自然风压对新疆煤矿通风的影响
资环学院安定11级宿文杰201101031822
摘要:由自然因素产生的风压叫自然风压，自然风压是由作用在最低水平两侧的空气柱重力差造成的。矿井自然风压的大小，主要取决于矿井进回风侧空气的温度差和矿井深度：温度差越大，矿井越深，自然风压越大。这里，主要研究昼夜温差对自然风压产生的影响，进而讨论其对矿井的通风影响。
关键字：自然风压新疆煤矿矿井通风
正文：对于每一个矿井，无论井田开拓方式如何，井下巷道布置有多么复杂，就通风而言，至少必须有一个进风口、一个出风口。下图所示为一个简化的矿井通风系统，0—5为通风系统最高点的水平面，0—1为梁井口的标高差，2—3为水平巷道。在水平面0—5上，各点的大气压力均相等；在该水平面以下，由于空气温度、湿度的不同，空气柱0—1—2和5—4—3的密度也就不同，致使两空气柱作用在水平面2—3上的重力不等，其重力差就是该系统的自然风压。
如上图所示，在一个有高差的闭合回路中，只要两侧高差不同巷道中空气的温度和密度不同，该回路就会产生自然风压。自然风压可用下式计算：
Hn=zg(ρm1-ρm2) （式1）
式中z——矿井最高点至最低点的距离，m；
g——重力加速，m/s2；
Ρm1,ρm2——0—1—2和5—4—3空气柱的平均空气密度kg/m3。
由上式可见，影响自然风压的决定性因素是两侧空气柱的密度差，而空气密度又受温度T、大气压力p、气体常数R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：
Hn=?(ρz)=?[ρ(T，p，R，Φ)z] （式2）
其中，空气成分和湿度，还有大气压力对相对空气密度的影响较小，可忽略不计，因此，影响自然风压大小的主要因素是温度，要研究自然风压，首先要先着手研究温度。这里就
以新疆三道岭的温度为研究对象，通过查询AccuWeather网站，提取了三道岭今年7月和1月的温度作为研究对象，制作了这两个月每天白天温度和夜间温度的表格和图表如下：
三道岭13年七月温度
日期/日白天温度/℃夜间温度/℃
1 3616
2 3619
3 3721
4 4019
5 4021
6 3524
7 3220
8 3317
9 2513
10 3012
11 3414
12 3718
13 3720
14 3519
15 3819
16 3420
17 3417
18 3418
19 3315
20 3417
21 3518
22 3919
23 3420
24 3318
25 3521
26 3319
27 3416
28 3718
29 3520
30 3318
31 3515
平均34.741935483871 18.0967741935484
三道岭13年一月温度
日期/日白天温度/℃夜间温度/℃
1 -12-23
2 -8-23
3 -11-22
4 -10-22
5 -8-22
6 -10-22
7 -10-23
8 -9-23
9 -9-24
10 -8-20
11 -10-22
12 -7-22
13 -6-21
14 -4-16
15 -5-18
16 -5-19
17 -2-17
18 -4-18
19 -5-16
20 -1-16
21 -4-17
22 -2-14
23 2-15
24 -3-15
25 -1-14
26 -3-17
27 -1-12
28 0-14
29 0-10
30 -2-11
31 2-11
平均-5.03225806451613 -18.0322580645161 取各个月温度的平均值，7月白天温度为35℃，夜间温度为18℃；1月白天温度为-5℃，夜间温度为-18℃。矿井深400米来进行计算。根据常识，每下降100m，地层温度提高4度左右，取4℃，取夏季地表温度为30℃，井下400米就是46℃：冬季地表温度为0℃，井下400米就是16摄氏度。而根据1982年国务院颁布的《矿山安全条例》第53条规定，矿井空气最高容许干球温度为28℃，所以取井下温度为28℃.。
查空气密度表得，35℃的干空气密度ρ1为1.146kg/m3，18℃的干空气密度ρ2为1.213kg/m3，-5℃的干空气密度ρ3为1.317kg/m3，-18℃的干空气密度ρ4为1.385kg/m3。28℃的干空气密度ρ0为1.173kg/m3。分别计算夏季白天、夜间，冬季白天、夜间的自然风压：
H1=zg(ρ1-ρ0)=400*9.8*(1.146-1.173)=-105.84Pa
H2=zg(ρ2-ρ0)=400*9.8*(1.213-1.173)=156.8Pa
H3=zg(ρ3-ρ0)=400*9.8*(1.317-1.173)=564.48Pa
H4=zg(ρ4-ρ0)=400*9.8*(1.385-1.173)=831.04Pa
有计算结果得，在冬季，由于空气柱0—1—2比5—4—3的平均低平均空气密度大，空气会不断地从井口1流入，从井口5流出。在夏季夜晚自然通风情况和冬季相同，白天，由于空气柱0—1—2比5—4—3温度高，平均密度大，产生的自然风压和夜间相反，自然通风也相反。
因此，在冬天，自然风压过大，要注意主斜井、副立井通风量过大，副斜井风流停滞或者回流，井内出现解冻现象；夏季，要注意昼夜自然风压变化，调节好通风机通风量，防止风流停滞或回流，给矿井安全带来隐患。
摘自：1、《矿井与通风技术与发展》
2、山东科技大学精品课程《矿井通风与安全》
3、中国AccuWeather 天气预报(ZH-CN)
4、百度百科《常用的空气密度表(-20~100度)》