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第五章 自然通风 本章重点与难点 自然压差的形成及计算 第五章 自然通风 第一节 矿井自然风流的形成 由自然因素作用而形成的通风叫自然通风。 形成自然通风的基本原理是由于矿井有两个以上的出口，并且它们的空气柱密度不同。进、出风井空气柱由于密度不同引起的能量之差值，称为自然通风的压差或自然压差。 冬季：空气柱0-1-2比5-4-3的 平均温度较低，平均 空气密 度较大，导致两空气柱作用 在2-3水平面上的重力不等。 它使 空气源源不断地从井 口1流入，从井口5流出。 夏季：相反。 自然风压：作用在最低水平两侧空气柱重力差 第二节 自然压差的计算 根据自然风压定义，上图所示系统的自然风压HN可用下式计算： 为了简化计算，一般采用测算出0-1-2和5-4-3井巷中空气密度的平均值ρm1和ρm2，用其分别代替上式的ρ1和ρ2，则上式可写为： 一、浅矿井的自然压差 如右图所示，自然压差就是AB、CD两空气柱的压力之差。 当矿井深度在100m以内，随深度增加空气密度变化不大， 可以视为定值，故 式中： 二、深矿井的自然压差 如右图所示，当矿井深度大于100m以后，垂高为H米空气柱的密度、温度、热量都在变化，属于多变过程。用等温过程来计算的随深度压力变化值和多变过程计算的结果极为接近，故可按等温过程计算。故可按等温过程计算。当地表大气压为P0 时，随深度增加H米后，该点的大气压力为 式中 K－－随深度增加的校正系数； R－－气体常数，取29.27； T－－空气柱的平均绝对温度，K。 若矿井只有两个空气柱作用时，其自然压差为 式中， P0－地表大气压，Pa； H－矿井深度，m； T1、T2－进风井及出风井的空气平均绝对温度，K。 在生产矿井中，平均温度可通过实测获得，新设计的矿井按以下方法考虑 式中 式中： 可以看出，影响自然压差大小的因素，除了气温外，还有矿井深度及地表大气压等。矿井深度越大，自然压差越大。所以在一些深矿井里，自然风量还比较大。 注意：1）自然风压的计算必须取一闭合系统。 2）进风系统和回风系统必须取相同的标高。 3）一般选取最低点作为基准面。 第三节 自然压差的测定 自然压差的大小，在生产矿井可以实测，以便掌握自然通风的变化规律。 采用右图的方法，设密闭墙，墙的左侧是进风空气柱压力 ，右侧是出风空气柱的压力 墙两侧的压差为： 所以此时U形管的液面差就是自然压差。 第四节 自然压差的特性 （1）当矿井深度及进出风的温度差没有改变时，自然压差值hz是常数，共特性曲线是如下左图所示。它与矿井风阻特性曲线Ⅰ的交点A，就是自然压差对该矿井的工作点，此时矿井总进风量为Q；若矿井风阻减小到曲线Ⅱ，则总进风量将增加到Q′〔工作点此时为B）。所以自然压差一定时，其风量大小决定于矿井风阻。 （2）当矿井风阻一定时，进、出风井空气柱的温差改变，必然改变该矿井的自然压差大小，使自然压差特性曲线上下平移，从而改变矿井的风量。在矿井风阻一定时，自然压差越大，自然风量越大。 （3）自然风流的方向主要受空气密度的支配，而空气密度又受到地温、气候等的影响。所以一般在冬季进风气温降低，自然通风往往与机械通风方向一致;在夏季则往往干扰机械通风。 （4）在一些岩石裂缝及溶洞发育的矿井，由于自然压差的作用，冬季由矿井向地表漏风，夏季由地表向矿井漏风，致使矿井空气中的氡及其子体浓度，冬季降低，夏季增高。 （5）在机械通风的矿井里，当扇风机停止运转时，出风部分的气温不会因主扇停止运转而马上降低，自然风流也不会马上反向。 例如红透山矿机械风流方向如上图右图所示，在冬季，当主扇停止运转后，预计自然风流会马上反转。实际情况井未马上反转。所以在需要用自然风流反向时应估计到这些问题。 自然通风的优点主要在于不消耗电能，但它不稳定，给通风管理工作带来一定的困难。因此，应根据矿井的具体情况，有利则用，有害则防。 第五章 习题 5-1,5-3,5-6 * 0 1 2 3 4 5 dz ρ1 dz ρ2 z *