中職《煤礦通風(fēng)與安全》教學(xué)要點(diǎn)與分析

楊清順

中等職業(yè)學(xué)校《礦井通風(fēng)與安全》是中等職業(yè)學(xué)校一門重要的學(xué)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(diào)節(jié)礦內(nèi)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(dòng)生產(chǎn)率.中國(guó)礦山安全條例與安全規(guī)程規(guī)定：向井下供給新鮮風(fēng)量一般每人不得少于4m3/min，在采掘工作面進(jìn)風(fēng)風(fēng)流中，按體積計(jì)算，O2不得低于20%，CO2不得超過(guò)0.5%；此外對(duì)井下各處的空氣成分，風(fēng)速和氣溫，也都有相應(yīng)規(guī)定（見(jiàn)礦井熱害，礦內(nèi)空氣，礦塵，瓦斯）.

礦井通風(fēng)系統(tǒng)

礦井通風(fēng)方法，主要扇風(fēng)機(jī)工作方式，進(jìn)，回風(fēng)井的布置形式和通風(fēng)網(wǎng)路的總稱.它對(duì)全礦的通風(fēng)安全狀況具有全局性的影響，在擬定開(kāi)拓系統(tǒng)時(shí)要一并考慮.中國(guó)已應(yīng)用電子計(jì)算機(jī)優(yōu)選通風(fēng)系統(tǒng).礦井通風(fēng)方法有機(jī)械通風(fēng)和自然通風(fēng).中國(guó)于17世紀(jì)就有利用自然通風(fēng)和處理瓦斯的記載（見(jiàn)《天工開(kāi)物》）.產(chǎn)生礦井自然通風(fēng)的原因是礦井最低水平進(jìn)，回風(fēng)兩側(cè)靜止空氣柱單位面積上的壓力不同，其壓差即礦井自然風(fēng)壓，它主要由氣溫差引起.通常自然風(fēng)壓值較小，且不穩(wěn)定.機(jī)械通風(fēng)是目前中國(guó)礦井的主要通風(fēng)方法.日采1噸煤的煤礦供風(fēng)量達(dá)1m3/min以上；年產(chǎn)萬(wàn)噸礦石的金屬礦供風(fēng)量達(dá)1～2m3/s以上.

礦井扇風(fēng)機(jī)

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(fēng)機(jī)，簡(jiǎn)稱主扇；用于礦井某些分支風(fēng)路中調(diào)節(jié)風(fēng)量，幫助主扇工作的，叫輔助扇風(fēng)機(jī)，簡(jiǎn)稱輔扇；用于礦井局部地區(qū)（主要是獨(dú)頭掘進(jìn)井巷）通風(fēng)的，叫局部扇風(fēng)機(jī)，簡(jiǎn)稱局扇.主扇分離心式和軸流式兩類：

①離心式扇風(fēng)機(jī)，由動(dòng)輪，螺形機(jī)殼，吸風(fēng)管和擴(kuò)散器等組成，動(dòng)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(dāng)動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，空氣由吸風(fēng)管進(jìn)入動(dòng)輪的中心部分，折轉(zhuǎn)90.后，沿葉道甩入螺形機(jī)殼，再經(jīng)擴(kuò)散器流出.

②軸流式扇風(fēng)機(jī)，由裝有葉片的動(dòng)輪，圓筒形機(jī)殼，集風(fēng)器，整流器，流線體和擴(kuò)散器等組成.為提高風(fēng)壓，有的可安置兩段動(dòng)輪.當(dāng)動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，翼形葉片帶動(dòng)空氣沿軸向流動(dòng)，經(jīng)擴(kuò)散器排出.軸流式扇風(fēng)機(jī)葉片，以一定的安裝角安設(shè)在動(dòng)輪上，調(diào)整安裝角可改變風(fēng)機(jī)性能.離心式扇風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，噪聲小，穩(wěn)定工作范圍大，但風(fēng)量調(diào)節(jié)不便，必須用反風(fēng)道反風(fēng).軸流式扇風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)較緊湊，性能調(diào)節(jié)方便，調(diào)節(jié)范圍較大，可反轉(zhuǎn)反風(fēng)；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(yīng)用廣泛，但噪聲大.對(duì)旋式軸流局扇是由葉片扭曲方向相反的兩個(gè)動(dòng)輪構(gòu)成，分別由兩個(gè)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，旋轉(zhuǎn)方向相反，無(wú)整流葉片.這種局扇效率較高，噪聲較低.挖掘大斷面長(zhǎng)巷和開(kāi)鑿立井時(shí)，常用離心式局扇通風(fēng).

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(fēng).主扇安裝在回風(fēng)井口，自礦井向外抽風(fēng)，使整個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)處于比當(dāng)?shù)赝瑯?biāo)高大氣壓低的負(fù)壓狀態(tài)，各作業(yè)地點(diǎn)的污風(fēng)向回風(fēng)道集中排出；缺點(diǎn)是當(dāng)?shù)孛嫠輩^(qū)分布較廣，并和采空區(qū)相溝通時(shí)，會(huì)把塌陷區(qū)積存的有害氣體抽到井下，同時(shí)造成風(fēng)流短路，減少礦井有效風(fēng)量.②壓入式通風(fēng).主扇安裝在進(jìn)風(fēng)井口，向礦井內(nèi)壓風(fēng)，使整個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)處于比當(dāng)?shù)赝瑯?biāo)高大氣壓高的正壓狀態(tài)，一部分回風(fēng)能從塌陷區(qū)把有害氣體排到地面；缺點(diǎn)是須在進(jìn)風(fēng)段設(shè)置風(fēng)門，影響運(yùn)輸，漏風(fēng)較大，管理較難.③混合式通風(fēng).進(jìn)，回風(fēng)井口都裝有主扇，向礦內(nèi)壓風(fēng)并向外抽風(fēng).中國(guó)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(fēng)

借主扇，局扇或引射器的風(fēng)壓，用風(fēng)筒，風(fēng)墻，風(fēng)障等引導(dǎo)風(fēng)流設(shè)備，將新鮮風(fēng)流導(dǎo)入作業(yè)地點(diǎn)，稀釋和排出污風(fēng).主要用于井巷掘進(jìn).用主扇風(fēng)壓進(jìn)行局部通風(fēng)的方法，稱全風(fēng)壓通風(fēng)，安全可靠，管理較方便，但要有足夠的風(fēng)壓.局扇通風(fēng)是常用的掘進(jìn)通風(fēng)方法，有壓入式，抽出式和混合式三種.引射器通風(fēng)是在風(fēng)筒內(nèi)每隔適當(dāng)距離裝設(shè)若干噴嘴，引入壓氣或高壓水，從噴嘴射出，推動(dòng)風(fēng)流.

瓦斯礦井中，局扇一旦停轉(zhuǎn)，巷道將聚集瓦斯.當(dāng)再啟動(dòng)電氣設(shè)備時(shí)，可能由于設(shè)備的防爆性能不好，產(chǎn)生火花，引起瓦斯爆炸.應(yīng)將局扇開(kāi)關(guān)和其他電氣設(shè)備總開(kāi)關(guān)閉鎖，做到停風(fēng)即停電；送風(fēng)排瓦斯后，才給其他設(shè)備送電.

輔扇通風(fēng)

在風(fēng)量不足的分支風(fēng)路中，安設(shè)輔扇，以提高風(fēng)壓.保證風(fēng)量.輔扇調(diào)節(jié)法機(jī)動(dòng)靈活，簡(jiǎn)單易行，金屬礦中使用較多；但管理復(fù)雜.在瓦斯礦井中，必須慎重使用.輔扇通風(fēng)方式有帶風(fēng)墻和不帶風(fēng)墻兩種，后者適用于阻力較小的分支風(fēng)路.

進(jìn)、回風(fēng)井的布置形式

主要有中央式，對(duì)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(jìn)，回風(fēng)井大致并列于井田走向的中央.后者進(jìn)風(fēng)井位于井田走向的中央，而回風(fēng)井則位于井田淺部邊界走向的中央.對(duì)角式的進(jìn)風(fēng)井位于井田的中央（或兩翼），回風(fēng)井在兩翼（或中央）；或進(jìn)，回風(fēng)井分別位于井田兩翼（圖4）.混合式是中央式和對(duì)角式的組合形式.

中央式一般基建費(fèi)用少，投產(chǎn)快，地面建筑集中，便于管理，井筒延深方便，但風(fēng)路長(zhǎng)，漏風(fēng)大，風(fēng)阻大，電耗大.對(duì)角式風(fēng)路短，風(fēng)阻相對(duì)較小，電耗小，漏風(fēng)少。

通風(fēng)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(gòu)成復(fù)雜的通風(fēng)網(wǎng)路.①串聯(lián)，數(shù)條風(fēng)路首尾相聯(lián)，無(wú)分支風(fēng)路；②并聯(lián)，數(shù)條風(fēng)路，有共同的分，合節(jié)點(diǎn)，中間無(wú)交叉風(fēng)路；③角聯(lián)，并聯(lián)風(fēng)路中間有若干聯(lián)絡(luò)風(fēng)路（對(duì)角風(fēng)路）.并聯(lián)網(wǎng)路的優(yōu)點(diǎn)是總風(fēng)阻小，各分支風(fēng)路獨(dú)立，風(fēng)量易調(diào)節(jié)，通風(fēng)效果好.角聯(lián)網(wǎng)路的對(duì)角風(fēng)路風(fēng)流不穩(wěn)定，不易控制.在實(shí)際工作中，應(yīng)盡量采用并聯(lián)網(wǎng)路.通風(fēng)網(wǎng)路中各風(fēng)路的風(fēng)量，依風(fēng)量，風(fēng)壓平衡定律和阻力定律而自然分配.這些風(fēng)流運(yùn)動(dòng)基本定律是解算通風(fēng)網(wǎng)路和調(diào)節(jié)風(fēng)量的理論依據(jù).

礦井風(fēng)量計(jì)算

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

井巷通風(fēng)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(fēng)流互相摩擦以及氣流微團(tuán)間的干擾和摩擦而產(chǎn)生的阻力.局部阻力是風(fēng)流流經(jīng)井巷某些局部地點(diǎn)，因斷面擴(kuò)大或縮小，轉(zhuǎn)彎，分岔和堆積物堵塞等，改變風(fēng)速，流向而產(chǎn)生的阻力.井巷的通風(fēng)阻力h，無(wú)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(fēng)阻（kgf.s2/m3），Q是風(fēng)量（m3/s）.一個(gè)礦井的總風(fēng)阻有時(shí)還用通風(fēng)等積孔來(lái)表示，即用一個(gè)和風(fēng)阻值相當(dāng)?shù)募傧肟椎拿娣eA（0.38/垨m2），來(lái)衡量礦井通風(fēng)的難易程度.

礦井反風(fēng)

當(dāng)進(jìn)風(fēng)井或井底車場(chǎng)及其附近發(fā)生火災(zāi)或瓦斯，煤塵爆炸時(shí)，大量有害氣體隨風(fēng)流帶到各作業(yè)地點(diǎn)，危及人員安全.如能使風(fēng)流反向，即可避免這種危險(xiǎn)，故主扇均應(yīng)裝有反風(fēng)設(shè)施.方式有：①利用反風(fēng)道和改變反風(fēng)門位置反風(fēng)；②軸流式扇風(fēng)機(jī)還可用電動(dòng)機(jī)換相的方法，使扇風(fēng)機(jī)反轉(zhuǎn)反風(fēng)；③中國(guó)有的礦井用兩臺(tái)軸流式扇風(fēng)機(jī)并列，一臺(tái)備用，一臺(tái)作抽出式運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng)改變反風(fēng)門的位置后，即從大氣吸入空氣，再經(jīng)另一臺(tái)扇風(fēng)機(jī)的機(jī)體送入井下.

通風(fēng)安全檢測(cè)儀表 氣體的檢測(cè)

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

礦塵濃度和分散度的測(cè)定

①礦塵濃度，中國(guó)用重量濃度（mg/m3）表示，用濾膜計(jì)重法測(cè)定.在抽氣機(jī)作用下，使一定體積的含塵空氣通過(guò)濾膜，礦塵被阻留于濾膜上，根據(jù)濾膜的增重和通過(guò)的空氣量計(jì)算礦塵濃度.各國(guó)還研制了多種快速測(cè)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(cè)定；數(shù)量分散度可用顯微鏡觀測(cè)，也可用光電粒子計(jì)數(shù)器或粒譜儀測(cè)定.金屬礦山中普遍使用顯微鏡觀測(cè).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(jì)算塵粒的數(shù)量.此外，中國(guó)最近已研制成長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)采樣的采樣器，可測(cè)定一個(gè)工班環(huán)境和個(gè)體接觸粉塵的平均濃度.測(cè)定礦塵中游離二氧化硅的含量，可用焦磷酸化學(xué)分析法等.

風(fēng)速測(cè)量

主要用風(fēng)表測(cè)量.常用的有葉式風(fēng)表（圖5）和杯式風(fēng)表.前者測(cè)低速（0.1～5.0m/s）或中速（0.5～10m/s），后者測(cè)高速（1.0～20m/s）.當(dāng)風(fēng)流吹動(dòng)風(fēng)葉或風(fēng)杯時(shí)，帶動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使指針轉(zhuǎn)動(dòng).在一定時(shí)間內(nèi)，風(fēng)表指針前后指示數(shù)之差，經(jīng)校正計(jì)算，即得風(fēng)速.還可利用熱效應(yīng)元件在風(fēng)流中的熱損耗來(lái)測(cè)量風(fēng)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(yīng)元件，可測(cè)微風(fēng)速.

壓力測(cè)量

風(fēng)機(jī)房或硐室內(nèi)用水銀氣壓計(jì)測(cè)大氣壓.非固定地點(diǎn)的大氣壓用空盒氣壓計(jì)或精密氣壓計(jì)測(cè)量.測(cè)風(fēng)流的相對(duì)壓力或壓差可用皮托管和壓差計(jì).根據(jù)測(cè)量范圍和所需精度分別選用

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

空氣溫度和相對(duì)濕度測(cè)量 可用普通溫度計(jì)測(cè)氣溫，用手搖濕度計(jì)或通風(fēng)濕度計(jì)測(cè)相對(duì)濕度.

礦井通風(fēng)構(gòu)筑物 引導(dǎo)，遮斷風(fēng)流和控制風(fēng)量的設(shè)施，是礦井通風(fēng)系統(tǒng)中的重要設(shè)備.有：

風(fēng)橋 進(jìn)風(fēng)道和回風(fēng)道交叉處的構(gòu)筑物，隔開(kāi)新風(fēng)流和回風(fēng)流.主要風(fēng)橋用磚，石，混凝土等構(gòu)筑，或?qū)ｉT開(kāi)鑿繞道.

風(fēng)門

在既要隔斷風(fēng)流，又要行人或通車的地點(diǎn)，需設(shè)置風(fēng)門.在行人通車比較頻繁的主要運(yùn)輸?shù)郎?，?yīng)設(shè)置自動(dòng)連鎖風(fēng)門，利用各種動(dòng)力，自動(dòng)開(kāi)啟或關(guān)閉.中國(guó)的自動(dòng)風(fēng)門有撞桿式，電動(dòng)式，壓氣式，水壓式等.在需要調(diào)節(jié)風(fēng)量的風(fēng)道中，應(yīng)安設(shè)調(diào)節(jié)風(fēng)窗，可改變風(fēng)窗面積，調(diào)節(jié)風(fēng)量.

風(fēng)墻 在不允許風(fēng)流通過(guò)，也不需行人通車的巷道，應(yīng)設(shè)置風(fēng)墻（密閉墻），遮斷風(fēng)流.永久性擋風(fēng)墻須用磚石，混凝土等構(gòu)筑.

風(fēng)障 在獨(dú)頭巷道中引導(dǎo)風(fēng)流的設(shè)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(cè)，一側(cè)進(jìn)風(fēng)，一側(cè)回風(fēng).

發(fā)展趨勢(shì)

為加強(qiáng)通風(fēng)安全的技術(shù)管理，在礦井空氣成分，風(fēng)速及氣溫等條件的遙測(cè)和通風(fēng)設(shè)備，設(shè)施的遙控等方面的研究，取得很大進(jìn)展.目前中國(guó)可從地面集中監(jiān)視井下各作業(yè)點(diǎn)的CH4濃度和風(fēng)速，當(dāng)某處CH4超過(guò)規(guī)定濃度時(shí)，能自動(dòng)報(bào)警，并切斷電源.有的國(guó)家已研制成CH4，O2，CO，氣溫，風(fēng)速，風(fēng)壓等多參數(shù)遙測(cè)系統(tǒng)，用電子計(jì)算機(jī)處理遙測(cè)數(shù)據(jù)，還對(duì)主扇等設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)行監(jiān)控.

參考書(shū)目

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

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