楊清順

中等職業(yè)學校《礦井通風與安全》是中等職業(yè)學校一門重要的學科，向井下連續(xù)輸送新鮮空氣，稀釋并排出有毒，有害氣體和粉塵，調節(jié)礦內小氣候，創(chuàng)造良好的工作環(huán)境，保證礦工安全與健康，提高勞動生產(chǎn)率.中國礦山安全條例與安全規(guī)程規(guī)定：向井下供給新鮮風量一般每人不得少于4m3/min，在采掘工作面進風風流中，按體積計算，O2不得低于20%，CO2不得超過0.5%；此外對井下各處的空氣成分，風速和氣溫，也都有相應規(guī)定（見礦井熱害，礦內空氣，礦塵，瓦斯）.

礦井通風系統(tǒng)

礦井通風方法，主要扇風機工作方式，進，回風井的布置形式和通風網(wǎng)路的總稱.它對全礦的通風安全狀況具有全局性的影響，在擬定開拓系統(tǒng)時要一并考慮.中國已應用電子計算機優(yōu)選通風系統(tǒng).礦井通風方法有機械通風和自然通風.中國于17世紀就有利用自然通風和處理瓦斯的記載（見《天工開物》）.產(chǎn)生礦井自然通風的原因是礦井最低水平進，回風兩側靜止空氣柱單位面積上的壓力不同，其壓差即礦井自然風壓，它主要由氣溫差引起.通常自然風壓值較小，且不穩(wěn)定.機械通風是目前中國礦井的主要通風方法.日采1噸煤的煤礦供風量達1m3/min以上；年產(chǎn)萬噸礦石的金屬礦供風量達1～2m3/s以上.

礦井扇風機

按工作范圍分三種：用于全礦井或礦井某翼（區(qū)）的，叫主要扇風機，簡稱主扇；用于礦井某些分支風路中調節(jié)風量，幫助主扇工作的，叫輔助扇風機，簡稱輔扇；用于礦井局部地區(qū)（主要是獨頭掘進井巷）通風的，叫局部扇風機，簡稱局扇.主扇分離心式和軸流式兩類：

①離心式扇風機，由動輪，螺形機殼，吸風管和擴散器等組成，動輪又由固定在輪軸上的輪轂和其上的葉片組成（圖1）.葉片分前傾式，徑向式和后傾式三種，礦用離心式主扇多用后傾式.當動輪旋轉時，空氣由吸風管進入動輪的中心部分，折轉90.后，沿葉道甩入螺形機殼，再經(jīng)擴散器流出.

②軸流式扇風機，由裝有葉片的動輪，圓筒形機殼，集風器，整流器，流線體和擴散器等組成.為提高風壓，有的可安置兩段動輪.當動輪旋轉時，翼形葉片帶動空氣沿軸向流動，經(jīng)擴散器排出.軸流式扇風機葉片，以一定的安裝角安設在動輪上，調整安裝角可改變風機性能.離心式扇風機結構簡單，噪聲小，穩(wěn)定工作范圍大，但風量調節(jié)不便，必須用反風道反風.軸流式扇風機結構較緊湊，性能調節(jié)方便，調節(jié)范圍較大，可反轉反風；但噪聲大，穩(wěn)定工作范圍小.

局扇也有軸流式和離心式兩類.前者體積小，使用安裝方便，便于串聯(lián)，應用廣泛，但噪聲大.對旋式軸流局扇是由葉片扭曲方向相反的兩個動輪構成，分別由兩個電動機帶動，旋轉方向相反，無整流葉片.這種局扇效率較高，噪聲較低.挖掘大斷面長巷和開鑿立井時，常用離心式局扇通風.

主扇工作方式

有抽出式，壓入式和壓抽混合式三種.①抽出式通風.主扇安裝在回風井口，自礦井向外抽風，使整個通風系統(tǒng)處于比當?shù)赝瑯烁叽髿鈮旱偷呢搲籂顟B(tài)，各作業(yè)地點的污風向回風道集中排出；缺點是當?shù)孛嫠輩^(qū)分布較廣，并和采空區(qū)相溝通時，會把塌陷區(qū)積存的有害氣體抽到井下，同時造成風流短路，減少礦井有效風量.②壓入式通風.主扇安裝在進風井口，向礦井內壓風，使整個通風系統(tǒng)處于比當?shù)赝瑯烁叽髿鈮焊叩恼龎籂顟B(tài)，一部分回風能從塌陷區(qū)把有害氣體排到地面；缺點是須在進風段設置風門，影響運輸，漏風較大，管理較難.③混合式通風.進，回風井口都裝有主扇，向礦內壓風并向外抽風.中國規(guī)定煤礦主扇必須安裝在地面；金屬礦的主扇可以安裝在地面，也可安裝在井下.

局部通風

借主扇，局扇或引射器的風壓，用風筒，風墻，風障等引導風流設備，將新鮮風流導入作業(yè)地點，稀釋和排出污風.主要用于井巷掘進.用主扇風壓進行局部通風的方法，稱全風壓通風，安全可靠，管理較方便，但要有足夠的風壓.局扇通風是常用的掘進通風方法，有壓入式，抽出式和混合式三種.引射器通風是在風筒內每隔適當距離裝設若干噴嘴，引入壓氣或高壓水，從噴嘴射出，推動風流.

瓦斯礦井中，局扇一旦停轉，巷道將聚集瓦斯.當再啟動電氣設備時，可能由于設備的防爆性能不好，產(chǎn)生火花，引起瓦斯爆炸.應將局扇開關和其他電氣設備總開關閉鎖，做到停風即停電；送風排瓦斯后，才給其他設備送電.

輔扇通風

在風量不足的分支風路中，安設輔扇，以提高風壓.保證風量.輔扇調節(jié)法機動靈活，簡單易行，金屬礦中使用較多；但管理復雜.在瓦斯礦井中，必須慎重使用.輔扇通風方式有帶風墻和不帶風墻兩種，后者適用于阻力較小的分支風路.

進、回風井的布置形式

主要有中央式，對角式和混合式.中央式又分并列式和邊界式兩種（圖3）.前者進，回風井大致并列于井田走向的中央.后者進風井位于井田走向的中央，而回風井則位于井田淺部邊界走向的中央.對角式的進風井位于井田的中央（或兩翼），回風井在兩翼（或中央）；或進，回風井分別位于井田兩翼（圖4）.混合式是中央式和對角式的組合形式.

中央式一般基建費用少，投產(chǎn)快，地面建筑集中，便于管理，井筒延深方便，但風路長，漏風大，風阻大，電耗大.對角式風路短，風阻相對較小，電耗小，漏風少。

通風網(wǎng)路

礦井中常用串聯(lián)，并聯(lián)和角聯(lián)三種基本聯(lián)接形式，構成復雜的通風網(wǎng)路.①串聯(lián)，數(shù)條風路首尾相聯(lián)，無分支風路；②并聯(lián)，數(shù)條風路，有共同的分，合節(jié)點，中間無交叉風路；③角聯(lián)，并聯(lián)風路中間有若干聯(lián)絡風路（對角風路）.并聯(lián)網(wǎng)路的優(yōu)點是總風阻小，各分支風路獨立，風量易調節(jié)，通風效果好.角聯(lián)網(wǎng)路的對角風路風流不穩(wěn)定，不易控制.在實際工作中，應盡量采用并聯(lián)網(wǎng)路.通風網(wǎng)路中各風路的風量，依風量，風壓平衡定律和阻力定律而自然分配.這些風流運動基本定律是解算通風網(wǎng)路和調節(jié)風量的理論依據(jù).

礦井風量計算

根據(jù)礦井類型和規(guī)模不同，總風量從每分鐘幾百至幾萬立方米不等，各國計算風量都有各自的依據(jù).中國礦井確定總風量的根據(jù)是：人的額定風量，CH4或CO2的涌出量（煤礦），炸藥使用量，排塵風速，內燃機馬力數(shù)（金屬礦），并要保證作業(yè)地點有害氣體，風速和氣溫符合安全規(guī)程的規(guī)定.在含鈾，釷的礦井，還應保證井下空氣中氡及其子體的濃度符合規(guī)定.

井巷通風阻力主要有摩擦阻力和局部阻力.摩擦阻力是井巷周壁和風流互相摩擦以及氣流微團間的干擾和摩擦而產(chǎn)生的阻力.局部阻力是風流流經(jīng)井巷某些局部地點，因斷面擴大或縮小，轉彎，分岔和堆積物堵塞等，改變風速，流向而產(chǎn)生的阻力.井巷的通風阻力h，無論是摩擦阻力，局部阻力或二者兼有，一般均可用通式h=RQ2表示，R是井巷風阻（kgf.s2/m3），Q是風量（m3/s）.一個礦井的總風阻有時還用通風等積孔來表示，即用一個和風阻值相當?shù)募傧肟椎拿娣eA（0.38/垨m2），來衡量礦井通風的難易程度.

礦井反風

當進風井或井底車場及其附近發(fā)生火災或瓦斯，煤塵爆炸時，大量有害氣體隨風流帶到各作業(yè)地點，危及人員安全.如能使風流反向，即可避免這種危險，故主扇均應裝有反風設施.方式有：①利用反風道和改變反風門位置反風；②軸流式扇風機還可用電動機換相的方法，使扇風機反轉反風；③中國有的礦井用兩臺軸流式扇風機并列，一臺備用，一臺作抽出式運轉；當改變反風門的位置后，即從大氣吸入空氣，再經(jīng)另一臺扇風機的機體送入井下.

通風安全檢測儀表 氣體的檢測

可在井下取氣樣，在化驗室用氣體分析儀測定，也可在現(xiàn)場用檢定管直接測定.管內裝有不同的化學指示劑，以檢測各種有害氣體.當氣體通過檢定管后，根據(jù)指示劑變色的深淺或長度，確定氣體的濃度.檢測CH4可用光學，熱催化式或熱導式檢定器.光學甲烷檢定器根據(jù)光干涉原理制成，當充入含CH4的空氣時，光程差隨其濃度變化，干涉條紋移動，位移量大小即表示CH4濃度.火焰安全燈是最早的CH4檢測工具.根據(jù)火焰長度變化，判定CH4濃度，測定范圍在4～5%以下.在玻璃燈罩上部有兩層金屬紗網(wǎng)，當CH4在燈內燃燒或爆炸時，火焰不會竄出燈外；當空氣缺氧時，燈即熄滅，可兼作測氧工具.

礦塵濃度和分散度的測定

①礦塵濃度，中國用重量濃度（mg/m3）表示，用濾膜計重法測定.在抽氣機作用下，使一定體積的含塵空氣通過濾膜，礦塵被阻留于濾膜上，根據(jù)濾膜的增重和通過的空氣量計算礦塵濃度.各國還研制了多種快速測塵儀，如光電式，靜電式，光散射式，壓電晶體式和β射線式等，有的已被采用.②礦塵分散度，即粒度組成，分為重量分散度與數(shù)量分散度兩種.重量分散度多用沉降法測定；數(shù)量分散度可用顯微鏡觀測，也可用光電粒子計數(shù)器或粒譜儀測定.金屬礦山中普遍使用顯微鏡觀測.將采樣后的濾膜，放于瓷皿中，加少量醋酸丁酯溶劑，使濾膜溶解，塵粒均勻懸浮于溶液中，然后取一滴在載物玻璃片上制成樣品，在顯微鏡下按不同粒徑計算塵粒的數(shù)量.此外，中國最近已研制成長時間連續(xù)采樣的采樣器，可測定一個工班環(huán)境和個體接觸粉塵的平均濃度.測定礦塵中游離二氧化硅的含量，可用焦磷酸化學分析法等.

風速測量

主要用風表測量.常用的有葉式風表（圖5）和杯式風表.前者測低速（0.1～5.0m/s）或中速（0.5～10m/s），后者測高速（1.0～20m/s）.當風流吹動風葉或風杯時，帶動傳動機構使指針轉動.在一定時間內，風表指針前后指示數(shù)之差，經(jīng)校正計算，即得風速.還可利用熱效應元件在風流中的熱損耗來測量風速，分熱線式，熱球式和熱敏電阻式三種，分別用金屬絲，熱電偶和熱敏電阻作熱效應元件，可測微風速.

壓力測量

風機房或硐室內用水銀氣壓計測大氣壓.非固定地點的大氣壓用空盒氣壓計或精密氣壓計測量.測風流的相對壓力或壓差可用皮托管和壓差計.根據(jù)測量范圍和所需精度分別選用

U型壓差計，單管傾斜壓差計或補償式微壓計，后者用于精密測量（圖6），它有兩個盛水容器，由膠管連通，其一可沿測微螺桿上下移動，另一有光反射觀測裝置，最小分度值為0.01mmH2O.

空氣溫度和相對濕度測量 可用普通溫度計測氣溫，用手搖濕度計或通風濕度計測相對濕度.

礦井通風構筑物 引導，遮斷風流和控制風量的設施，是礦井通風系統(tǒng)中的重要設備.有：

風橋 進風道和回風道交叉處的構筑物，隔開新風流和回風流.主要風橋用磚，石，混凝土等構筑，或專門開鑿繞道.

風門

在既要隔斷風流，又要行人或通車的地點，需設置風門.在行人通車比較頻繁的主要運輸?shù)郎?，應設置自動連鎖風門，利用各種動力，自動開啟或關閉.中國的自動風門有撞桿式，電動式，壓氣式，水壓式等.在需要調節(jié)風量的風道中，應安設調節(jié)風窗，可改變風窗面積，調節(jié)風量.

風墻 在不允許風流通過，也不需行人通車的巷道，應設置風墻（密閉墻），遮斷風流.永久性擋風墻須用磚石，混凝土等構筑.

風障 在獨頭巷道中引導風流的設施，是用磚，木板或帆布，塑料布等做成的縱向隔墻，將巷道隔成兩側，一側進風，一側回風.

發(fā)展趨勢

為加強通風安全的技術管理，在礦井空氣成分，風速及氣溫等條件的遙測和通風設備，設施的遙控等方面的研究，取得很大進展.目前中國可從地面集中監(jiān)視井下各作業(yè)點的CH4濃度和風速，當某處CH4超過規(guī)定濃度時，能自動報警，并切斷電源.有的國家已研制成CH4，O2，CO，氣溫，風速，風壓等多參數(shù)遙測系統(tǒng)，用電子計算機處理遙測數(shù)據(jù)，還對主扇等設備的運轉，進行監(jiān)控.

參考書目

《煤礦通風與安全》編寫組：《煤礦通風與安全》，煤炭工業(yè)出版社，北京，1979.

東北工學院王英敏主編：《礦井通風與安全》，冶金工業(yè)出版社，北京，1979.