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矿井通风是保证金属非金属矿山安全生产的重要条件。矿井通风的基本任务是采用安全、经济、有效的通风方法，供给井下足够的新鲜空气，稀释和排除有毒有害气体和粉尘调节井下气候条件，以保证井下职工的安全和健康，提高劳动生产的效率。 第一节 矿井空气及气候条件 一、井下空气 矿井空气来源于地面空气，地面空气主要由氧、氮、二氧化碳等气体所组成，其中氧气占20.96％，氮气占79.00％，二氧化碳占0.04％，此外还有微量稀有气体、水蒸气。灰尘和微生物等。地面空气进人矿井后，当其成分与地面空气成分相同或近似，符合安全卫生标准时，称为矿内新鲜空气。由于井下生产过程产生了各种有毒有害的物质，使矿内空气成分发生一系列变化。其表现为含氧量降低，二氧化碳含量增高，并混入了矿尘和有毒有害气体（如CO、NO2、H2S、SO2等），空气的温度、湿度和压力也发生了变化等。 这种充满在矿内巷道中的各种气体、矿尘和杂质的混合物，统称为矿内污浊空气。 矿内空气的主要成分是氧、氮和二氧化碳。而氮为惰性气体，在井下变化很小。 1．氧（O2） 氧为无色、无味、无臭的气体，相对密度为1.11。氧能与很多元素起氧化反应，能帮助物质燃烧和供人和动物呼吸，是空气中不可缺少的气体。当氧与其他元素化合时，一般是发生放热反应，放热量决定于参与反应物质的量和成分，而与反应速度无关。当反应速度缓慢时，所放出的热量往往被周围物质所吸收，而无显著的热力变化现象。 人体维持正常的生命过程所需的氧量，取决于人的体质、神经与肌肉的紧张程度。休 息时需氧量为0.251L／min，工作和行走时为1～3L／min。空气中的氧减少了，人们的呼吸就会感到困难，严重时会因缺氧而死亡。当空气中的氧减少到17％时，人们从事紧张的 工作会感到心跳和呼吸困难；氧减少到15％时，会失去劳动能力；减少到10％～12％时，会失去理智，时间稍长对生命就有严重威胁；到6％～9％时，会失去知觉，若不急救就会死亡。 我国金属非金属矿山安全规程规定，矿内空气中含氧量不得低于20％。 2．二氧化碳（CO2） 二氧化碳是无色，略带酸臭味的气体，相对密度为1.52，是一种较重的气体，很难与空气均匀混合，故常积存在巷道的底部，在静止的空气中有明显的分界。二氧化碳不助燃也不能供人呼吸，易溶于水，生成碳酸，使水溶液成弱酸性，对眼鼻、喉黏膜有刺激作用。 二氧化碳对人的呼吸起刺激作用。当肺气泡中二氧化碳增加2％时，人的呼吸量就增加一倍，人在快步行走和紧张工作时感到喘气和呼吸频率增加，就是因为人体内氧化过程加快后二氧化碳生成量增加，使血液酸度加大刺激神经中枢，因而引起频繁呼吸。在有毒气体（譬如CO、H2S）中毒人员急救时，最好首先使其吸入含5％CO2的氧气，以增强肺部的呼吸。 当空气中二氧化碳浓度讨大，造成氧浓度降低时，可以引起缺氧窒息。当空气中CO2浓度达5％时，人就出现耳鸣，无力，呼吸困难等现象；达到10％～20％时，人的呼吸处于停顿状态，失去知觉，时间稍长有生命危险。我国金属非金属矿山安全规程规定，有人工作或可能有人到达的井巷，二氧化碳不得大于0.5％；总回风流中，二氧化碳不超过1％。 二、矿内气候条件 1．概述 矿工在生产劳动中，因体内不断地进行着新陈代谢作用而产生大量的热。所产生的热除一部分供给肌肉做功，另一部分消耗于人体内部外，其余大部分通过辐射、对流和就等方式向空气散发。当人体产生和散发的热量保持平衡，即体温保持 36.5～37oC时，人体就感到舒适。 为了保证工人的身体健康和提高劳动生产率，就需要给工人创造热平衡条件。为保持人体的热平衡条件，需要从人体的生热和散热两方面来考虑。影响人体发热率的大小主要取决于劳动强度，而影响人体散热的条件是空气的温度、湿度、风速三者的综合状态。现就后三个条件分别讨论。 2．矿内空气的湿度、含湿量 矿内空气与地面空气一样，都是由于空气和水蒸气混合而成的湿空气，衡量矿内空气所含水蒸气量的参数有湿度和含湿量。 影响湿度的因素有以下几种。 （1）地面湿度季节的变化。阴雨季节湿度较大；夏季相对湿度较低，但气温较高，绝对湿度较大；冬季相对湿度较大，但气温较低，绝对湿度并不太高。地面湿度除受季节影响外，还与地理位置有关。我国湿度分布，沿海地区较高（平均70％～80％），向内陆逐渐降低，西北地区最低值（平均30％～40％）。 （2）当矿井涌水量较大或滴水较多，由于水珠易于蒸发，则井下比较潮湿。一般金属矿山井下湿度在80％～90％左右；盐矿的涌水较少，且盐类吸湿性较强，相对湿度一般为１５％～25％。 矿井湿度变化规律为冬天地面空气温度较低，相对湿度高，进人矿井后，温度不断升高，相对湿度不断下降，沿途不断吸收井壁水分，于是出现在进风段空气于燥现象。夏天则相反，地面空气温度高，相对湿度低，进人矿井后，温度逐渐降低，相对湿度不断升高，可能出现过饱和状态，致使其中部分水蒸气凝结成水珠，进风段显得很潮湿。这就是人们所见进风段冬干夏湿的现象。当然，在进风段有滴水时，即使是冬天仍是潮湿的。 回采工作面，由于湿式作业，喷雾洒水，一般湿度比较大，特别是总回风道和出风井中，相对湿度都在95％以上。如果开采深度比较大，进风线路比较长，回采工作面和回风道的空气温度常年变化不大，则其湿度常年变化也不大。 湿度测量所用的仪器有毛发湿度计和干湿球湿度计（分为固定式、手摇式和风扇式），矿山多采用干湿球湿度计。风扇式湿度计由两支温度计组成，有一支温度计的液球上包一纱布。测定时，用水浸湿，上紧发条，风叶旋转卫１～2min，使水蒸发，温度下降，读出干球和湿球温度，再根据两者温度差，由仪器所附的表格直接查出相对湿度。 3．矿内空气温度 矿内空气温度是构成矿内气候条件的重要困素，矿内空气温度过高或过低对人体都有 不良影响。矿内空气最适宜人劳动的温度是15～20℃。 空气在矿井中流动时由于各种原因温度升高。温升可分为对流温升和换热温升。所谓 对流温升是指空气由于绝热压缩和水分蒸发时出现的温度变化。所谓换热温升，是指由于 岩石和空气的热交换，而出现的温度的变化。 影响矿内空气温度的主要因素如下。 （1）地面空气温度 地面气温对矿内气温有直接影响，对于浅井影响更为显著。地面气温一年四季有周期性变化，甚至一日之内也发生周期性变化。这种变化近似为正弦曲 线。矿内气温受地面气温影响，也存在这种周期性变化，不过，随着距进风口距离的增加而逐渐减弱，达到某一定距离后，气温趋于稳定。 我国北方，冬季地面气温低．冷空气进人矿井后使入风段气温降低，如不预热，进风段回游冻结。而南方夏季热空气进人矿井后，会使井下气温升高，恶化作业环境。 （2）空气受压缩和膨胀 当空气沿井筒向下流动时，由于井筒加深，空气受压缩，气温升高。 （3）岩石温度 地面以下岩层温度的变化可分为三带①变温带地温随地表气温而变化，夏季岩层从空气中吸热而使地温升高，冬季则相反；②恒温带地温不受地面空气 温度的影响，而保持恒定不变。恒温带的地温近似等于当地年平均气温，其深度距地面约 20～30m；③增温带恒温带以下岩石的温度随深度而增加。 （4）井下气候条件的舒适性 人体由食物取得营养物质不断产生热量。所产生的热量中耗费于体力所做的机械功是很小一部分，其余部分则以热的方式散发到体外。人体所产生的热流量与劳动强度有关。根据观测，休息时为90～115W；轻微劳动时为150～200W；中等劳动时为200～250W；重体力劳动时为250～300W；繁重体力劳动时（间断地）为300～450W。 人体的散热方式分为对流、辐射和蒸发。温度低时，对流与辐射散热强，人易感冒； 温度适中，人感到舒适；如超过25℃时，对流与辐射大为减弱，汗蒸发散热加强。气温达37℃时，对流辐射完全停止，惟一的散热方式是汗液蒸发。温度超过37℃时，人将从空气中吸热，而感到烦闷，有时会引起“中暑”。因此井下气温不宜过高或过低。十国矿山安全条例规定，采掘作业面空气干球温度不得超过28℃。散热条件的好坏，不仅取决于空气温度，还与相对湿度和风速有关。相对湿度大于80时，人体出汗不易蒸发；相对湿度低于30时，感到干燥，会引起黏膜干裂，最适宜的相对湿度为50～60，矿井相对湿度较高，多为80％～90％，并且不易调节。井下气候的调节多从温度和风速来考虑。随着气温增高，适当地增加风速，可提高散热效果。 综上所述，气候条件是温度、湿度、和风速的三者综合作用，单独用某一因素来评价气候条件的好坏是不够的。评价劳动条件的舒适程度的综合指标有多种，卡他度是采用较多的一种。卡他度是采用模拟地方法，度量环境对人体散热速率影响的综合指标。测量卡他度的仪器叫卡他度温度计，由英国人希尔于1916年研制，卡他温度计全长200mm，下端为一长圆形空间，用于容纳加热时上升得酒精。在卡他计长杆上刻有38℃和35℃两个刻度，见图7–1。每个卡他计有不同的卡他常数F，它表示储液球在温度由38℃降到35℃时每平方厘米表面上的散热量。测定前，将卡他计放入60～80℃的热水中，使酒精上升到上部空间1/3处，取出擦干后即可测定。测定时，将卡他计悬挂在测定空间，酒精液面开始下降，记录归38℃降到35℃所需的时间t，单位为S。按以下公式计算 计算出卡他度H，它表示储液球单位表面积、单位时间的散热量。因散热方式的不同，卡他度有干、湿两种。干卡他度仅表示以对流和辐射方式的散热效果。湿卡他度则表示对流、辐射和蒸发三者的综合散热效果。测定湿卡他度时，需在卡他计的贮液球上包裹一层浸湿的纱布，测定方法与干卡他度相同。散热条件越好，卡他度的值越高。不同劳动强度所要求的卡他度可参考表7–1数值。 第二节 矿井自然通风 为了将地面新鲜空气不断输送到井下，并克服井巷阻力而流动，使工作面获得所需风量，矿井通风系统中必须有足够的通风动力。矿井通风的动力有两种；自然风压（称自然通风）和扇风机风压（即机械通风）。 一、矿井自然通凤的基本概念 在非机械通风的矿井里常常观测到，风流从气温较低的井筒经工作面流到气温较高的井筒。这主要是由于风流经过井巷时与岩石发生了热量交换，进、回风井里的气温出现差异，回风井里的空气密度小，因而两个井筒底部的空气压力不相等．其压差就是所谓的自然风压Hn。在自然风压的作用下风流不断流过矿井，形成自然通风过程。如图7–2所示，p0为竖井口标高处的大气压。 如果在夏天，地面气温较高，如图7–2（a）所示的矿井里，p2p1，就会出现与冬天相反方向的自然通风，如虚矢线所示。不难设想，由于地面气温的变化，也会导致p2p1，因而自然通风停止。在山区用平硐开拓的矿井，未安主扇通风时，经常可以见到自然通风风向的变化，有时风流停滞。这就表明，完全依靠自然通风．不能满足安全生产的要求。 对于一个有主扇通风的矿井，由于上述自然因素的作用，自然通风压依然存在。设若主扇在回风井抽出式或在进风井压人式工作，当炎热季节温度颇高的地面空气流人进风井 巷后，其热量虽然已经不断传给岩石，但通常仍然形成进风井里的空气密度还低于回风井 里的空气密度，这时自然风压的方向就与扇风机通风的方向相反，扇风机风压不仅要用来 克服井巷通风阻力，而且还要克服反向的自然风压。冬季情况正好相反，自然风压能够帮助扇风机去克服井巷通风阻力。 从上述自然通风形成的原因也可以说明，即使只有一个出口的井筒或平碉，也可能形 成自然通风。冬天，当井筒周壁不淋水，就可能出现井筒中心部下风而周围上风的现象；夏天，却可能出现相反的通风方向。大爆破后产生大量温度稍高的有毒有害气体以后，特别是当井下发生火灾产生大量温度较高的烟气时，就会出现局部的自然风压（称为“火风压”），扰乱原来的通风系统风流状况。 我国的一些山区平硐开拓的矿井，冬季自然通风的作用较强，但到了夏天，经顶部采 空区和通道下灌的自然通风量也相当大，往往扰乱原来拟定的通风系统。因此，从全年着 眼如何有效地控制和利用自然通风，是一些矿井值得研究解决的问题。 二、矿井自然通风的特性 实践表明，自然通风对矿井有效通风的作用，有时表现为积极的一面，有时却表现为 消极的一面。因此，要深人认识矿井自然通风的特点和规律，以便能够更好的利用和控制 自然通风。这一课题不仅对于现时许多山区平硐开拓的或深部露天转地下开采的矿井通风 有现实意义，而且对于今后的深、热矿井通风也有长远意义。但是，迄今对于自然通风规律的尚未彻底认识，甚至常常对于通风系统中某些自然风流方向“异常”的现象，一时还难以解释清楚，这就必然会给规划和管理矿井通风系统带来一些盲目性。 根据现有的研究和认识，自然通风的规律和特点分为以下几点。 （1）影响自然风压的因素 影响自然风压大小和方向的因素很多，可归纳为以下几个 ①地表气温的变化 由于矿区地形、开拓方式和矿井深度的不同，以及是否采用主扇通风，地表气温变化对自然风压的影响程度也有所不同。对于山区平硐开拓的矿井，或者井筒开拓的浅矿井，自然风压受地表气温变化的影响较大，因而自然风压的变化较大，一年之间自然风压的大小和方向一般表现为如图7–3所示的变化；特别是平硐开拓的矿井，在夏秋季节有时一日数变，甚至还受天气变化的影响。 在侵蚀基准面一下竖井开拓的深矿井，由于地温随深度而增加，地面空气进人矿井后与岩体发生热交换，地表气温的影响就比较小了，从而自然风压大小一年内虽有变化，大体方向一般不太可能变化，特别是有主扇通风的情况下。 ②矿井深度 可以近似的认为，自然风压的大小与矿井深度成正比。深达一千余米的矿井，“自然通风能”约占总通风能的30％。有一个1000m深的矿井，主扇运转时风量为90 m3／s，而当主扇停止运转时自然通风量仍达20～65m3／s。 ③地面大气压 虽然从计算自然风压的概念可见，Hn与大气压成正比；但是，地面大气压变化不大，从而它的影响也很小。 ④矿井内空气的成分和湿度 我们知道，各种气体的气体常数是不同的。按照道尔顿定律，可以算出含有不同气体成分的空气气体常数，由此可以算出它对空气密度的影响。但在一般情况下，这种影响很小，在计算Hn时可不予考虑。空气湿度的影响，也一般不予考虑。但是，在深矿井中，从回风井排出空气时，空气常呈过饱和状态，空气中含有不少液态水分、排走这些水分必然要消耗附加的能量。如果矿井没有主扇，这份能量消耗就有赖于空气做的功（即自然通风能），从而削弱了原可用于全矿通风的风压。 ⑤扇风机工作的影响 主扇工作对自然风压大小的影响甚小，一般予以忽略。但是，在主扇反风时，人为地形成了新的风流方向，原来的进风井为回风井；若在冬季，由于岩体热量传给空气，使原进风井内气温增高，这种温差关系（两井筒内）既经形成，即使主扇停止运转，自然风流仍能保持主扇反风时的方向。也就是说，主扇反风能形成一个与原来自然风压方向相反的新的自然风压。 ③风量的影响 冬季，如果风量增大，进风井冷空气增多，进风井内平均气温略有降低，那么自然风压少许增大；夏季则相反。但是，对于一般矿井这种影响不大，为计算简便，可忽略不计，而认为自然风压不随风量而变。 （2）矿井有几个水平，则各个水平皆有各自的自然风压。当没有主扇而是自然通风时，各水平的自然通风量取决于各自水平的自然风压和相关的风阻；即使上部水平原已采完和封闭，而后一旦偶然启开，也不会出现用主扇通风时的那种上部短路现象而显著影响下部水平的通风量。当有主扇通风时，各个水平的自然风压将与主扇共处于矿井通风网络中联合作业，全矿井巷及其各个水平的通风流状况（风向与风量大小），应作具体分析才能了解。 （3）水平的深矿井 竖井开拓、进回风井对角式布置、自然通风时，由于进风气温的变化，故常见上部水平停风或者风流反向，而下部水平却始终保持一定的风流方向。 三、矿井自然通风的利用与控制 生产实践表明，小型矿山，特别是那些山区平硐开拓的中小型矿井，自然通风起了相当的作用。今后仍需掌握自然通风的规律，合理地利用它，以帮助机械通风。从矿井向深部发展的角度来看，深矿井的自然通风风压增大，也需要合理地予以利用，以帮助主扇工作，节约通风动力费。 在矿山生产经验和对自然通风规律的认识的基础上，特提出以下几方面的途径，以实现有效地利用自然通风。 1．设计和建立合理的通风系统 在山区平硐开拓的矿井，一年里面，上行自然通风的时间一般要比下行的更多一些， 而且上行自然通风风压一般也更大一些。为了排除污风，采取上行通风一般来说更为有利。因此，在拟定通风系统时，要从全年着眼，利用低温季节的上行自然风流为主，而对高温季节的下行自然风流采取适当的限制措施，以期不致扰乱和破坏拟定的上行通风状况。如果在这种矿山采空区又较多并与地表贯通，高温季节将有大量的自然风流经采空区下贯，严重扰乱原定的通风状况和影响生产，往往成为需要解决的关键问题，在这种情况下，通风的建立可以根据矿脉（体）赋存的空间关系，采用灵活性较大的分区通风系统；这种分区系统范围较小，比较好控制，分散独立比整体相连也更好控制。可采用加强密闭，建立相对稳定的、接近作业区的专用回风道，安设小型扇风机等措施，以便收集和排出下部采场的污风和下窜的自然风。对于大范围贯通地表的密闭工程。如果这种隔离程度达不到完全独立，那么在自然风流下行时期必须做到生产区的污风不致排入大采空区，以防污风又从大采空区随风下贯再窜人生产区。 在丘陵和平缓地带用井筒开拓的矿井，尽可能利用进风井与回风井口的高差。进口标 高较高的井筒应作为回风井。可能时进风平硐口要迎着常年主导风流，否则可在平硐口外 设置适当方向的导风墙。排风硐口必要时设置挡风墙。 2．降低风阻 在一定时期、一定范围内自然风压基本上是定值，因此降低风阻就能提高风量。降低风阻主要措施有在采场进风侧规划好进风风路，尽可能组织多条平行平巷进风；各采场之间皆用并联通风；疏通采场回风天井及其进口断面；采场回风侧的回风道应予疏通，清除杂物扩大过风断面；如果回风道接近通地表的采空区，可以在上风季节适当利用采空区回风。 3．人工调整进、回风井内空气的温差 有些矿井在进风井巷设置水幕或者淋水，以期冷却空气，同时也可净化风流。如果大 量淋水，势必增加排水动力，因此经济上不合理，除非矿井下部具有疏干放水平硐。 4．高温季节从上部采空区下行自然风流的利用 有的矿山由于采场不掘进先进天井，或者生产区一侧存在大片连通地表的采空区从而这片采空区就好像一个井筒，在类似条件下，净化风源，利用下行自然风流，是可取的；否则，对于高温季节的下行自然风流应予控制。实践表明，控制的方法仍然是加强密闭，采用小型扇风机抵制。如果上部连通地表的采空区垂高很大，通道很多，下行自然风流很大，即总的自然通风能量很大，单纯依靠小扇风机去抵制，往往难以奏效，或者需要多级串联接力，或者还需辅以大量密闭工程，花费大量通风动力等费用。这时，在上部中段寻找回风道分别用风机将下行自然风流引导排出，同时兼排下部作业区上行的污风。必要时，还可在下部中段设置风机往上送风，以抵制自然风压。 第三节 矿井机械通风 矿井通风采用的机械，都是风压在0.1大气压（10kPa）以下的扇风机（或叫通风机）。很据扇风机的动作原理可分为叶片式、喷射式和容积式三类。随着飞行器和空气动力学的发展，叶片式扇风机的产品的效率不断提高，产生的风压和风量比其他两类大．所以成为现今矿井通风的主要机械。 一、扇风机的分类及工作参数 （－）扇风机的分类 矿用扇风机按其用途可分为三种①用于全矿井或矿井某一翼（区）的，称为主力扇风机，简称主扇；②用于矿井通风网路内的某些分支风路中借以调节其风量、帮助主扇工作的，称为辅助扇风机，简称辅扇；③用于矿井局部地点通风的，它产生的风压几乎全部用于克服它所连接的风筒阻力，称为局部扇风机，简称局扇。 矿用扇风机按其构造原理可分为离心式与轴流式两大类。 （1）离心式扇风机 主要由动轮（工作轮）、螺旋形机壳、吸风管和锥形扩散器组成。有些离心式扇风机还在动轮前面装设具有叶片的前导器（固定叶轮）。前导器的作用是使气流进人动轮入口的速度发生扭曲（前导器叶片给风机导向），以调节扇风机产生的风压。动轮是由固定在主轴上的轮毂和其上的叶片所组成；叶片按其在动轮出口处安装角的不同，分为前倾式、径向式和后倾式三种。工作轮人风口分为单侧吸风和双侧吸风两种。 （2）轴流式扇风机 轴流式扇风机主要有工作轮、圆筒形外壳、集风器、整流器、前流线体和环行扩散器所组成。集风器是一个壳呈曲面形、断面收缩的风筒。前流线体是一个遮盖动滑轮轮毂部分的曲面圆锥形罩，它与集风器构成环形入风口，以减小入口对风流的阻力。工作轮是由固定在轮轴上的轮毂和等距安装的叶片组成。叶片的安装角θ可以根据需要来调整。一个动轮与其后的一个整流器（固定叶轮）组成一段。为提高产生的风压，有的轴流扇风机安有两段动轮。 当动轮叶片（机翼）在空气中快速扫过时，由于翼面（叶片的凹面）与空气冲击，给空气以能量，产生了正压力，空气则从叶道流出；翼背牵动背面的空气，而产生负压力，将空气吸人叶道，如此一吸一推造成空气流动。空气经过动轮时获得了能量，即动轮的工作给风流提高了全压。 整流器用来整直由动轮流出的旋转气流以减少涡流损失。环形扩散器是轴流式风机的特有部件，其作用是使环状气流过渡到柱状（风硐或外扩散器内的）空气流，使动压逐渐变小，同时减小冲击损失。 （二）扇风机工作的基本参数 扇风机工作的基本参数是风量、风压、功率和效率，它们共同表达扇风机的规格和特性。 （1）风量Q 表示单位时间流过扇风机的空气量（m3／s，rn3／min或 m3／h）。 （2）风压H 当空气流过扇风机时，扇风机给予每立方米空气的总能量（J），称为扇风机的全压Ht（Pa），它总是由静压Hs和动压Hv所组成，即 Ht＝Hs＋ Hv 扇风机无论抽出式或者压人式工作，其全压H总是消耗于克服矿井通风阻力h和扩散器出口（抽出式）或出风井口（压人式）的动力损失，而且可以得出，扇风机压人式工作时，一般常用它的全压Ht来表示它的风压参数，而抽出式工作时，常用它的“有效静压”来表示其风压参数。 （3）功率N 扇风机工作的有效总功率（有些文献上叫空气功率）为 如果扇风机风压是用其有效静压Hs（kW）来表示，则 （4）效率 扇风机轴上的功率N因为有部分损失而不能全部传给空气，所以提出效 率这一参数来表示扇风机工作的优劣。因所用风压参数形式的不同，则有 全压效率 静压效率 二、扇风机的工况与选择 假设某矿的主扇运转特性曲线如图7–4所示，将该矿总风阻R值绘在该图上得矿井总 风阻曲线Ri，它与Hs–Q曲线的交点Mi就是该扇风机的工况点。工况点的坐标值就是该扇风机世纪产生的静压和风量；通过Mi点作垂线分别与N–Q和–Q曲线的交点纵坐标N值与值，分别为扇风机的轴功率和静压效率，由此启示我们可以根据矿井通风设计所计算出的需要风量Q和风压（阻力）h数据，再从许多条表示不同型号、尺寸、不同转数或不同叶片安装角的扇风机运转特性曲线中选择一条合理的特性曲线，所选的这条特性曲线，载明了它所属的扇风机型号、尺寸、转数和叶片安装角等。这就是最简单的选择扇风机的方法。所谓选择合理事要求预计的工况点再H–Q曲线的位置应满足两个条件 （1）扇风机工作时稳定性好。为此，预计工况点的风压应超过曲线驼峰点风压的90，而且预计工况点更不能落在曲线驼峰点以左，即非稳定工作阶段； （2）扇风机工作效率要高，最低不应低于60。 这两个条件就构成了所谓扇风机的合理工作（或工业利用）区间。以上所述扇风机运转特性曲线只是表示某一台扇风机在一定转数下的个性，故可称为个体特性曲线。 三、扇风机联合作业 目前一些大中型矿井，由于矿井范围大，井筒较多，生产中断也多而且逐渐变深，通风系统复杂，用单台扇风机作业不能满足生产对通风的要求，必须使用多台通风机通风， 形成多风机共同在通风网络中联合作业。 （1）扇风机串联作业 扇风机串联作业通常出现在通风阻力大的矿井，例如两风机抽–压式串联作业，以及长巷道掘进时风筒过长、阻力较大、用几台局扇串联在风筒中作业。风机串联作业的特点是各风机的风量相等，风机风压之和等于网路总阻力。 （2）两台扇风机在同一井口并联作业 当开拓和通风系统只具备一个井筒作为总回风井（或总进风井），而且要求总风量很大，一台主扇满足不了要求时，往往在同一井口安设两台主扇并联作业，以提高矿井的总风量。 多台机联合作业时，各个扇风机的选型方法，仍然是根据通风系统和风机在网路中的配置，分别算出各扇风机所应负担的风量和阻力，再按前述方法和步骤初选风机型号。 初选风机型号以后，就要进一步分析它们联合作业的实际工况和效果，包括通风网路中实际的风流状况，各扇风机的实际工况及其稳定性， 有效性和经济性等效果。 风机联合作业工况的分析方法有两大类一类是各种作图求解法，另一类是解算方程组方法。解算方程组方法随着计算机应用的进展，已经由原始的手工计算、点模拟算法过渡到使用快速电子数字计算机。本节介绍图解法。电算求解通风网路将在另外章节讨论。 作图求解法求风机联合运转的工况，最基本的一种方法是利用个体特性曲线和网路风阻曲线，运用风机变位和风机合成的概念，将通风网路变（简）化为等值的“单机”网路，求出等值的“单机”的联合工况点，再由此联合工况点按网路变简的相反程序进行分解，逐步返回到原来网路，即可获得各风机的实际运转工况。 第四节 矿井通风系统及其安全要求 矿井通风系统是由向井下各作业地点供给新鲜空气、排出污浊空气的通风网路和通风动力以及通风控制设施等构成的工程体系。矿井通风系统与井下各作业地点相联系，对矿井通风安全状况具有全局性影响，是搞好矿井通风防尘的基础工程。无论新设计的矿井或生产矿井，都应把建立和完善矿井通风系统，作为搞好安全生产，保护矿工安全健康，提高劳动生产率的一项重要措施。矿井通风系统按服务范围分为统一通风和分区通风；按进风井与回风井在井田范围内的布局分为中央式、对角式和中央对角混合式；按主扇的工作方式分为压入式、抽出式和压抽混合式。此外，阶段通风网络、采区通风网络和通风构筑物，也是通风系统的重要构成要素。防止漏风，提高有效风量率，是矿井通风系统管理的重要内容。 一、统一通风和分区通风 一个矿井构成一个整体的通风系统称为统一通风；划分为若干个独立的通风系统，风流互不干扰，称为分区通风。拟订矿井通风系统时，首先应考虑采用统一通风还是分区通风。我国金属矿山采用统一通风的较多。统一通风，进排风比较集中，便于管理。开采范围不大的矿井，特别是深矿井，采用全矿统一通风比较合理。 近年来，不少矿山，在调整通风系统过程中，根据各矿特点，将一个矿井划分成若干个独立的通风区域，实行分区通风，收到了较好的效果。分区通风具有风短路、阻力小、网路简单、风流易于控制等特点。因此，在一些矿体埋藏较浅且分散的矿山或矿井开采浅部矿体的时期，得到了广泛的应用。但是，由于分区通风需要具备较多的进排风井，它的推广使用就受到一定的限制。是否适合分区通风，主要看开凿通达地表的通风井巷工程量的大小或有无现成的其他井巷可供利用。一般说来，在下述条件下，采用分区通风比较有利 （1）矿体埋藏较浅切分散，开凿通达地表的通风井巷工程量较小，或有现成的井巷可 供利用； （2）矿体埋藏较浅，走向长，产量大，若构成一个通风系统，风路长，漏风大，网路 复杂，风量调节困难； （3）开采围岩或矿石有自然发火危险的规模较大的矿井。 分区通风不同于在一个矿区内因划分成几个井田开拓而构成的几个通风系统。分区通 风的各系统处于同一开拓系统之中，井巷间存在一定的联系。分区通风也不同于多台风扇 机在一个通风系统中联合作业。分区通风的各系统不仅各具独立的通风动力，而且还各有 完整的进回风井巷，各系统之间相互独立。实行分区通风应合理划分通风区域。通常将矿量比较集中，生产上密切相关的地段，划在一个通风区域内。 二、进风井与回风井的布局 每一通风系统至少有一个可靠的进风井和一个可靠的回风井。在一般情况下，均以罐笼提升井兼做进风井，箕斗井和箕斗、罐笼混合井则不做进风井。这是因为，装卸矿过程中产生大量粉尘能造成风流污染的缘故。排风井通常均为专用，因为排风风流中含有大量有毒气体和粉尘。 按进风井和排风井的相对位置，可分为中央式、对角式和中央对角混合式三类不同的 布置形式 1．中央式 进风井与排风井均位于井田走向的中央，风流在井下的流动路线呈折返式，如图 7–5 所示。中央式布置具有基建费用少、投产快，地面建筑集中，便于管理，井筒延伸工作方便容易实现反风等优点。中央式多用于开采层状矿体。金属矿山，当矿脉走向不太长，要求早期投产，或受地形、地质条件限制，在两翼不宜开掘进风井时，可采用中央式。 2．对角式 进风井在矿体一翼，排风井在矿体另一翼，或者进风井在矿体中央，排风井在两翼，往井下的流动路线呈直线式，如图7–6所示。对角式布置具有风流路线短，风压损失少，漏风少，整个矿井生产期间风压比较稳定，风流分配比较均匀，排出的污风距工业场地较远等优点。金属矿山多采用对角式布置方式。 3．中央对角混合式 当矿体走向长，开采范围广，采用中央式开拓，可在井田中部布置进风井和回风井， 用于解决中部矿体开采时通风；同时在矿井两翼另开掘回风井，解决边远矿体开采时的通风。整个矿井既有中央式又有对角式，形成中央对角混合式，如图7–7所示。有些矿井，在中部井底车场附近有破碎酮室、主溜矿井和火药库等需要独立通风的井下硐室，此时也可在中央建立回风系统，而在两翼另设回风井，解决矿体开采过程中的通风。 进风井与回风井的布置形式，虽可归纳为上述几类，但由于矿体赋存条件复杂，开拓、开采方式多种多样，在矿井设计和生产实践中，要结合各矿具体条件，因地制宜，而不要受上述类别的局限。 确定进风井与回风井布置方式时，还应注意以下影响因素 （1）当矿体埋藏较浅且分散时，开凿通达地表的井巷工程量较小，而开凿贯通各矿体的通风联络巷道较长、工程量较大时，则可多开几个进、回风井，分散布置，还可降低通风阻力。反之当矿体埋藏较深且集中，开凿通风井的工程量较大，而开凿个矿体间的通风联络巷道工程量较小，就应少开进、回风井，集中通风。在矿体浅部开采时期，由于距地表较近，可分散布置；到深部开采时，再适当集中，也是合理的。 （2）要求早期投产的矿井，特别是矿体边界尚未探清的情况下，暂时采用中央式布置，使井下很快构成贯通风流，有利于早期投产。随着两翼矿体勘探情况的不断进展，再考虑开凿边界风井。 （3）当矿体走向特别长或特别分散，矿体开采范围广，生产能力大，所需风量较多时，采用多井口、多扇风机分散布置的方式，对降低通风阻力，减少漏风十分有益。 （4）主通风井应避免开凿在含水层、受地质破坏或不稳定的岩层中。井筒要在围岩崩落带以外，井口应高出历年最高洪水位。进风井周围风质要好，也要考虑排风井不应对周围环境造成污染。 （5）在生产矿山，可以考虑利用稳固的、无毒害物质涌出的旧巷道或采空区作辅助的进风井或排风井，以减少开凿工程量。 三、主扇工作方式与安装地点 主扇工作方式有三种压入式、抽出式和压抽混合式。不同的通风方式，一方面使矿井空气处于不同的受压状态，另一方面在整个通风线路上形成了不同的形式的压力分布状 态，从而在风量、风质和受自然风流干扰的程度上，出现了不同的通风效果。 1．压入式 整个通风系统在压人式主扇作用下，形成高于当地大气压的正压状态。在进风段，由于风量集中，造成较高的压力梯度，外部漏风较大。在需风段和回风段，由于风路多，风流分散，压力梯度较小，而受自然风流的干扰而发生风流反向。压人式通风系统的风门等风流控制设施均安设在进风段，由于运输、行人频繁，不易管理，漏风大。由专用进风井压人式通风，风流不受污染，风质好，主提升井处于回风状态（漏风），对寒冷地区冬季提升井防冻有利。 压人式通风适合在下列条件下采用 （1）回采过程中回风系统易受破坏，难以维护； （2）矿井有专用进风井巷，能将新鲜风流直接送往作业地点； （3）靠近地表开采，或采用崩落法开采，覆盖岩层透气性好； （4）矿石或围岩含放射性元素，有氡及氡子体析出。 2．抽出式 整个通风系统在抽出式主扇的作用下，形成低于当地大气压的负压状态。回风段风量集中，有较高的压力梯度；在进风段和需风段，由于风流分散，压力梯度较小。回风段压力梯度高，使作业面的污浊风流迅速向回风道集中，烟尘不易向其他巷道扩散，排出速度快。此外，由于风流调控设施均安装于回风道中，不妨碍运输、行人，管理方便，控制可靠。 抽出式通风的缺点是，当回风系统不严密时，容易造成短路吸风，特别是当采用崩落法开采，地表有塌陷区与采空区相连通的情况下更为严重。采用抽出式通风系统各矿的时间经验表明，在回风道上部建立严密的隔离层，将回风系统与上部采空区隔开，防止短路吸风，是保证抽出式通风发挥良好作用的重要条件。 抽出式通风的另一个特点是，作业面和进风系统负压较低，易受自然风压影响出现风流反向，造成井下风流紊乱。抽出式通风使主要提升井处于进风状态，风流易受污染。寒冷地区的矿山还应考虑冬季提升井防冻。一般来说，只要能够维护一个完整的回风系统，使之在回采过程中不致遭到破坏，采用抽出式通风比较有利。我国金属矿山大部分采用抽出式通风。 3．压抽混合式 在进风段和回风段均利用主扇控制风流，使整个通风系统在较高的压力梯度作用下， 驱使风流沿指定路线流动，故排烟快，漏风少，也不易受自然风流干扰而造成风流反向。这种通风方式兼压人式和抽出式两种通风方式的优点，是提高矿井通风效果的重要途径。当然，压抽混合式通风所需通风设备多，管理较复杂。 在下述条件下可采用压抽混合式 （1）采矿作业区与地面塌陷区相沟通。采用压抽混合式可平衡风压，控制漏风量； （2）有自然发火危险的矿山，为防止大量风流漏入采空区引起发火，可采用压抽混合式； （3）利用地层的调温作用解决提升井防冻的矿井，可在预热区安设压入式扇风机送风，与抽出式主扇相配合，形成压抽混合式。 4．多级机站通风 这是一种由几级进风机站以接力方式将新鲜空气经进风井巷压送到作业区，再由几级回风机站将作业时形成的污浊空气经回风井巷排出矿井的通风系统。其通风方式属压抽混合式。由于此系统在进风段、需风段和回风段均设有扇风机，对全系统施行均压通风，能有效地控制漏风，节省通风能耗，风量调节也比较灵活。单所需通风设备较多，管理较复杂。其适用条件与压抽混合式相同。 主扇可安装在地表，也可安装在井下，一般多安装在地表。安装在地表的主要优点安装、检修、维护管理比较方便；井下发生灾
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