
井口
1
045.3
T
p?
井口?
)378.01(48.3
2
22
2
2
p
p
T
p B
井底 2
245.3
T
p?
井底?
21
井底井口
同理，回风井筒中的空气密度计算也和上面相同。
★ 对各断面 Ti的取值。
● 生产设计的矿井：可从实际中测定获取。
或：
或：
则
《矿井通风,9
● 新设计的矿井进风井：井口气温可取该标高地表的月平均温度 。
井底气温应参考附近矿山的实际资料 。
回风井：井底气温
)2~1()( 004 zzGtt r
ztt 1 0 0 5.0~4.043
井口气温，可按每上升 100m，气温下降 0.4 ~ 0.50C计算。
《矿井通风,10
2、井深 >100m
当井深 >100m后,空气的密度、温度、压力都在变化,属于多变过程。此时，若按等温过程计算的压力变化值和多变过程计算的结果较为接近，故按等温过程计算。
自然风压 （ 进风井底的压力 －回风井底的压力 ）
)11(
21
0 TTR
zgpH
n
《矿井通风,11
式中,p0—— 标高最高的哪一个井筒的井口大气压力,Pa；
T1—— 进风井筒平均气温,K；
T2—— 回风井筒平均气温,K；
)11(0341.0
21
0 TTzkpH n
1 0 0 0 01
zk
考虑展开级数略去第二项后造成的误差。因此，将右边乘一校正系数 K，又取空气的气体常数 R = 287 J/kgK。则上式可写成,Pa
z—— 井筒的深度,m。
《矿井通风,12
三,矿井自然风压的测定
1,直接测定若有扇风机工作的矿井应停止其工作,并在总风流通过的巷道中设置密闭墙,隔断总风流 。 用压差计测出密闭墙两侧的压差
,此值就是自然风压 。
《矿井通风,13
2,间接测定在有主扇工作的矿井,当主扇正常运转时,测出总风量 Q及主扇有效静压 Hs′ （ 抽出式 ）
2'
2
2vHH
SS
2' RQHH nS
Hn,R为未知量。
然后，停止主扇运转，在风峒中或在其它总风流中测出自然风量 Qn，则可列出方程
Hn = RQn2 (2)
解（ 1）和（ 2）两式，即可求出自然风压 Hn和全矿总风阻 R。
(1)
《矿井通风,14
一、影响自然风压的因素二、自然风压与风量的关系三、矿井多水平的自然风压
《矿井通风,15
一,影响自然风压的因素
Hn = f（ ρ,z） = f [ρ(p,T,R,φ),z]
1、温度的影响两侧空气柱的温度是影响 Hn的主要因素。
深井自然风压示意图 浅井自然风压示意图
《矿井通风,16
2,大气压力和矿井深度的影响大气压变化较小,对 Hn的影响较小 。
矿井深度越深,自然风压越大 。
3,空气成分和湿度的影响空气成分和湿度对自然风压影响是很小的，可以忽略不计。
4,扇风机工作 （ 的影响 ）
主扇工作对自然风压的大小影响不大,主要是对自然风压的方向影响很大 。
《矿井通风,17
二,自然风压与风量的关系冬季：进风量 Q增加,自然风压则稍有增加 。
夏季,Q进 增加,则自然风压则稍有减少 。
在实际工作中，一般认为 Hn受 Q的影响不大,Hn不随 Q而发生变化,Hn的特性曲线是一条平行于 Q的水平线。
《矿井通风,18
三,矿井多水平的自然风压
1,各水平的自然风压是不相同的
2,对于多水平的深井,自然通风时,在上部水平会出现无风或风流反向,而下部水平中风流方向不变 。
3、井下可能产生循环风。
《矿井通风,19
一,采用上行通风一年中,自然风压造成的上行通风时间要比下行的要长些
,且风压值要大些,有利于排除炮烟 。
对夏季的下行自然风流要采取控制措施,使其不影响上行通风主要措施：
A、建立隔离层，控制自然风下串。
B、安装辅扇抵制自然风流。
C、将自然风流引入废旧巷道中排走
《矿井通风,20
二,充分利用地形条件 。 尽可能增大进,出风井口的标高差,使进风井口布置在背阳处 。
三,利用温度差 。
四,控制反向自然风压问题 。
《矿井通风,21
如图所示的通风系统,正常情况下,竖井和平硐都进风 。
夏季：在平硐口和进风竖井 1— 3— 4— 2中,由于地面气温同高于进风井 2— 4内的气温,故该系统中自然风压为负值,这如同在进风竖井井口 2处装有一台扇风机作压入式通风,当 Hn 增大时
,竖井进风量增大,平硐的进风量减少,当 Hn > 某一值时,4点的能量 E4 > 3点的能量 E3,使平硐内风流反向 。
为防止风流反向，可采取以下措施：
①提高主扇风机风压，以降低 E4，使
E3 > E4
② 增大进风井筒的风阻，使 E4↓。
③在平硐口 3安装辅扇作压入式工作。
第五章 矿井自然通风
◆ 主要内容与基本要 求
◆ 第一节 矿井自然风压的计算与测定
◆ 第二节 矿井自然通风的特性
◆ 第三节 矿井自然通风的利用与控制
《矿井通风,2
主要内容与基本要求
1、了解自然风压的概念及其计算方法。
2、了解自然通风的规律和特点。
3、了解自然通风的利用与控制。
《矿井通风,3
一、自然风压的概念二,矿井自然风压的计算三、矿井自然风压的测定
《矿井通风,4
一,自然风压的概念
1,自然风压的形成把进,回风井中两空气柱作用在井筒底部 （ 2,3水平面 ） 单位面积上的压力 （ 重力 ） 差,
叫做 自然风压 Hn
自然风压：
Hn = p2 - p3 = (p0 +ρm1gz) - ( p0+ρm2gz)
即,Hn = gz （ ρm1 - ρm2） Pa
《矿井通风,5
对于一个矿井两井筒的井口位于同一标高时,只要井筒空气密度不同,同样会产生自然风压 。
对同一井筒也同样会产生自然风压 。
2,自然风压的方向冬季：由于 p2>p3,空气由平硐口进入,由回风井口排出地表 。
春秋季,p2 = p3,矿井无风流流动。
夏季,p3 > p2,使回风井口进风，
平硐口排风形成一个反向风流。
《矿井通风,6
◆ 流体力学法实质：就是计算进,回风井两井筒的空气柱对底部作用的压力 （ 重力 ） 差 。
由流体力学知,压力的增量等于单位面积上空气柱所受到的重力的增量,即：
dp=ρgdz
3
4
1
2
21 gdzgdzH n
二,矿井自然风压的计算如图 1和 3断面同一标高，大气压为 p0，距井底的距离为 z，那么：
《矿井通风,7
1、井深 <100m
在井深 < 100m 时，可认为 空气密度 ρ 不变,属于等容过程，则上式可积分为：
)()( 432211 ggH n
gzH n )( 21
z )()( 4321
ρ1,ρ2—— 分别为进、回风井的平均空气密度,kg/m3
《矿井通风,8
例：进风井筒,井口,压力 p0和 T1
井底,压力 p2和 T2
)3 7 8.01(48.3
0
11
1
0
p
p
T
p B
井口
1
045.3
T
p?
井口?
)378.01(48.3
2
22
2
2
p
p
T
p B
井底 2
245.3
T
p?
井底?
21
井底井口
同理，回风井筒中的空气密度计算也和上面相同。
★ 对各断面 Ti的取值。
● 生产设计的矿井：可从实际中测定获取。
或：
或：
则
《矿井通风,9
● 新设计的矿井进风井：井口气温可取该标高地表的月平均温度 。
井底气温应参考附近矿山的实际资料 。
回风井：井底气温
)2~1()( 004 zzGtt r
ztt 1 0 0 5.0~4.043
井口气温，可按每上升 100m，气温下降 0.4 ~ 0.50C计算。
《矿井通风,10
2、井深 >100m
当井深 >100m后,空气的密度、温度、压力都在变化,属于多变过程。此时，若按等温过程计算的压力变化值和多变过程计算的结果较为接近，故按等温过程计算。
自然风压 （ 进风井底的压力 －回风井底的压力 ）
)11(
21
0 TTR
zgpH
n
《矿井通风,11
式中,p0—— 标高最高的哪一个井筒的井口大气压力,Pa；
T1—— 进风井筒平均气温,K；
T2—— 回风井筒平均气温,K；
)11(0341.0
21
0 TTzkpH n
1 0 0 0 01
zk
考虑展开级数略去第二项后造成的误差。因此，将右边乘一校正系数 K，又取空气的气体常数 R = 287 J/kgK。则上式可写成,Pa
z—— 井筒的深度,m。
《矿井通风,12
三,矿井自然风压的测定
1,直接测定若有扇风机工作的矿井应停止其工作,并在总风流通过的巷道中设置密闭墙,隔断总风流 。 用压差计测出密闭墙两侧的压差
,此值就是自然风压 。
《矿井通风,13
2,间接测定在有主扇工作的矿井,当主扇正常运转时,测出总风量 Q及主扇有效静压 Hs′ （ 抽出式 ）
2'
2
2vHH
SS
2' RQHH nS
Hn,R为未知量。
然后，停止主扇运转，在风峒中或在其它总风流中测出自然风量 Qn，则可列出方程
Hn = RQn2 (2)
解（ 1）和（ 2）两式，即可求出自然风压 Hn和全矿总风阻 R。
(1)
《矿井通风,14
一、影响自然风压的因素二、自然风压与风量的关系三、矿井多水平的自然风压
《矿井通风,15
一,影响自然风压的因素
Hn = f（ ρ,z） = f [ρ(p,T,R,φ),z]
1、温度的影响两侧空气柱的温度是影响 Hn的主要因素。
深井自然风压示意图 浅井自然风压示意图
《矿井通风,16
2,大气压力和矿井深度的影响大气压变化较小,对 Hn的影响较小 。
矿井深度越深,自然风压越大 。
3,空气成分和湿度的影响空气成分和湿度对自然风压影响是很小的，可以忽略不计。
4,扇风机工作 （ 的影响 ）
主扇工作对自然风压的大小影响不大,主要是对自然风压的方向影响很大 。
《矿井通风,17
二,自然风压与风量的关系冬季：进风量 Q增加,自然风压则稍有增加 。
夏季,Q进 增加,则自然风压则稍有减少 。
在实际工作中，一般认为 Hn受 Q的影响不大,Hn不随 Q而发生变化,Hn的特性曲线是一条平行于 Q的水平线。
《矿井通风,18
三,矿井多水平的自然风压
1,各水平的自然风压是不相同的
2,对于多水平的深井,自然通风时,在上部水平会出现无风或风流反向,而下部水平中风流方向不变 。
3、井下可能产生循环风。
《矿井通风,19
一,采用上行通风一年中,自然风压造成的上行通风时间要比下行的要长些
,且风压值要大些,有利于排除炮烟 。
对夏季的下行自然风流要采取控制措施,使其不影响上行通风主要措施：
A、建立隔离层，控制自然风下串。
B、安装辅扇抵制自然风流。
C、将自然风流引入废旧巷道中排走
《矿井通风,20
二,充分利用地形条件 。 尽可能增大进,出风井口的标高差,使进风井口布置在背阳处 。
三,利用温度差 。
四,控制反向自然风压问题 。
《矿井通风,21
如图所示的通风系统,正常情况下,竖井和平硐都进风 。
夏季：在平硐口和进风竖井 1— 3— 4— 2中,由于地面气温同高于进风井 2— 4内的气温,故该系统中自然风压为负值,这如同在进风竖井井口 2处装有一台扇风机作压入式通风,当 Hn 增大时
,竖井进风量增大,平硐的进风量减少,当 Hn > 某一值时,4点的能量 E4 > 3点的能量 E3,使平硐内风流反向 。
为防止风流反向，可采取以下措施：
①提高主扇风机风压，以降低 E4，使
E3 > E4
② 增大进风井筒的风阻，使 E4↓。
③在平硐口 3安装辅扇作压入式工作。
