礦井通風是煤礦安全生產的基礎，它不但具有向井下各用風地點輸送新鮮風流，保障井下作業人員呼吸的重要功能，同時，還肩負著稀釋、排除礦井瓦斯與粉塵以及作業區間的降溫等重任。目前井工煤礦用通風方法排放的瓦斯約占全礦井瓦斯量的80%——90%，采煤工作面涌出的瓦斯量的70%——80%也是靠通風方法排除；同時，通風方法可排除裝有抑塵裝置采煤工作面粉塵量的20%——30%；排除深井采煤工作面熱量的60%——70%。供給礦井的新鮮空氣的質量約是礦井采煤量的5~18倍，由此可見礦井通風在煤礦生產過程中的地位，是礦井中不可缺少的重要環節。合理的通風是抑制煤炭自然和火災發展的重要手段，但如果通風系統布置不合理或管理不當，將恰恰是導致瓦斯積聚和自然發火以及造成瓦斯、火災事故進一步擴大的主要原因。因此提高礦井的通風技術與管理水平是保證礦井正常生產和安全狀況的基本任務之一。

    撫順分院是從事礦山安全的大型科技企業，通風是其主導專業之一。對礦井的通風技術發展和科研工作非常重視，在礦井通風的基礎理論、通風工藝改革、通風的測試儀表和裝備方面均取得了較豐碩的科研成果。在礦井通風系統的改造方面做了大量的科研工作，提出了通風系統改造標準和方法，在我國首次將電子計算機應用到通風網絡解算中，使極其繁瑣和耗時的網絡解算工作變得既簡潔又準確。根據礦井通風的特點，研究和制定了新的供風標準和風量計算辦法。通過實驗證明研究，提出了礦井反風期間瓦斯涌出量、反風風量、反風風壓以及封閉區風的變化關系，對舊《規程》（1992年版以前的）原定的反風率規定作了修改，編制了較完善安全可靠的《反風條例》，對礦井反風工作具有實際指導意義。

    1礦井通風的基礎研究

    建院50年來，在分院老中青幾代科研工作者的共同努力下，在礦井通風的技術研究方面進行了大量的研究，建立了礦井通風網絡解算的數學模型，并在通風網絡解算中首次引入電子計算機，使復雜網絡解算的極其繁瑣的數學運算變得便捷。同時，提出了火災時期風流的非穩定流動狀態下的風流溫度、壓力、速度、密度等參數的變化規律及其相互關系，建立了相應的微分方程，首次實現了火災燃燒過程和非穩定過程的聯合解算，從而可以掌握火災時期風流非穩定過程的通風過程及其特性，為防災救災提供了科學依據。

    早期的網絡解算計算機程序采用ALGOL-60算法語言編寫，隨著計算機及其軟件技術的發展，我院先后又研究出FORTRAN、BASIC、QUICKBASIC、TRUBOC等不同語言的程序版本，目前隨著Windows操作系統風靡全球和計算機可視化技術發展，又研制出用于Windows3.X、Windows Me、Windows98、Windows2000及WindowsXP等操作系統下運行的通風網絡解算程序，在實現基本解算功能的基礎上，增加了實用參數查詢、單位換算等功能及可視化功能。

    2礦井通風實用技術研究

    2．1 礦井通風工藝及技術

    2．1．1 通風系統優化及礦井主要通風機的經濟運行

    礦井通風系統是由通風動力及裝置、通風井巷網絡、風流監測與控制設施等組成。其基本任務是利用通風動力，以最經濟的方式，向井下各用風地點提供足夠、優質的新鮮空氣，以保證井下作業人員的呼吸、安全和改善勞動環境的需要。此外，優良可靠的通風系統還能在井下發生災變時，有效、及時地控制風流及風量，并配合其他措施，防止事故擴大。

    通常，礦井通風系統在設計時往往是合理和可靠的，但在煤礦生產延伸、工作面搬遷、新采區的開拓接續工作后，由于通風系統的巷道聯結方式和，風量調節設施的變化，加上井巷和通風設施的年久失修，通風系統往往就失去了原來的優良性能，甚至還隱藏著重大的隱患，為此，研制了一整套生產礦井通風技術改造的方法，并制定了礦井通風系統優化評價的指標。

    隨著集約化生產和礦井向深部發展，采區和采煤工作面的絕對瓦斯涌出量劇增，要求采區和采煤工作面的通風能力迅速增大。對采區的通風系統布置方式進行了改革，提出了3條上山的布置方式，采區內建立了專用回風道，有利于采區內采掘工作面的獨立通風、提高采區的通風能力和風流的穩定性，為保證采區的局部反風和作業人員的安全脫險，提供了有利條件。在采煤工作面的通風布置方面，提出了U+L型方式（或稱尾巷布置方式），改變了采區流場分布，有效地防止了采煤工作面上隅角瓦斯積聚，加強了采空區瓦斯的排放。為了防止尾巷瓦斯超限，又提出和采用了Y型的通風布置方式，可單獨供風流直接稀釋采空區涌出的瓦斯。此外還有W型和Z型等布置方式，均取得了較理想的通風效果，大大地改善了采煤工作面的通風條件，保證了安全回采。

    礦井主要通風機是礦井通風的心臟，是礦井通風的主要動力。礦井主要通風機晝夜不停地運轉，而且功率也大，因此耗電量很高。據統計，全國大中型煤礦主要通風機的平均耗電量占全礦總耗電量的20%。所以，合理地選擇和使用主要通風機，實現主要通風機的經濟運行，不僅關系到礦井的安全生產，而且對提高礦井的經濟技術指標有著十分重大的意義。因此，主要通風機的經濟運行也是通風工作的重點之一。

    針對一些老、舊、雜風機的運行效率低、能耗大的現狀，撫順分院先后對陽泉三礦，開灤唐山礦、林西礦，沈陽彩屯礦以及龍口礦務局北皂煤礦，平頂山煤業集團十一礦，平莊煤業集團五家礦等20多個礦井的主要通風機運行情況作了較全面的調查與測試，找出了影響風機運行效率低的諸多原因。主要有：①運行的風機性能與礦井通風網絡特性不匹配，使風機的運行工況大都處于非高效區；②主要通風機選型不合理，有的礦井設計的風量與風壓偏大，致使主要通風機選型偏大、風機轉速偏高、電機容量偏大，形成主要通風機處于“大馬拉小車”的運行狀態，只能用閘門來控制工況，使風機長期處于低效率運行；③礦井通風系統布置不合理，在礦井開拓部署時，沒有很好地考慮礦井的通風能力，有時形成單翼生產的局面，而造成礦井通風阻力的增大，增大了風機能耗；④風機的加工質量和維護管理條件差，造成風機葉輪的徑向間隙大而不均勻、葉片和零件的銹蝕、前導器等殘缺，使風機性能達不到原設計要求。

    對全國煤礦的主要通風機運行情況作全面調查，在調研和改造實踐的基礎上，提出了一整套風機經濟運行的辦法，包括：①對老、舊風機進行多種方法的技術改造，如采取更換機芯和改造葉輪與葉片等方法，提高風機運行效率；②研制適用于我國煤礦低風壓高效區寬的新型風機；③研究離心式風機的調速裝置，包括可控硅調速、液力偶合器和變頻調速等裝置；④合理調整礦井通風系統，使生產達到均衡，使通風網絡與風機性能合理匹配，充分發揮通風機能力；⑤加強通風機及其附屬裝置的維護管理，使其保護良好的運行狀態，減少風硐、風機內部和擴散塔的阻力損失的風量漏損。提高了通風機運行的整體效率。

    2．1．2 制定了礦井供風標準和風量計算方法

     20世紀80年代前，我國一直沿用原蘇聯按礦井瓦斯等級確定噸煤供風標準的方法，但在應用過程中發現存在與礦井實際不符的問題。通過大量的現場調查和對通風目標的研究，提出了新的供風標準和計算方法。供風標準是以滿足作業人員的呼吸、稀釋和排除有害氣體使其達到規定濃度以及創造良好勞動氣候條件為目標的計算方法。新的計算方法是對采煤、掘進、硐室和其它用風地點分別按各種供風標準計算，并取其最大需要風量值，然后，由里向外計算各用風地點、采區和全礦的供風量。這種“實報實銷”的計算方法比較符合我國的實際情況，能滿足礦井各用風地點的風量要求，通風比較經濟可靠。該方法已被制定為煤炭行業標準——MT/T634-1996煤礦礦井風量計算方法。

    2．1．3 可控循環風通風技術

     礦井可控循環風技術是將采區回風流通過可控循環風機，經過凈化除塵、消音、監控等方法，使回風巷道中的一部分乏風再導入采區重新使用，以解決該采區通風能力不足的技術措施。可循環部分的風量大小按需進行控制。該項技術在20世紀80年代屬國內首創，填補了該項技術在國內的空白。通過在肥城局白莊煤礦7400和7600采區連續運行至采區結束，主要技術指標均達到了要求，其中循環風量為673m3/min,循環率為30.6%，7400采區風量由原來的1545 m3/min增加到2199 m3/min，7600采區的風量也增加了325 m3/min。這項技術的應用解決了該礦兩個采區供風量不足和生產接替緊張的困難。為了保障可控循環風的安全使用，安裝了可控循環風機、循環風道閉鎖風門、CH4和CO監測裝置等安全保障系統，保證了循環通風的安全運行。可控循環風在白莊礦的應用，取得了顯著的經濟效益。

    該成果1993年12月通過原煤炭部組織的技術鑒定，技術水平為國內領先。

    之后又在陜西省蒲白礦務局的馬村和開灤礦務局的唐家莊礦，也先后進行了可控循環通風的試驗應用，解決了其礦井通風能力不足的問題，取得了相當可觀的經濟效益。

    2．1．4 礦井反風技術

     20世紀80年代未，在原煤炭工業部的領導下，撫順分院和其它大專院校對各種類型礦井進行了大量的反風試驗，明確了全礦性反風、區域性反風和局部系統風流反向的應用條件；掌握了反風道反風、反轉反風和利用備用風機的無地道反風等多種反風方法。在實驗的基礎上，收集了大量的資料，探索了礦井反風期間的瓦斯涌量、反風風量、反風風壓以及封閉區內的變化關系，對舊《規程》（1992年版以前的）原定的反風率規定，作了理論和科學的分析，編制了較完善安全可靠的《反風條例》，并為新版的《規程》（1992年版）所采用，對更有效地進行礦井反風工作，具有實際指導意義。

    2．1．5 深化均壓通風技術，實現以風治火

    均壓通風技術就是使采區的主要漏風通道間的兩端風壓趨于相等，從而減少采空區的漏風，達到預防采空區自然發火的目的。我國于20世紀60年代開始在一些局礦運用這一項技術。根據采空區所處的位置及漏風情況，研究和運用了多種均壓方法，如均壓風門、均壓風機、均壓聯通管等多種均壓設施以及采取增加并聯分支、角聯風道等多種調節方法，均取得了較好的防滅火效果。以后，80年代進行了大面積推廣，在均壓的監測、漏風通道的檢查以及均壓自動控制等技術方面均有新的發展，使均壓通風技術日趨完善和深化，形成了一種獨立的、常規的防滅火工藝技術。

    2．1．6 礦井火災時期的風流控制技術

    一些事故的發生，常常會破壞原有的正常通風系統，擾亂風流，使事故產生的有毒有害氣體波及到其它區域而造成事故災區的擴大。因此，自上世紀80年代開始，對火災時期的風流特性進行了研究，對火災煙流有害氣體的產物、火災溫度的分布、火風壓的計算、火風壓對通風網絡的影響關系以及風流逆轉和逆退的條件等問題開展了實驗和理論研究，初步掌握了火災煙流在進巷中的蔓延特征，編制了一些計算軟件，并研制了火災時期救災輔助決策專家系統，為火災時期進行搶險救災、風流控制、減小災情提供了較為科學的依據和手段。

    通過對采空區火災事故歷史資料分析和處理經驗的總結，提出了控制風流的一些原則：根據上行和下行風流與火區位置的關系，控制火勢和火風壓保持原有通風系統和回風流的通暢，以防止瓦斯積聚和風流逆退的紊亂而引起事故的發生，可以進行周密計算分析，選取合理的風流控制措施。

    2．1．7 礦井火災時期計算機輔助救災指揮系統

    礦井的救災工作是件非常復雜的工作，有成功的經驗，也有失敗的教訓。因此為了在災害突然發生時，使救災指揮人員能保持清醒頭腦，科學地分析火災期間風流演變情況和充分利用過去專家的救災經驗，做出正確的決策，避免救災的失誤，國內外都曾開展過礦井火災救災專家系統的研究工作。撫順分院和撫順礦務局首先合作開展了此項研究，填補了我國該項技術的空白，屬國內首創，獲能源部科技進步三等獎。

    研制和建立救災專家系統的目的有2個：一是把各方面專家的救災成功經驗經歸納整理，按火災的不同性質、部位和處理方法，分別存儲到微機系統中，當礦井發生火災時可以迅速參考這些經驗，提供有針對性的決策意見；二是應用微機對礦井火災時期的風流狀態進行計算，對各種控制措施和救災方案進行分析，為救災指揮人員選擇救災方案提供科學依據。

    一個完備的救災指揮系統最基本的結構應由知識庫、推理機、數據庫、人機接口以及解釋程序等幾部分組成。其主要有以下6個方面的功能：

    （1） 系統可以計算正常生產狀態下的采區內部風量分配和瓦斯濃度分布。這些計算的結果可用作火災時期各種計算的基礎。

    （2） 系統根據火情報告，即可計算出火源點回風側的風溫和在火災狀態下采區內部的風量和瓦斯動態變化的。

    （3） 系統根據火災在采區的部位，可以有針對性地提示出已存儲在微機中的專家救災經驗，在屏幕上顯示出救災應變要點，供現場救災指揮人員參考使用。

    （4） 在高分辨率的大屏幕上及時地顯示出通風系統圖、通風和消防設施的布置、風量分配和瓦斯濃度的分布、火災煙流蔓延區域及其變化，以及避災路線和封閉火區引起的風流狀態的變化等。可以使現場指揮人員對火災狀態有一個直觀的和全面的了解，有利于快速作出正確決策。

    （5） 對于采取間接滅火需要封閉火區時，系統具有允許操作人員采用圖上作業方式的功能，提出多個可供選擇的封閉方案，并可對每個方案能否引起瓦斯爆炸作出判斷，計算出允許救災人員安全作業的撤退的時間，以便經分析和比較，從中選出最佳方案。

    （6） 系統可以協助救災指揮人員選擇災區和鄰近威脅區作業人員脫離火災的安全避災路線，并把選擇到的路線以圖形顯示和打印風道號的方式提示給救災指揮人員。

    火災救災專家系統的建立，將使救災工作由過去的經驗型向科學化轉變，使事故處理獲得最佳效果。

    2．1．8 礦井通風系統實時閉環監測、分析與決策控制系統

    通常，礦井通風系統從監測、分析到決策以及控制，這些環節都是相互脫節的。如監測系統對通風系統進行監測，然后技術人員再對通風系統的相關數據進行分析（必要時還要進行人工測定）和評價，找出不合理的因素，提出改造方案，最后再對通風系統進行調整和改造。這種從監測、分析到決策控制的開環過程，需要花費較長的時間，待作出通風系統調整或改造的決策后，可能原有的通風系統已經改變。監測系統所得到的資源不能得到及時的利用，這也是一種極大的浪費。

    礦井通風系統實時閉環監測、分析與決策控制系統正是出于此目的而研究的。它是將監測系統所得到的數據通過接口提供給通風系統可靠性、穩定性評價軟件模塊，軟件對通風系統進行分析評價，并作出調整決策，決策指令再通過接口返回監測系統，對井下通風設計進行遠程控制，實現從監測到分析再到決策乃至控制的閉環運行。

    目前該項目正處于攻關階段，屬國家“十五”科技攻關項目。

    2．2 礦井通風裝備研究

    2．2．1 可調前導葉的局部通風機

    我國煤礦掘進用的局部通風機大都是JBT系統通風機，是20世紀50年代仿蘇的老產品，效率偏低，其最高效率僅70%，實際應用時，大都低于50%，耗能很大，屬淘汰產品。為此，撫順分院根據高瓦斯長距離掘進工作面通風的要求，研制了KJZ-55型可調前導葉子午加速局部通風機。

    KJZ-55型可調前導葉子午加速局部通風機的結構簡單，部件少，由集流器、入口消聲段、前導流器、葉輪、后導流器和擴散器6部分組成。子午加速風機的特點是葉輪子午流道截面沿著流動方向逐漸減小，使氣流的子午速度逐漸增加，相應地減小了靜壓梯度，從而可以避免氣流過早地分離。同時，子午速度的增加可使氣流進、出口相對速度比值增大，減少二次流和端壁損失。因此具有全壓系數高、風量系數高、效率高和可調性好等優點。

    該風機額定風量為500 m3/min，額定風壓為4500Pa，全壓效率≥85%，噪聲 ≤85dB（A），工況調節可通過調整前導葉和雙速電機實現。

    2．2．2 礦井風速、風量自動測量儀

     撫順分院于“九五”期間研制了FC15-1型礦用風速自動測量儀和XDC防爆型巷道斷面激光測量儀，二者既可聯合工作又可單獨使用，完成巷道斷面積的測量和風速測量，并自動計算出巷道風量。FC15-1型礦用風速自動測量儀采用精密微壓差變送器作為壓力傳感元件，通過皮托管測定風流的速壓計算出風速。該儀器采用先進的單片機技術、I 2總線技術等，能實現測量、計算、存儲、通訊等功能，風速測量范圍：0.4~15m/s，測量誤差：2%，連續工作時間：8h。XDC防爆型巷道斷面激光測量儀采用半導體激光器為光源，波長0.62~0.67nm，它具有體積小、功耗低、發散角小、直觀可見的優點。在光路中采用旋轉式反光鏡，將可見光束掃描到巷道斷面上，實現被測定斷面漫反射信號的自動采取。測長范圍0.2~30m，面積測量范圍為6~30 m2，面積測量精度為：±0.25+0.05S(S為待測面積)。

    該套儀器為煤礦通風提供了較先進的風速、風量測量儀器，對提高礦井通風測量自動化程度具有重要意義，達到國內先進水平，填補了國內空白。

    2．2．3 礦井遠程控制自動風門

     風門是井下控制風流的主要通風建筑物，在井下大量使用。目前正在使用的風門絕大部分為手動風門，為防止風流短路，常常采用一根鋼絲繩將兩道門連接起來，實現風門的閉鎖，即打開了一道風門，另一道風門閉鎖不能再開啟，只有當第一道風門關閉后，才能打開下一道風門。隨著自動化程度的提高，特別是為適應礦井通風智能化、遠程自控化，風門的結構已經在向自動風門發展，以達到自動開啟與自動關閉的目的。常用的自動風門有撞桿式、水壓式和電動式等多種形式。

    為了救災的需要，實行遠距離控制風流，急需研制遠程遙控風門，即在地面或遠離災區的安全地帶遠程遙控風門的開啟與關閉。為此，國家科技部將自動風門的研制列為“十五”科技攻關的重要內容，撫順分院承擔了此項目的研制任務，重點對自動風門的可靠性、安全性以及遠程控制等方面進行攻關。為了確保風門開啟的可靠性，采用了氣缸驅動和自動撞車相結合的方式，確保在自動啟動失靈的情況下礦車能正常通過。車輛信號檢測采用了交通部門普遍采用的新技術——地感線圈，當金屬礦車從地感線圈上通過時，由于電磁感應產生了信號變化，并激發驅動電磁閥切換氣路打開風門。風門控制器將風門狀態的信號轉換成監測系統標準的開關量信號，與檢測系統分站進行接口，既可以并入監測系統使用，又可以單獨使用。

    該自動風門的研制，為礦井通風系統調控自動化提供了基礎的控制手段，對煤礦安全自動化、智能化具有深遠的意義。

    3 礦井通風工作今后的展望

    隨著礦井生產的發展和科學技術的進步，礦井的通風技術和裝備也將相應的發展。在通風裝備方面，將向大型化、高效率和自動化方面發展。一些新型、高效、大功率的通風機將逐漸替代老舊產品；一些新型的、功能齊全的和智能化的通風參數測量儀表將應用于日常的通風檢測工作；環境監測與監控系統將大范圍廣泛地應用于礦井的各個通風環節。這些新技術和新產品的應用，將進一步提高礦井通風的可靠性和運營的經濟性。

    在通風理論方面，現代的空氣動力學、熱力學和傳質理論將廣泛應用于井下風流非穩態流動方面的研究，為研究深礦井的風流特性、災變時空氣動力學和風流的實時控制提供理論依據；采空區內滲流理論的研究也將深入開展，為有效地控制采空區漏風，防止自然發火和提高瓦斯抽放效果提供依據；微機的科學化管理和自動化控制技術將進一步得到推廣應用。這些通風理論的突破及新技術、新工藝和新裝備的應用，必將徹底改善煤礦井下環境，使礦井通風更加安全可靠，更有效地保證礦井安全生產。