【文章內(nèi)容簡介】 采礦的歷史，水到渠成礦井通風也隨之產(chǎn)生。 2 礦井通風機類型 約在 1640 年，人們開始把進風和回風分開，以利用自然通風壓力進行礦井通風。為了加大通風壓力， 1650 年在回風路線上設置火筐， 1787 年又在回風路線上設置火爐，使回風風流加熱。 1745 年俄國科學家發(fā)表了空氣在礦井中流動的理論， 1764 年法國采礦工程發(fā)表了關(guān)于礦井自然通風的理 論，成為礦井通風史上奠基的兩篇論文。 1807 年風量約200m3/min，獸力活塞式空氣泵， 1849 年轉(zhuǎn)速約 95 轉(zhuǎn) /分，風量約 500m3/min 的蒸汽鐵質(zhì)離心式扇風機； 1898 年電力初型軸流式扇風機相繼投入使用。 20 世紀 40 年代，礦井已使用功率為約 1500kw 和 3000kw 的電力軸流式和離心式大型扇風機。 礦井通風的主要動力是通風機。通風機是礦井的肺臟。目前，用于礦井的主要有離心式和軸流式兩類通風機，以前全用離心式。由于軸流式通風機具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊、體積小、重量輕，而且其工作效率高，尤其是大型軸流式通風機，效 率可達 85％，三是有翼角調(diào)整裝備，便于機械性能調(diào)節(jié)或進行反風這些優(yōu)點，現(xiàn)在大部分礦井都采用軸流式通風機。礦井的通風系統(tǒng)可以看做是礦井通風的呼吸系統(tǒng)，其包括，向礦井各作業(yè)地點供給新鮮空氣、排除污濁空氣的進、回風井的布置方法，以及主要通風機的工作方法，通風網(wǎng)絡和風流的控制設施。 礦井通風系統(tǒng)研究現(xiàn)狀 目前，礦井通風系統(tǒng)按進、回風井在井田的位置不同，通風系統(tǒng)可分為中央式、對角式、區(qū)域式及混合式。各通風系統(tǒng)都有其優(yōu)缺點，利用各系統(tǒng)的優(yōu)點應用于不同的井田，不僅能保證井下通風安全，也有利井下正常生產(chǎn)。 中央 式通風系統(tǒng)又包括中央并列式和中央邊界式。前者適用于煤層傾角大、埋藏深、井田走向長度小于 4km，瓦斯與自然發(fā)火都不嚴重的礦井。冶金礦山當?shù)V脈走向不太長，或受地形地質(zhì)條件限制，在兩翼不宜開掘風井是使用。后者適用于煤層傾角較小，埋藏較淺，井田走向長度不大，瓦斯與自然發(fā)火比較嚴重的礦井。 對角式通風系統(tǒng)又包括兩翼和分區(qū)對角式。前者適用于煤層走向大于 4km，井型較大，瓦斯與自然發(fā)火嚴重的礦井；或低瓦斯礦井，煤層走向較長，產(chǎn)量較大的礦井。后者適用于煤層埋藏淺，或因地表高低起伏較大，無法開掘總回風巷的礦井。 區(qū)域式通風系 統(tǒng)，適用于井田面積大、儲量豐富或瓦斯含量大的礦井。其既可改善通風條件，又能利用風井準備采區(qū)，縮短建井工期。風流路線短，阻力小。漏風少，網(wǎng)路簡單，風流易于控制，便于主要通風機的選擇。不足點是其通風設備多，不便管理。 混合式通風系統(tǒng)，適用于井田范圍大，地質(zhì)和地面地形復雜；或產(chǎn)量大，瓦斯涌出量大的礦井。其優(yōu)點是回風井數(shù)量較多，通風能力大，布置較靈活，適應性強。 3 通風機的工作方式 礦井通風設計中，主要通風機的工作方式有三種：壓入式、抽出式、壓抽混合式。 壓入式：主要通風機安設在入風井口，在壓入式主要通風 機作用下，整個礦井通風系統(tǒng)處在高于當?shù)卮髿鈮籂顟B(tài)。在冒落裂隙通達地面時，壓入式通風礦井采區(qū)的有害氣體通過塌陷區(qū)向外漏出。當主要通風機因故停止運轉(zhuǎn)時，井下風流的壓力降低。采用壓入式通風時，須在礦井總進風路線上設置若干通風構(gòu)筑物，使通風管理困難，且漏風較大。 抽出式：主要通風機安裝在回風井口，在抽出式主要通風機的作用下，整個礦井通風系統(tǒng)處在低于當?shù)卮髿鈮旱呢搲籂顟B(tài)。當主要通風機因故停止運轉(zhuǎn)時，井下風流的壓力提高，較為安全。 壓抽混合式：在入風井口設一風機做壓入式工作，在回風井口設一風機做抽出式工作。通風系統(tǒng)的進 風部分處于正壓，回風部分處于負壓，工作面大致處于中間，其正壓或負壓均不大，采空區(qū)通連地表的漏風因而較小。 礦井通風系統(tǒng)的重要組成部分采區(qū)通風系統(tǒng)。它的合理與否不僅影響采區(qū)內(nèi)的風量分配，事故發(fā)生時的風流控制，生產(chǎn)的正常進行，而且嚴重影響礦井的通風質(zhì)量和安全狀況。 采煤工作面及掘進面通風方法 （ 1）采煤工作面通風方法 通風設計中采煤工作面的通風系統(tǒng)，由采煤工作面的瓦斯、溫度和煤層自燃發(fā)火等所確定的，目前通風設計，根據(jù)采煤工作面進回風巷道的布置方式和數(shù)量，可將工作面通風系統(tǒng)分為 U形與 Z形通風系統(tǒng)， Y形 、 W 形及雙 Z 形通風系統(tǒng)等類型。 ① U 形與 Z形通風系統(tǒng)。這種工作面通風系統(tǒng)只有一條進風巷道和一條回風巷道。目前我國普遍使用 U形后退式通風系統(tǒng)（如圖 所示）。其優(yōu)點結(jié)構(gòu)簡單，工作面進、回風巷要提前掘進，維護工作量大。前進式通風系統(tǒng)的維護工作量小，不存在采掘工作面串聯(lián)通風問題，在巷旁支護好、漏風不大時，有一定優(yōu)越性。采用前進式 U 形通風系統(tǒng)（如圖 所示）的工作面的采空區(qū)瓦斯不涌向工作面，而是涌向回風平巷。采用 Z 形后退式通風系統(tǒng)（如圖 所示）的工作面的采空區(qū)瓦斯不會涌入工作面，也是涌向回風巷，工作面采空區(qū) 回風側(cè)能用鉆孔抽放瓦斯，但進風側(cè)不能抽放瓦斯。 Z形前進式通風系統(tǒng)（如圖 所示）的工作面的進風側(cè)沿采空區(qū)可以抽放瓦斯，采空區(qū)的瓦斯易涌向工作面，特別是上隅角，回風側(cè)不能抽放瓦斯。 Z 形通風系統(tǒng)的采空區(qū)漏風，介于采用 U形后退式和 U 形前進式通風系統(tǒng)之間；該通風系統(tǒng)需沿空支戶巷道和控制經(jīng)過采空區(qū)的漏風，其難度較大 [3]。 4 圖 U形后退式 圖 U形前進式 圖 Z形后退式 圖 Z形前進式 ② Y 形、 W形及雙 Z形通風系統(tǒng)，這三種采煤工作面通風系統(tǒng)均為兩進一回或一進兩回的采煤工作面通風系統(tǒng)。據(jù)進風巷與回風巷的數(shù)量和位置的不同， Y形通風系統(tǒng)（如圖 所示）可以有多種不同的方式。生產(chǎn)實 際中應用較多的是回風側(cè)加入附加的新鮮風流，與工作面回風匯合后從采空區(qū)側(cè)流出。工作面采用 Y 形通風系統(tǒng)會使回風道風量加大，但上隅角及回風道德瓦斯不易超限，并可在上部進風道內(nèi)抽放瓦斯。后退式 W 形通風系統(tǒng)（如圖 所示），用于高瓦斯的長工作面或雙工作面。該系統(tǒng)的進回風平巷都布置在煤體中。 W形前進式通風系統(tǒng)的巷道維護在采空區(qū)內(nèi)，巷道維護困難，漏風大，采空區(qū)涌出的瓦斯量也大。雙 Z 形通風系統(tǒng)，其中間巷與上、下平巷分別在工作面的兩側(cè)。雙 Z形通風系統(tǒng)，其中間巷與上、下平巷分別在工作面的兩側(cè)。雙 Z 形前進通風系統(tǒng)（如圖 所 示）的上、下進風平巷維護在采空區(qū)時。漏風攜帶出的瓦斯可能會使工作面超限；雙 Z 形后退式通風系統(tǒng)（如圖 所示）的上、下入風平巷布置在煤體中，漏風攜帶出的瓦斯不進入工作面，工作面比較安全 [3]。 圖 Y形通風系統(tǒng) 圖 W形通風系統(tǒng) 5 圖 雙 Z前進式 圖 雙 Z后退式 ③在 H形通風系統(tǒng)中，兩進兩回的通風系統(tǒng)（如圖 所示），三進一回系統(tǒng)（如圖 所示），其特點是：工作面風量大，采空區(qū)瓦斯不涌向工作面，氣象條件好，增加了工作面的安全出口，工作面機電設備都在新鮮風流巷道中，通風阻力小，在采空區(qū)的回風巷道中可抽放瓦斯，易于控制上隅角的瓦斯 ，但沿空護巷困難，由于有附加巷道，可能影響通風的穩(wěn)定性，管理復雜。在工作面和采空區(qū)的瓦斯涌出量較大，在入風側(cè)和回風側(cè)都需增加風量以稀釋整個工作面的瓦斯，可考慮采用 H 形通風系統(tǒng) [3]。 圖 H形兩進兩回系統(tǒng) 圖 H形三進一回系統(tǒng) （ 2）掘進工作面通風方法 掘進通風方法有總風壓通風、引射器通風和局部通風機通風 3 種。局部通風機通風是我國礦井廣泛采用的一種掘進通風方法。 局部通風機通風 利用局部通風機做動力，通過風筒導風的通風方法稱局部通風機通風，它是目前局部通風最主要的方法。局部通風機的常用通風方式有壓入式、抽出式和混合式 [3]。 ①壓入式局部通風機及其附屬裝置安裝在離掘進巷道口 10m 以外的進風側(cè)，將新鮮風流流經(jīng)風筒輸送到掘進工作面，污風沿掘進巷道排出。如圖 所示。 6 掘進工作面 風筒 風機 圖 壓入式通風布置 ②抽出式局部通風機安裝在離掘 進巷道 10m 以外的回風側(cè)。新鮮風沿巷道流入，污風通過風筒由局部通風機抽出，如圖 所示。 局部通風機 風筒 = 掘進巷道 圖 抽出式通風布置 ③混合式通風是壓入式和抽出式兩種通風方式的聯(lián)合運用，兼有壓入式和抽出式兩者有點，其中壓入式向工作面供新風，抽出式從工作面排出污風。按局部通風機和風筒的布設位置，分為長壓短抽、長抽短壓和長抽長壓。按抽壓風筒口位置關(guān)系有前壓后抽和前抽后壓兩種方式。 長抽短壓（前壓后抽）。工作面的污風由壓入式風筒壓入的新風予以沖淡和稀釋，由抽出式 主風筒排出。其布置如圖 所示。 圖 長抽短壓通風方式 長壓短抽（前抽后壓）。新鮮風流經(jīng)壓入式長風筒送入工作面，工作面污風經(jīng)抽出式通風除塵系統(tǒng)凈化，被凈化后的風流沿巷道排出。其布置圖如圖 所示。 7 圖 長壓短抽通風方式 混合式通風的主要缺點是降低了壓入式與抽出式兩列風筒重疊段巷道內(nèi)的風量，當掘進巷道斷面大時風速就更小，則此段巷道頂板附近易形成瓦斯層狀積聚。因 此，兩臺風機之間的風量要合理匹配，以免發(fā)生循環(huán)風，并使風筒重疊段內(nèi)風速大于最低風速。 一般，混合式通風是大斷面長距離巖巷掘進通風的較好方式。 礦井全風壓通風 全風壓通風是利用礦井主要通風機的風壓，借助導風設施把主導風流的新鮮空氣引入掘進工作面。其通風量取決于可利用的風壓和風路風阻。按其導風設施不同可分為 [3]： ①風筒導風，在巷道內(nèi)設置擋風墻截斷主導風流，用風筒把新鮮風引入掘進面，污濁風從掘進巷道中排出。這種方法輔助工程小，風筒安裝、拆卸比較方便，通常用于需風量不大的短巷掘進通風中，如圖 所示。 風窗 風筒 密閉墻 圖 風筒導風 ②平行巷道導風，在掘進主巷道時，在附近與其平行掘一條配風巷，每隔一定距離在主、配巷間開掘聯(lián)絡巷，形成貫穿風，當新的聯(lián)絡巷溝通后，舊聯(lián)絡巷封閉。兩條平行巷道的獨頭部分可用風障或風筒導風，巷道的其余部分用主巷進風，配巷回風。這種方法常用于煤巷掘進，尤其是在厚煤層的采空巷掘進，和運輸、通風等需要開掘雙巷時。這種方法也常用于解決長巷掘進通風的困難，如圖 所示。 8 圖 平行巷道導風 ③鉆孔導風，離地面或領(lǐng)近水平較近處掘進長巷反眼或上山時，可用鉆孔提前溝通掘進巷道，以便形成貫穿風流。此種方法用于煤層上山掘進通風，有良好的排瓦斯效果，如圖 所示。 鉆孔 上山 圖 鉆孔導風 ④風障導風，在巷道內(nèi)設置縱向風障，把風障上游一側(cè)的新風引入掘進工作面，清洗后的污風從風障下游一側(cè)排出。在短巷掘進時，可用木板、帆布；長巷掘進，可用磚、石、混凝土材料構(gòu)筑風墻。此種方法工程量大。適用于短距離或無其他好方法可用時采用，如圖 所 示。 圖 風障導風 在主要通風機正常運轉(zhuǎn)，并有足夠的全風壓克服導風設施的阻力時，全風壓通風能連續(xù)供給掘進工作面所需風量，而無需附加通風動力，管理方便，但其工程量大，使用風障有礙運輸。因此在瓦斯涌出量大，使用通風設備不安全或技術(shù)不可行的局部地點，可以使用全風壓通風。如果全風壓通風在技術(shù)上不可行或經(jīng)濟上不合理，則必須借助專門的通風動力設備，對掘進工作面進行局部通風。 引射器通風，引射器產(chǎn)生的通風負 壓，通過風筒導風的通風方法。引射器通風一般采用壓入式，如圖 所示。 9 水管（風管） 引射器