矿井反风技术是指当井下发生火灾时,利用预设的反风设施,人为地改变火灾烟流方向而采取的通风措施。其目的是限制灾区范围扩大,保护受烟流威胁的人员安全撤退,减少人员伤亡。反风演习是考察灾变时期矿井反风效果,锻炼与检验反风组织指挥管理人员、机电与通风技术人员、主要通风机司机等有关人员的基本技能以及通风设施反风性能的重要手段。因此,《煤矿安全规程》、《矿井反风技术规定》、《煤矿安全质量标准化标准及考核评级办法》等都做了“矿井每年应进行一次反风演习”的规定。

　　自然风压是由于进回风两侧空气柱质量不同而产生的压差。空气柱质量的大小又取决于空气柱的温度和高度。所以,只要存在标高差和气温差的井下连通巷道之间必然存在自然风压。当矿井自然风压的方向与主要通风机风压一致时,矿井自然风压帮助主要通风机通风;当矿井自然风压的方向与主要通风机风压不一致时,矿井自然风压就成为主要通风机的通风阻力,从而降低风机的通风能力。本文所述的“多风井多水平通风矿井”是指具有多个连通地表大气的通风井口和多个通风水平的矿山。这样的矿山不仅在整个矿井的总进风井口和总回风井口之间存在着整个矿井的综合自然风压,即矿井自然风压,而且在矿井内部的各个不同闭合风路中还存在着网孔自然风压,特别是不同通风井之间由于井口都直通地表大气而形成闭合的网孔,所以也存在着网孔自然风压。

　　1　问题的提出

　　笔者在某煤矿工作期间,因从事矿井通风与安全技术管理工作,参与了该矿的4次反风演习。从反风效果看,这4次反风演习虽然采用的都是同一反风方式和反风方法,而且反风系统也相差不大,但由于反风演习所处的季节不同,反风效果也有很大差异。尤其是在冬季的反风演习中,出现了某些主要巷道和井筒风流逆转(风流不能反向)的现象。

　　1.1矿井通风系统

　　该矿当时共有3个通风水平:总回风水平,标高-121m;一水平(生产水平),标高-310m;二水平(生产准备水平),标高-490m。共有3个进风井:副井和对角进风井,至一水平;新进(综合提升井),至二水平。共有2个回风井:中央边界回风井,至总回风水平;对角回风井,至一水平。通风方式为中央边界与中央对角混合抽出式,属于多风井多水平通风矿井,其通风系统如图1所示。

　　1.2矿井反风演习概况

　　该矿进行的这4次反风演习,均采用中央主要通风机单台反风的反风方式(停对角风机),反风方法都是利用风机反风道进行反风。4次反风演习时的地面大气温度、风机的反风压力,以及反风时井下主要井巷的风流状况如表1所示。

　　由上述反风演习看出,在春、秋季节(地面气温高于15℃),全矿主要井巷风流能够全部反向;在冬季(气温低于3℃),新井及二水平巷道风流不能实现反向。这就说明,在冬季一旦新井及其井底车场或二水平巷道发生火灾时,是不能采用上述反风方式和反风系统进行反风处理的。

　　2　原因及条件分析

　　由上述反风概况可知,该矿所进行的4次反风演习,其反风方式、反风方法和反风风机都是相同的,反风系统也是相近的,所不同的只是进行反风时所处的季节不同。第1次是在冬季,当时的地面大气温度为3.1℃;第2次是在春季,当时的地面大气温度为15.1℃;第3次和第四次是在初秋季节,当时的地面大气温度为20℃左右。这说明,该矿所进行的四次反风演习除当时的地面大气温度不同外,其他条件和相关因素都是相同的。

　　根据前文所述,任何矿井只要其内部相互连通的风路有标高差和气温差,就存在自然风压。而且,自然风压的大小是与井巷的标高差和其内部风流的气温差成正比的。因该矿所进行的4次反风演习采用的是同一反风系统,所有井巷的标高差在4次反风演习时是基本相同的。所以可以肯定,造成该矿不同季节反风效果不同的根本原因就是矿井自然风压,而且在冬季该矿井的自然风压较大且方向与反风主要通风机的反风风压方向相反,成为反风阻力,使反风主要通风机反风能力降低,导致新井及二水平巷道风流不能反向。下面就对该矿反风时部分井巷风流出现逆转的具体原因和条件做进一步分析。根据该矿反风系统和冬季反风状况,可划出如图2所示的

　　在网孔1—新井—2—3—副井—1中,其网孔自然风压(h网自)方向如图2所示,其关系式为:h网自=h1—副—3+h1—新—3,据此可得到该矿反风时新井及二水平巷道风流不能反向的关系式,即条件模型如下:

　　h网自>h1—新—3,h主反-h矿自外阻h网自/(h主反-h矿自)—新—3/h外阻

　　式中h网自———1—2—3—1网孔自然风压;h矿自———矿井自然风压;

　　h主反———矿井反风主要通风机反风风压;h外阻———1—2—3—1网孔外部的矿井通风阻力;

　　h1—副—3———1—副井—3风路的通风阻力;h1—新—3———1—新井—3风路的通风阻力。

　　在冬季,由于自然风压(h矿自、h网自)较大,加之仅利用中央主要通风机单独反风,能力较小,风压(h主反)较低,使上述条件得以满足,导致反风时其新井(1—2风路)和二水平巷道(2—3、2—9风路)风流不能反向。

　　3　对策建议

　　通过该矿的反风演习和分析可知,自然风压对像该矿这样的具有多风井多水平通风矿井的反风的影响是比较大和比较复杂的,不同季节因地面大气温度不同,自然风压对矿井反风的影响程度也不一样。比如,该矿一旦在冬季新井井底车场附近发生火灾,就绝对不能用前述反风方式和反风系统反风来处理火灾,否则将会造成失误,反而使事故扩大。

　　因此,根据该矿的反风演习结果和对反风出现不同结果的原因、条件分析,笔者对矿井反风提出以下建议。

　　3.1矿井反风演习

　　每年应安排在不同月份进行类似该矿通风系统和反风系统的矿井除按有关规定进行不同反风方式的反风演习外,对于一年四季地面大气温差较大的矿井,反风演习的时间每年还应安排在不同季节不同月份进行。只有这样才能确切地掌握不同季节自然风压对矿井反风的影响程度和矿井反风效果,以便为不同季节准确采取矿井火灾应变对策提供可靠依据。例如,该矿的反风演习实践只证明了利用上述反风方式和反风系统当地面气温在15℃以上时能实现全矿主要井巷风流反向;在3℃以下时新井及二水平巷道风流不能反向;但在地面气温为3~15℃的时期内矿井反风效果如何、能否实现全矿主要井巷风流反向则不能确定。

　　因此,如果把每年的矿井反风演习都安排在同一月份进行,其作用只能是检验反风设施效果和锻炼、检验矿井反风组织指挥能力和操作技能,而不能检验不同季节自然风压对矿井反风的影响程度。比如该矿,如果以后每年的矿井反风演习仍然安排在2月份、5月份或10月份进行,其指导意义就不如安排在其他月份进行更大,或者准确地说,应安排在地面气温为3~15℃的其他时期内进行更有意义。所以,对于煤矿企业,如果想通过矿井反风演习获取制定处理矿井火灾措施的依据,仅仅按《煤矿安全规程》、《矿井反风技术规定》和《矿井防火规范》等规定的“每年进行一次反风演习”是不够的还应依据当地一年四季地面大气温度的变化情况,合理安排矿井反风演习的时间。

　　3.2采用模拟计算法对矿井反风效果进行预测

　　由于矿井生产特点和经营管理的需要,矿山企业一般习惯于将反风演习安排在春节、“五一”和“十一”长假期间,以减少反风演习对生产和劳动组织管理的影响。此外,矿井反风是处理矿井火灾的通风措施,井下一旦发生火灾,其火灾烟流的气温会大大高于正常风流的气温,而矿井反风演习只是在正常井巷风流气温下进行的,可以推测这时的自然风压是远低于火灾发生时的自然风压的。所以,从这个意义说,仅用反风演习的反风结果作为制定处理矿井火灾技术措施的依据就有很大的局限性。鉴于此,笔者建议采用模拟计算法来预测反风效果。从原因、条件分析可知,对任何矿井依据其反风方式和反风系统都可以绘制出像该矿这样的反风系统网络图,进而建立与该矿相类似的数学模型,即h网自/(h主反-h矿自)>h1—新—3/h外阻从模型中不难看出,除自然风压与地面气温和井巷风流气温相关外,其他参数均可通过平时观测或专门进行通风测定获得,火灾烟流气温也有经验数据或通过试验获得。因此,可以任意假设矿井火灾发生的不同地点和不同时间(地表气温不同),运用该数学模型通过计算预测出相应的反风效果。运用该方法,还可以预测不同反风方式和不同反风系统的反风效果(这时的反风网络图和数学模型要随之改变)。在计算机技术高度发展和普及的今天,运用计算机进行这样的模拟计算是非常容易、方便和迅速的。所以,如果某矿进行反风演习的目的只是为了解反风效果,那么采用模拟计算法是最为合适的。

　　总之,各煤矿应按《煤矿安全规程》等安全法规的规定坚持做好每年一次的矿井反风演习,以达到检验反风设备设施效果和能力、锻炼和检验管理及技术人员组织指挥矿井反风和操作人员反风操作基本技能的目的;对于北方一年四季地面大气温差较大的煤矿,还应尽量将每年的反风演习安排在不同季节、不同月份进行。此外,还应在平时注意测取和积累相关的通风参数,采用模拟计算法,以达到预测不同时期、井下不同地点发生矿井火灾以及利用不同反风方式、不同反风系统反风效果的目的。