礦井通風(fēng)與機械通風(fēng)系統

礦井通風(fēng)
在冶金工業(yè)出版社1999年版的《中國冶金百科全書(shū)(采礦卷)》中，礦井通風(fēng)指在機械或自然的動(dòng)力作用下，將地面的新鮮空氣連續地供給礦井作業(yè)地點(diǎn)，稀釋并排出有毒、有害氣體和粉塵，調節礦內氣候條件，創(chuàng )造安全舒適工作環(huán)境的一門(mén)工程技術(shù)。
采用自然動(dòng)力的通風(fēng)又叫自然通風(fēng)，系指在自然風(fēng)壓作用下風(fēng)流不斷流過(guò)礦井形成自然通風(fēng)的過(guò)程。風(fēng)流流過(guò)井巷時(shí)與巖礦發(fā)生熱交換，使得進(jìn)、回風(fēng)井里的氣溫出現差異，回風(fēng)井里的空氣重率比進(jìn)風(fēng)井里的空氣重率小，因而兩個(gè)井筒底部的空氣壓力不相等，其壓差稱(chēng)為自然風(fēng)壓。
采用機械動(dòng)力的通風(fēng)又叫機械通風(fēng)。國外自19世紀中葉開(kāi)始采用機械通風(fēng)，我國則自20世紀50年代開(kāi)始進(jìn)行礦井機械通風(fēng)的理論與應用研究，現代礦井多采用機械通風(fēng)。
礦井機械通風(fēng)系統
礦井機械通風(fēng)系統系指礦井供、排風(fēng)設備設施體系，包括礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò )、通風(fēng)動(dòng)力設備、礦井通風(fēng)構筑物和其他通風(fēng)控制設施。
礦井完善的機械通風(fēng)系統必須具備以下3個(gè)要素：
1.至少要有可靠的進(jìn)風(fēng)井和回風(fēng)井各1個(gè)；
2.采用機械動(dòng)力，即風(fēng)機；
3.在整個(gè)礦井形成貫穿風(fēng)流。
礦井機械通風(fēng)系統，按進(jìn)風(fēng)井與回風(fēng)井在井田范圍內的布置方式不同，分為中央式通風(fēng)系統、對角式通風(fēng)系統和中央對角混合式通風(fēng)系統；按主扇的工作方式不同，分為壓入式通風(fēng)、抽出式通風(fēng)和壓抽混合式通風(fēng)。
非煤地下礦山機械通風(fēng)存在的問(wèn)題
1.許多非煤礦山企業(yè)，尤其是小型非煤礦山企業(yè)未建立機械通風(fēng)系統，主要依靠自然通風(fēng)，無(wú)法確保礦井通風(fēng)安全。
2.即使建有機械通風(fēng)系統的礦山企業(yè)，也只是為了應付安全監管部門(mén)的檢查，很少投入運行。加之礦山企業(yè)長(cháng)時(shí)間不對機械通風(fēng)系統進(jìn)行必要的維護和保養，使得機械通風(fēng)系統無(wú)法投入運行。
3.一些大中型礦山，由于同時(shí)作業(yè)的作業(yè)面較多，通風(fēng)系統的通風(fēng)效率不能滿(mǎn)足生產(chǎn)需要，加之在掘進(jìn)獨頭巷道與天井、溜井時(shí)，未加強局部通風(fēng)，致使炮煙中毒事故時(shí)有發(fā)生。
4.絕大多數礦山企業(yè)未按規定對礦井通風(fēng)質(zhì)量進(jìn)行檢測，礦井風(fēng)量、風(fēng)速和作業(yè)場(chǎng)所空氣質(zhì)量長(cháng)期不符合安全規程，嚴重威脅井下作業(yè)人員的安全與健康。

礦井建立機械通風(fēng)系統的必要性

通風(fēng)問(wèn)題是炮煙中毒事故的主因
據初步統計，2006年發(fā)生非煤礦山3人以上重特大事故共74起，死亡311人，其中地下礦山(含勘探井)炮煙中毒事故22起、死亡76人，分別占非煤礦山重特大事故的28%和24%。而這些炮煙中毒事故中，沒(méi)有建立機械通風(fēng)系統、通風(fēng)設施不完善、未進(jìn)行強制機械通風(fēng)或強制通風(fēng)不充分是導致事故發(fā)生的主要原因。如2006年12月份發(fā)生在云南瀾滄鉛礦有限公司江城松山林鉛鋅礦、內蒙古群龍實(shí)業(yè)有限公司、貴州金鑫礦業(yè)有限公司亂巖塘汞礦、云南元陽(yáng)縣黃金公司、甘肅陽(yáng)山金礦的炮煙中毒事故，均是由于未啟用通風(fēng)設備，在自然通風(fēng)的條件下造成的。
自然通風(fēng)存在明顯缺陷
自然通風(fēng)受季節變化影響較大，主要表現為：
1.風(fēng)量不穩定。春秋季節進(jìn)、回風(fēng)井溫差較小，自然風(fēng)壓較小，通風(fēng)效果較差，甚至會(huì )出現零風(fēng)量的情況。
2.風(fēng)流方向不穩定。夏冬季節風(fēng)流方向相反，春秋季節自然風(fēng)壓較小，風(fēng)流方向不穩定。
3.在自然通風(fēng)的情況下，礦井不能實(shí)施強制反風(fēng)，不利于礦井火災、有毒有害氣體擴散蔓延的控制。
2004年11月20日，造成70人死亡，直接經(jīng)濟損失600余萬(wàn)元的河北邢臺沙河市李生文鐵礦井下火災事故，其擴大的主要原因之一便是沒(méi)有獨立完善的通風(fēng)系統，5個(gè)礦山井下相互之間由廢棄的老巷道及未經(jīng)處理的采空區連接，甚至各礦之間的平巷直接相連，加之所有的礦山均采用自然通風(fēng)方式，形成了整個(gè)礦區井下風(fēng)路的大循環(huán)，導致相連各礦均受到事故礦井火災煙氣的污染。

礦井建立機械通風(fēng)系統的可行性

礦山企業(yè)是以營(yíng)利為主要目的的資源型企業(yè)，企業(yè)建立機械通風(fēng)系統必然考慮成本和效益。通風(fēng)成本由設備折舊費、動(dòng)力費、材料費、通風(fēng)工工資、專(zhuān)為通風(fēng)服務(wù)的井巷工程折舊費和維護費、通風(fēng)儀表的購置費和維修費等6類(lèi)構成。
下表是對山東金嶺鐵礦的侯莊、鐵山、召口3個(gè)分礦2002年8月份通風(fēng)費用的統計。

侯莊和鐵山分礦由于有效風(fēng)量率偏低、風(fēng)門(mén)存在嚴重漏風(fēng)等問(wèn)題，加大了通風(fēng)費用的支出，就是通風(fēng)費用 比較低的召口也存在著(zhù)漏風(fēng)等問(wèn)題，如果解決了這些問(wèn)題，通風(fēng)費用還將降低。
不同礦山之間通風(fēng)費用的差別，是由于各地區之間的電力費用、人員工資、管理費用、有效風(fēng)量率、建立機械通風(fēng)系統的難易程度、設備采購運輸等差異造成的。目前，我國非煤地下礦山完全有能力建立和運營(yíng)機械通風(fēng)系統。如果再考慮到因未采用機械通風(fēng)而導致炮煙中毒事故的損失，非煤礦山非常有必要推行機械通風(fēng)，以減少事故的發(fā)生。

機械通風(fēng)應注意的問(wèn)題

《金屬非金屬礦山安全規程》的規定
國 家安全監管總局頒布的《金屬非金屬礦山安全規程》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《規程》)規定：“礦井應建立機械通風(fēng)系統。對于自然風(fēng)壓較大的礦井，當風(fēng)量、風(fēng)速和作業(yè)場(chǎng)所空氣質(zhì)量能夠達到《規程》中6.4.1井下空氣的規定時(shí)，允許暫時(shí)用自然通風(fēng)替代機械通風(fēng)?！倍幊桃幎ǎ骸八械V井必須建立完善的機械通風(fēng)系統?！毙乱幊痰囊幎ㄝ^原規程的規定更科學(xué)嚴謹，更合理可行。一方面，目前我國的金屬非金屬地下礦山規模小，服務(wù)年限短，非連續作業(yè)的占80%以上，其中一些位于山區的礦山，冬夏季節自然通風(fēng)效果較好，完全能滿(mǎn)足礦井通風(fēng)風(fēng)量、風(fēng)速和風(fēng)質(zhì)的要求，可暫時(shí)用自然通風(fēng)替代機械通風(fēng)。另一方面，新規程的規定強調風(fēng)量、風(fēng)速和作業(yè)場(chǎng)所空氣質(zhì)量要始終滿(mǎn)足要求，這可有效地防止某些礦山將機械通風(fēng)系統作為擺設，在需要時(shí)也不投入運行的問(wèn)題。
特別需要說(shuō)明的是：
1.礦山企業(yè)不能因為允許暫時(shí)采用自然通風(fēng)而不設機械通風(fēng)系統;
2.礦山企業(yè)應指定專(zhuān)人對機械通風(fēng)系統定期維護保養，確保一旦發(fā)現自然通風(fēng)不能滿(mǎn)足礦井通風(fēng)要求的情況，或者井下發(fā)生火災需要實(shí)施反風(fēng)的情況，機械通風(fēng)系統能立即投入運行；
3.礦山企業(yè)要經(jīng)常檢測礦井的空氣質(zhì)量，在季節交替期間，要增加檢測的次數，確保自然通風(fēng)的風(fēng)量、風(fēng)速和作業(yè)場(chǎng)所空氣質(zhì)量滿(mǎn)足《規程》的要求，否則機械通風(fēng)系統應投入運行；
4.礦井通風(fēng)檢測結果均應記錄并存檔。
有效風(fēng)量率
礦井通風(fēng)系統的有效風(fēng)量率應不低于60%。礦井漏風(fēng)是不可避免的，但如果礦井漏風(fēng)嚴重，會(huì )造成主扇效率降低，增加無(wú)益的電能消耗，甚至使某些風(fēng)路出現風(fēng)流反向、煙塵倒流的現象。因此，無(wú)論從安全還是從經(jīng)濟角度考慮，都要求盡可能提高礦井通風(fēng)系統的有效風(fēng)量率。
獨立通風(fēng)
各采掘工作面之間不應串聯(lián)通風(fēng)；井下破碎硐室、主溜井等處的污風(fēng)，應引入回風(fēng)道；井下炸藥庫，應有獨立的回風(fēng)道。
采掘工作面在鑿巖、爆破、裝巖或出礦過(guò)程中，會(huì )產(chǎn)生大量的粉塵和炮煙等有毒有害物質(zhì)，如果采用串聯(lián)通風(fēng)，會(huì )形成交叉污染，嚴重影響作業(yè)場(chǎng)所的空氣質(zhì)量，危害作業(yè)人員的身體健康甚至生命安全。
井下破碎硐室、主溜井等是高濃度粉塵的產(chǎn)生點(diǎn)，為了防止污染井下其他作業(yè)地點(diǎn)的空氣質(zhì)量，要將其所形成的污風(fēng)直接引入主回風(fēng)道。
井下炸藥庫的通風(fēng)是根據其特殊性做出的要求。因為一旦炸藥庫發(fā)生爆破器材著(zhù)火或爆炸事故，會(huì )產(chǎn)生大量的有毒有害氣體。如果這些氣體不是直接進(jìn)入獨立的回風(fēng)巷道，會(huì )嚴重污染井下的其他區域，甚至造成作業(yè)人員中毒窒息的惡性事故。
局部通風(fēng)
掘進(jìn)工作面和通風(fēng)不良的采場(chǎng)，應安裝局部通風(fēng)設備，爆破后應加強局部通風(fēng)，防止出現炮煙中毒事故。
掘進(jìn)的井巷和硐室，包括天井、溜井、斜井、平巷、機電硐室等，掘進(jìn)時(shí)一般只有一個(gè)出口，稱(chēng)為獨頭巷道。獨頭巷道由于無(wú)法形成貫穿風(fēng)流，其掘進(jìn)過(guò)程中，如果沒(méi)有局部通風(fēng)設備，則新鮮風(fēng)流難以到達工作面，掘進(jìn)產(chǎn)生的炮煙、礦塵等會(huì )長(cháng)時(shí)間積聚在工作面附近，導致工作面空氣質(zhì)量嚴重惡化，威脅作業(yè)人員的身體健康，甚至可能因炮煙濃度嚴重超標，造成作業(yè)人員中毒窒息的傷亡事故。因此，要求掘進(jìn)工作面要安裝局部通風(fēng)設備，以加強通風(fēng)。
有些采用分層崩落采礦法、無(wú)底柱分段崩落采礦法的采場(chǎng)，其采掘和回采工作大多在獨頭巷道內進(jìn)行，采場(chǎng)的通風(fēng)問(wèn)題與獨頭巷道的通風(fēng)問(wèn)題一樣，也需要加強局部通風(fēng)。所不同的是采場(chǎng)通風(fēng)，在選擇通風(fēng)方式時(shí)要有一個(gè)合理的采區通風(fēng)路線(xiàn)，以保證在分段巷道內有較強的貫穿風(fēng)流，防止煙塵積聚和作業(yè)面風(fēng)流串聯(lián)，同時(shí)，要考慮采空區的漏風(fēng)問(wèn)題。
主扇運轉
正常生產(chǎn)情況下，主扇應連續運轉。當井下無(wú)污染作業(yè)時(shí)，主扇可適當減少風(fēng)量運轉；當井下完全無(wú)人作業(yè)時(shí)，允許暫時(shí)停止機械通風(fēng)。當主扇發(fā)生故障或需要停機檢查時(shí)，應立即向調度室和主管礦長(cháng)報告，并通知所有井下作業(yè)人員。
主扇反向措施
主扇應有使礦井風(fēng)流在10min內反向的措施。當利用軸流式風(fēng)機反轉反風(fēng)時(shí)，其反風(fēng)量應達到正常運轉時(shí)風(fēng)量的60%以上。每年至少進(jìn)行1次反風(fēng)試驗，并測定主要風(fēng)路反風(fēng)后的風(fēng)量。采用多級機站通風(fēng)系統的礦山，主通風(fēng)系統的每臺通風(fēng)機都應滿(mǎn)足反風(fēng)要求，以保證整個(gè)系統可以反風(fēng)。主扇或通風(fēng)系統反風(fēng)，應按照事故應急預案執行。