礦井通風(fēng)是煤礦安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)，它不但具有向井下各用風(fēng)地點(diǎn)輸送新鮮風(fēng)流，保障井下作業(yè)人員呼吸的重要功能，同時(shí)，還肩負(fù)著稀釋、排除礦井瓦斯與粉塵以及作業(yè)區(qū)間的降溫等重任。目前井工煤礦用通風(fēng)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(fēng)方法排除；同時(shí)，通風(fēng)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(zhì)量約是礦井采煤量的5~18倍，由此可見礦井通風(fēng)在煤礦生產(chǎn)過程中的地位，是礦井中不可缺少的重要環(huán)節(jié)。合理的通風(fēng)是抑制煤炭自然和火災(zāi)發(fā)展的重要手段，但如果通風(fēng)系統(tǒng)布置不合理或管理不當(dāng)，將恰恰是導(dǎo)致瓦斯積聚和自然發(fā)火以及造成瓦斯、火災(zāi)事故進(jìn)一步擴(kuò)大的主要原因。因此提高礦井的通風(fēng)技術(shù)與管理水平是保證礦井正常生產(chǎn)和安全狀況的基本任務(wù)之一。

撫順分院是從事礦山安全的大型科技企業(yè)，通風(fēng)是其主導(dǎo)專業(yè)之一。對(duì)礦井的通風(fēng)技術(shù)發(fā)展和科研工作非常重視，在礦井通風(fēng)的基礎(chǔ)理論、通風(fēng)工藝改革、通風(fēng)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(fēng)系統(tǒng)的改造方面做了大量的科研工作，提出了通風(fēng)系統(tǒng)改造標(biāo)準(zhǔn)和方法，在我國首次將電子計(jì)算機(jī)應(yīng)用到通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算中，使極其繁瑣和耗時(shí)的網(wǎng)絡(luò)解算工作變得既簡潔又準(zhǔn)確。根據(jù)礦井通風(fēng)的特點(diǎn)，研究和制定了新的供風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)和風(fēng)量計(jì)算辦法。通過實(shí)驗(yàn)證明研究，提出了礦井反風(fēng)期間瓦斯涌出量、反風(fēng)風(fēng)量、反風(fēng)風(fēng)壓以及封閉區(qū)風(fēng)的變化關(guān)系，對(duì)舊《規(guī)程》（1992年版以前的）原定的反風(fēng)率規(guī)定作了修改，編制了較完善安全可靠的《反風(fēng)條例》，對(duì)礦井反風(fēng)工作具有實(shí)際指導(dǎo)意義。

1礦井通風(fēng)的基礎(chǔ)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(fēng)的技術(shù)研究方面進(jìn)行了大量的研究，建立了礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算的數(shù)學(xué)模型，并在通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算中首次引入電子計(jì)算機(jī)，使復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)解算的極其繁瑣的數(shù)學(xué)運(yùn)算變得便捷。同時(shí)，提出了火災(zāi)時(shí)期風(fēng)流的非穩(wěn)定流動(dòng)狀態(tài)下的風(fēng)流溫度、壓力、速度、密度等參數(shù)的變化規(guī)律及其相互關(guān)系，建立了相應(yīng)的微分方程，首次實(shí)現(xiàn)了火災(zāi)燃燒過程和非穩(wěn)定過程的聯(lián)合解算，從而可以掌握火災(zāi)時(shí)期風(fēng)流非穩(wěn)定過程的通風(fēng)過程及其特性，為防災(zāi)救災(zāi)提供了科學(xué)依據(jù)。

早期的網(wǎng)絡(luò)解算計(jì)算機(jī)程序采用ALGOL-60算法語言編寫，隨著計(jì)算機(jī)及其軟件技術(shù)的發(fā)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(tǒng)風(fēng)靡全球和計(jì)算機(jī)可視化技術(shù)發(fā)展，又研制出用于Windows3.X、Windows Me、Windows98、Windows2000及WindowsXP等操作系統(tǒng)下運(yùn)行的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算程序，在實(shí)現(xiàn)基本解算功能的基礎(chǔ)上，增加了實(shí)用參數(shù)查詢、單位換算等功能及可視化功能。

2礦井通風(fēng)實(shí)用技術(shù)研究

2．1 礦井通風(fēng)工藝及技術(shù)

2．1．1 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化及礦井主要通風(fēng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

礦井通風(fēng)系統(tǒng)是由通風(fēng)動(dòng)力及裝置、通風(fēng)井巷網(wǎng)絡(luò)、風(fēng)流監(jiān)測與控制設(shè)施等組成。其基本任務(wù)是利用通風(fēng)動(dòng)力，以最經(jīng)濟(jì)的方式，向井下各用風(fēng)地點(diǎn)提供足夠、優(yōu)質(zhì)的新鮮空氣，以保證井下作業(yè)人員的呼吸、安全和改善勞動(dòng)環(huán)境的需要。此外，優(yōu)良可靠的通風(fēng)系統(tǒng)還能在井下發(fā)生災(zāi)變時(shí)，有效、及時(shí)地控制風(fēng)流及風(fēng)量，并配合其他措施，防止事故擴(kuò)大。

通常，礦井通風(fēng)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)往往是合理和可靠的，但在煤礦生產(chǎn)延伸、工作面搬遷、新采區(qū)的開拓接續(xù)工作后，由于通風(fēng)系統(tǒng)的巷道聯(lián)結(jié)方式和，風(fēng)量調(diào)節(jié)設(shè)施的變化，加上井巷和通風(fēng)設(shè)施的年久失修，通風(fēng)系統(tǒng)往往就失去了原來的優(yōu)良性能，甚至還隱藏著重大的隱患，為此，研制了一整套生產(chǎn)礦井通風(fēng)技術(shù)改造的方法，并制定了礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化評(píng)價(jià)的指標(biāo)。

隨著集約化生產(chǎn)和礦井向深部發(fā)展，采區(qū)和采煤工作面的絕對(duì)瓦斯涌出量劇增，要求采區(qū)和采煤工作面的通風(fēng)能力迅速增大。對(duì)采區(qū)的通風(fēng)系統(tǒng)布置方式進(jìn)行了改革，提出了3條上山的布置方式，采區(qū)內(nèi)建立了專用回風(fēng)道，有利于采區(qū)內(nèi)采掘工作面的獨(dú)立通風(fēng)、提高采區(qū)的通風(fēng)能力和風(fēng)流的穩(wěn)定性，為保證采區(qū)的局部反風(fēng)和作業(yè)人員的安全脫險(xiǎn)，提供了有利條件。在采煤工作面的通風(fēng)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(qū)流場分布，有效地防止了采煤工作面上隅角瓦斯積聚，加強(qiáng)了采空區(qū)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(fēng)布置方式，可單獨(dú)供風(fēng)流直接稀釋采空區(qū)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(fēng)效果，大大地改善了采煤工作面的通風(fēng)條件，保證了安全回采。

礦井主要通風(fēng)機(jī)是礦井通風(fēng)的心臟，是礦井通風(fēng)的主要?jiǎng)恿?。礦井主要通風(fēng)機(jī)晝夜不停地運(yùn)轉(zhuǎn)，而且功率也大，因此耗電量很高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國大中型煤礦主要通風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)主要通風(fēng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，不僅關(guān)系到礦井的安全生產(chǎn)，而且對(duì)提高礦井的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)有著十分重大的意義。因此，主要通風(fēng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行也是通風(fēng)工作的重點(diǎn)之一。

針對(duì)一些老、舊、雜風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率低、能耗大的現(xiàn)狀，撫順分院先后對(duì)陽泉三礦，開灤唐山礦、林西礦，沈陽彩屯礦以及龍口礦務(wù)局北皂煤礦，平頂山煤業(yè)集團(tuán)十一礦，平莊煤業(yè)集團(tuán)五家礦等20多個(gè)礦井的主要通風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況作了較全面的調(diào)查與測試，找出了影響風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率低的諸多原因。主要有：①運(yùn)行的風(fēng)機(jī)性能與礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)特性不匹配，使風(fēng)機(jī)的運(yùn)行工況大都處于非高效區(qū)；②主要通風(fēng)機(jī)選型不合理，有的礦井設(shè)計(jì)的風(fēng)量與風(fēng)壓偏大，致使主要通風(fēng)機(jī)選型偏大、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速偏高、電機(jī)容量偏大，形成主要通風(fēng)機(jī)處于“大馬拉小車”的運(yùn)行狀態(tài)，只能用閘門來控制工況，使風(fēng)機(jī)長期處于低效率運(yùn)行；③礦井通風(fēng)系統(tǒng)布置不合理，在礦井開拓部署時(shí)，沒有很好地考慮礦井的通風(fēng)能力，有時(shí)形成單翼生產(chǎn)的局面，而造成礦井通風(fēng)阻力的增大，增大了風(fēng)機(jī)能耗；④風(fēng)機(jī)的加工質(zhì)量和維護(hù)管理?xiàng)l件差，造成風(fēng)機(jī)葉輪的徑向間隙大而不均勻、葉片和零件的銹蝕、前導(dǎo)器等殘缺，使風(fēng)機(jī)性能達(dá)不到原設(shè)計(jì)要求。

對(duì)全國煤礦的主要通風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況作全面調(diào)查，在調(diào)研和改造實(shí)踐的基礎(chǔ)上，提出了一整套風(fēng)機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的辦法，包括：①對(duì)老、舊風(fēng)機(jī)進(jìn)行多種方法的技術(shù)改造，如采取更換機(jī)芯和改造葉輪與葉片等方法，提高風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率；②研制適用于我國煤礦低風(fēng)壓高效區(qū)寬的新型風(fēng)機(jī)；③研究離心式風(fēng)機(jī)的調(diào)速裝置，包括可控硅調(diào)速、液力偶合器和變頻調(diào)速等裝置；④合理調(diào)整礦井通風(fēng)系統(tǒng)，使生產(chǎn)達(dá)到均衡，使通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)與風(fēng)機(jī)性能合理匹配，充分發(fā)揮通風(fēng)機(jī)能力；⑤加強(qiáng)通風(fēng)機(jī)及其附屬裝置的維護(hù)管理，使其保護(hù)良好的運(yùn)行狀態(tài)，減少風(fēng)硐、風(fēng)機(jī)內(nèi)部和擴(kuò)散塔的阻力損失的風(fēng)量漏損。提高了通風(fēng)機(jī)運(yùn)行的整體效率。

2．1．2 制定了礦井供風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)和風(fēng)量計(jì)算方法

20世紀(jì)80年代前，我國一直沿用原蘇聯(lián)按礦井瓦斯等級(jí)確定噸煤供風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)的方法，但在應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)存在與礦井實(shí)際不符的問題。通過大量的現(xiàn)場調(diào)查和對(duì)通風(fēng)目標(biāo)的研究，提出了新的供風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)和計(jì)算方法。供風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)是以滿足作業(yè)人員的呼吸、稀釋和排除有害氣體使其達(dá)到規(guī)定濃度以及創(chuàng)造良好勞動(dòng)氣候條件為目標(biāo)的計(jì)算方法。新的計(jì)算方法是對(duì)采煤、掘進(jìn)、硐室和其它用風(fēng)地點(diǎn)分別按各種供風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，并取其最大需要風(fēng)量值，然后，由里向外計(jì)算各用風(fēng)地點(diǎn)、采區(qū)和全礦的供風(fēng)量。這種“實(shí)報(bào)實(shí)銷”的計(jì)算方法比較符合我國的實(shí)際情況，能滿足礦井各用風(fēng)地點(diǎn)的風(fēng)量要求，通風(fēng)比較經(jīng)濟(jì)可靠。該方法已被制定為煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)——MT/T634-1996煤礦礦井風(fēng)量計(jì)算方法。

2．1．3 可控循環(huán)風(fēng)通風(fēng)技術(shù)

礦井可控循環(huán)風(fēng)技術(shù)是將采區(qū)回風(fēng)流通過可控循環(huán)風(fēng)機(jī)，經(jīng)過凈化除塵、消音、監(jiān)控等方法，使回風(fēng)巷道中的一部分乏風(fēng)再導(dǎo)入采區(qū)重新使用，以解決該采區(qū)通風(fēng)能力不足的技術(shù)措施?？裳h(huán)部分的風(fēng)量大小按需進(jìn)行控制。該項(xiàng)技術(shù)在20世紀(jì)80年代屬國內(nèi)首創(chuàng)，填補(bǔ)了該項(xiàng)技術(shù)在國內(nèi)的空白。通過在肥城局白莊煤礦7400和7600采區(qū)連續(xù)運(yùn)行至采區(qū)結(jié)束，主要技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到了要求，其中循環(huán)風(fēng)量為673m³/min,循環(huán)率為30.6%，7400采區(qū)風(fēng)量由原來的1545 m³/min增加到2199 m³/min，7600采區(qū)的風(fēng)量也增加了325 m³/min。這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用解決了該礦兩個(gè)采區(qū)供風(fēng)量不足和生產(chǎn)接替緊張的困難。為了保障可控循環(huán)風(fēng)的安全使用，安裝了可控循環(huán)風(fēng)機(jī)、循環(huán)風(fēng)道閉鎖風(fēng)門、CH₄和CO監(jiān)測裝置等安全保障系統(tǒng)，保證了循環(huán)通風(fēng)的安全運(yùn)行。可控循環(huán)風(fēng)在白莊礦的應(yīng)用，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

該成果1993年12月通過原煤炭部組織的技術(shù)鑒定，技術(shù)水平為國內(nèi)領(lǐng)先。

之后又在陜西省蒲白礦務(wù)局的馬村和開灤礦務(wù)局的唐家莊礦，也先后進(jìn)行了可控循環(huán)通風(fēng)的試驗(yàn)應(yīng)用，解決了其礦井通風(fēng)能力不足的問題，取得了相當(dāng)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

2．1．4 礦井反風(fēng)技術(shù)

20世紀(jì)80年代未，在原煤炭工業(yè)部的領(lǐng)導(dǎo)下，撫順分院和其它大專院校對(duì)各種類型礦井進(jìn)行了大量的反風(fēng)試驗(yàn)，明確了全礦性反風(fēng)、區(qū)域性反風(fēng)和局部系統(tǒng)風(fēng)流反向的應(yīng)用條件；掌握了反風(fēng)道反風(fēng)、反轉(zhuǎn)反風(fēng)和利用備用風(fēng)機(jī)的無地道反風(fēng)等多種反風(fēng)方法。在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，收集了大量的資料，探索了礦井反風(fēng)期間的瓦斯涌量、反風(fēng)風(fēng)量、反風(fēng)風(fēng)壓以及封閉區(qū)內(nèi)的變化關(guān)系，對(duì)舊《規(guī)程》（1992年版以前的）原定的反風(fēng)率規(guī)定，作了理論和科學(xué)的分析，編制了較完善安全可靠的《反風(fēng)條例》，并為新版的《規(guī)程》（1992年版）所采用，對(duì)更有效地進(jìn)行礦井反風(fēng)工作，具有實(shí)際指導(dǎo)意義。

2．1．5 深化均壓通風(fēng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)以風(fēng)治火

均壓通風(fēng)技術(shù)就是使采區(qū)的主要漏風(fēng)通道間的兩端風(fēng)壓趨于相等，從而減少采空區(qū)的漏風(fēng)，達(dá)到預(yù)防采空區(qū)自然發(fā)火的目的。我國于20世紀(jì)60年代開始在一些局礦運(yùn)用這一項(xiàng)技術(shù)。根據(jù)采空區(qū)所處的位置及漏風(fēng)情況，研究和運(yùn)用了多種均壓方法，如均壓風(fēng)門、均壓風(fēng)機(jī)、均壓聯(lián)通管等多種均壓設(shè)施以及采取增加并聯(lián)分支、角聯(lián)風(fēng)道等多種調(diào)節(jié)方法，均取得了較好的防滅火效果。以后，80年代進(jìn)行了大面積推廣，在均壓的監(jiān)測、漏風(fēng)通道的檢查以及均壓自動(dòng)控制等技術(shù)方面均有新的發(fā)展，使均壓通風(fēng)技術(shù)日趨完善和深化，形成了一種獨(dú)立的、常規(guī)的防滅火工藝技術(shù)。

2．1．6 礦井火災(zāi)時(shí)期的風(fēng)流控制技術(shù)

一些事故的發(fā)生，常常會(huì)破壞原有的正常通風(fēng)系統(tǒng)，擾亂風(fēng)流，使事故產(chǎn)生的有毒有害氣體波及到其它區(qū)域而造成事故災(zāi)區(qū)的擴(kuò)大。因此，自上世紀(jì)80年代開始，對(duì)火災(zāi)時(shí)期的風(fēng)流特性進(jìn)行了研究，對(duì)火災(zāi)煙流有害氣體的產(chǎn)物、火災(zāi)溫度的分布、火風(fēng)壓的計(jì)算、火風(fēng)壓對(duì)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的影響關(guān)系以及風(fēng)流逆轉(zhuǎn)和逆退的條件等問題開展了實(shí)驗(yàn)和理論研究，初步掌握了火災(zāi)煙流在進(jìn)巷中的蔓延特征，編制了一些計(jì)算軟件，并研制了火災(zāi)時(shí)期救災(zāi)輔助決策專家系統(tǒng)，為火災(zāi)時(shí)期進(jìn)行搶險(xiǎn)救災(zāi)、風(fēng)流控制、減小災(zāi)情提供了較為科學(xué)的依據(jù)和手段。

通過對(duì)采空區(qū)火災(zāi)事故歷史資料分析和處理經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，提出了控制風(fēng)流的一些原則：根據(jù)上行和下行風(fēng)流與火區(qū)位置的關(guān)系，控制火勢和火風(fēng)壓保持原有通風(fēng)系統(tǒng)和回風(fēng)流的通暢，以防止瓦斯積聚和風(fēng)流逆退的紊亂而引起事故的發(fā)生，可以進(jìn)行周密計(jì)算分析，選取合理的風(fēng)流控制措施。

2．1．7 礦井火災(zāi)時(shí)期計(jì)算機(jī)輔助救災(zāi)指揮系統(tǒng)

礦井的救災(zāi)工作是件非常復(fù)雜的工作，有成功的經(jīng)驗(yàn)，也有失敗的教訓(xùn)。因此為了在