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地下矿山通风:系统、难点与解决方案

地下矿山通风:系统、难点与解决方案

地下矿山通风是保障井下安全生产的重要基础。它不仅是向井下输送新鲜空气,还包括合理组织进、回风,向采掘工作面分配风量,稀释并排出有毒有害气体,配合控制粉尘和柴油机尾气颗粒物(DPM),以及改善深部开采条件下的热环境。对于存在瓦斯风险的矿井,还应将瓦斯治理要求纳入通风设计与运行管理。[1][2][3]

矿井通风设备运行时间长,系统能耗受需风量、通风阻力、漏风和风机运行工况等因素共同影响。因此,通风节能不能只看电机功率或单台风机效率,而应从通风网络、风量分配和设备匹配等方面进行系统优化,并始终以满足安全通风要求为前提。[1][2][4]


什么是地下矿山通风?

地下矿山通风,是通过进风井巷、作业区域和回风井巷组织风流,为井下作业地点提供所需风量,并将受污染风流排出矿井的过程。其任务包括供给新鲜空气、稀释和排出有毒有害气体、配合防尘措施控制粉尘,以及改善井下温湿度条件。煤矿与金属非金属地下矿山的风险特点不同,应分别结合适用的安全规程开展通风设计和管理。[1][2]

地下矿山通风气流示意图:新鲜风流经进风井进入井下作业区域,回风经回风井由地面主通风机排出。

图 1. 地下矿山抽出式通风气流简图:新鲜风流经进风井进入井下作业区域,回风经回风井由地面主通风机排出。图示仅用于说明基本风流路线,不代表所有矿井的实际布置。

因此,地下矿山通风是一项系统工程,而不是单台设备的选型问题。需风量计算、进回风路线、通风阻力、漏风、风量监测和采掘布置都会影响通风效果。金属非金属矿山可依据《金属非金属矿山安全规程》(GB 16423—2020)开展相关工作;煤矿应执行《煤矿安全规程》(应急管理部令第17号,2026年2月1日起施行)及其他适用规定。[1][2][4]


地下矿山通风面临的主要难点

通风能耗与无效风量

随着开采范围扩大和通风路线延长,风流需要克服的沿程阻力和局部阻力也会发生变化。风路不合理、通风设施漏风、风量分配失衡或风机工况不匹配,都可能造成“风机用电增加,但有效风量不足”的问题。排查通风能耗时,应同时检查系统阻力、漏风和各用风地点的实际供风情况。[1][2][4]

有毒有害气体、粉尘和柴油机尾气

采掘、装运和爆破作业会产生粉尘及有毒有害气体,井下柴油铲运机、运输车辆等设备还会排放柴油机尾气颗粒物。煤矿应重点关注瓦斯和煤尘风险;使用柴油设备的金属非金属地下矿山,应结合设备排放与作业强度评估通风需求。通风应与源头减排、除尘、尾气净化和监测措施共同发挥作用。[1][2][3]

深部开采中的高温热害

矿井进入深部开采后,围岩散热、高温涌水和机电设备散热等因素可能增加井下热负荷。通风能够带走部分热量,但其降温效果取决于进风状态、风量和热源条件。对于高温高湿作业区域,应评估通风降温的能力边界,必要时结合隔热、热水疏排或人工制冷措施。[1][2][6]

采掘布局变化与动态需风量

新掘巷道投入使用、采场或采区接续、通风路线延长以及柴油设备转移,都会改变矿井的需风量和风量分配。固定不变的通风配置难以长期适应这些变化。按需通风(Ventilation on Demand,VoD)通过监测和分析实际工况,动态调整供风,但必须满足规定的需风量、风速和空气质量等安全要求。[1][2][5]


矿井通风的实用解决方案

矿井通风方案应以矿种、开采方式和实际工况为基础,统筹考虑总需风量、各用风地点需风量、通风阻力、进回风布置、污染物来源、井下热环境及后续开采计划。对于已有系统,应结合通风系统图、测风记录、阻力测定资料和风机运行数据进行评估,而不是直接套用其他矿山的设备配置。[1][2][4]

优化风量分配与通风阻力

先明确新鲜风流进入各作业地点的路线,以及回风排出矿井的路径,再结合风网分析确定各分支的风量分配。对阻力偏大、漏风明显或供风不足的环节,应检查井巷条件、风门与密闭设施,以及局部通风风筒的布置和接头状况。目标是在满足安全要求的前提下减少无效风量和不必要的压力损失。[1][2][4]

协同治理气体、粉尘和柴油机尾气

在产生粉尘、爆破烟气或柴油机尾气的区域,应合理组织新鲜风流和回风,避免受污染风流在人员作业区积聚。粉尘治理应结合湿式作业、喷雾或除尘设施;柴油机尾气治理应结合设备维护和适用的尾气净化措施。通风不能代替污染源控制,也不能仅凭“风量较大”判断作业环境已经达标。[1][2][3]

将深井热害防治纳入通风设计

深井通风设计应同时核对温度、湿度和热源分布。对于高温围岩区、热涌水区域或设备集中作业区,应评估风流沿程升温及作业面的冷量需求。通风降温不足时,可结合现场条件采用热水疏排、隔热或局部、集中制冷等措施,避免单纯增加风量却未有效改善热环境。[1][2][6]

按需通风、监测与联动控制

按需通风不是简单地给风机安装变频器,而是将风量、风速、风压、气体和温湿度等监测信息,与采掘作业和设备运行情况相结合,形成监测、分析、调控与反馈的闭环。国内智能通风研究已将风网解算、动态需风量计算和风量按需调控作为重要技术环节。实际应用中,应明确安全约束、方案审批、故障处置及人工干预要求,不能以节能为由随意减风、停风或削弱安全保护。[1][2][5][7][8]

统筹机械通风设备与系统配置

完整的机械通风系统需要通风动力设备、进回风井巷、通风构筑物和监测控制装置共同配合。开展通风设备选型时,应结合风量、风压和系统阻力进行匹配:主通风机(主扇)承担矿井或通风分区的通风任务,局部通风机(局扇)与风筒配合服务掘进工作面等局部用风地点。风机、调风设施、供电与控制系统应作为整体考虑,不能把主扇或局扇本身等同于完整的通风解决方案。[1][2][4]


通风系统评估需要哪些项目资料?

新建矿井通风系统,或对现有井下通风系统进行评估时,建议先明确矿种、开采方式及适用规程,并准备以下资料:

  • 需风量:全矿及各采掘工作面的需风量,注明单位,如 m³/s 或 m³/min。

  • 通风阻力与风压:主要风路阻力、风筒压力损失及已有阻力测定资料,压力单位通常采用 Pa。

  • 开采深度与热环境:井深、开采水平、井下温湿度、围岩温度及热涌水情况。

  • 污染物与灾害风险:瓦斯、有毒有害气体、粉尘及柴油机尾气的主要来源和监测资料。

  • 采掘布置与接续计划:现有作业区域、新掘巷道及后续开采范围。

  • 进回风系统:进风井、回风井、主要巷道、风门、密闭及局部通风风筒的布置。

  • 柴油设备配置:设备类型、数量、功率、运行区域及同时作业情况。

  • 供电与控制要求:电压、频率、启停与调速方式,以及适用的防爆、监测和安全联锁要求。

这些资料有助于判断需风量、系统阻力和设备配置是否匹配,并为风网分析、风机选型和系统改造提供依据。具体设计和运行调整仍应结合现场测定,由相应专业人员按适用规程和审批要求实施。[1][2][4]


矿井通风常见问题

地下矿山的按需通风是什么?

按需通风(VoD)是在满足规定的需风量、风速和空气质量要求的前提下,结合采掘作业、设备运行及环境监测数据,对各用风地点的风量进行动态调节的控制方式。它通常需要风量监测、通风网络分析、变频调速和调风设施协同工作,不能以节能为由随意减风或停风。[1][2][5]

通风如何帮助控制柴油机尾气颗粒物?

通风通过向作业区域输送新鲜风流,稀释柴油设备排放的污染物,并将受污染风流经回风巷道排出,帮助降低柴油机尾气颗粒物(DPM)的暴露水平。实际治理还应结合设备维护、尾气净化、作业组织和监测,不能仅靠增大风量。[1][3]

为什么深部矿井需要重视热害防治?

深部矿井的围岩散热、高温涌水和设备散热会增加井下热负荷,高温高湿环境会影响作业条件。通风能够带走部分热量,但其效果取决于进风状态、风量和热源条件;当通风降温不足时,需要结合热水疏排、隔热或人工制冷等措施。[1][2][6]

为什么矿井通风需要重视节能?

矿井通风设备运行时间长,通风阻力、漏风及风机运行工况都会影响用电量。在满足安全通风要求的前提下,通过优化通风网络、控制漏风和改善风机与系统的匹配,可以减少无效能耗。实际节能效果应以现场测定和运行数据为依据。[1][2][4]


总结

地下矿山通风关系到井下安全、作业环境和运行成本。有效的通风方案需要同时解决风量分配、阻力控制、气体与粉尘治理、柴油机尾气控制及深井热害等问题,并随着采掘接续和设备工况变化持续调整。[1][2][3][4][6]

评估新建或既有通风系统时,应把需风量、通风网络、风机工况、污染物来源和热环境放在一起分析。合理的通风设备配置应服务于完整的系统方案,而不是代替通风设计本身。[1][2][4]


需要沟通地下矿山通风项目?

欢迎提供项目所需风量、风压、井深、矿种和运行条件,沟通通风设备选型与配套要求。如已有通风系统图、风机运行曲线或阻力测定资料,也可一并提供,便于结合实际工况讨论。

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参考资料

[1] 国家标准全文公开系统 — 《金属非金属矿山安全规程》(GB 16423—2020)。用于查阅金属非金属矿山安全要求及地下矿山通风的相关规定。
[2] 应急管理部 — 《煤矿安全规程》(应急管理部令第17号)。2026年2月1日起施行。用于查阅煤矿通风、瓦斯防治、局部通风及相关安全要求。
[3] 赵昱东 — 《地下矿用柴油设备排放污染与控制技术》。国内矿用柴油设备排放与尾气净化技术研究,用于了解污染物控制的工程背景,不作为现行排放限值依据。
[4] 张水平等 — 《矿井扩能通风系统计算机优化研究》。国内矿井通风系统优化研究,涉及风路布置、阻力分析、风量分配与主扇工况匹配。
[5] 张浪、刘彦青 — 《矿井智能通风与关键技术研究》。用于了解动态需风量计算、风量按需调控及监测、分析、控制和反馈等技术环节。
[6] 罗勇东等 — 《矿井高温掘进巷道降温技术研究及应用》。国内矿井热害与降温研究,涉及围岩及热涌水影响、隔热和局部制冷措施。
[7] 国家矿山安全监察局 — 《矿山安全风险监测预警处置工作管理办法(试行)》。用于了解矿山安全风险监测、预警和处置工作的管理要求。
[8] 周福宝等 — 《矿井智能通风理论与技术研究进展》。用于了解通风参数监测、风网实时解算、故障诊断和智能控制的研究进展。

扩展阅读

[A] 国家矿山安全监察局 — 《矿山安全标准体系建设指南:通风与粉尘、热害防治标准子体系》发布通知。了解通风、粉尘和热害防治相关标准体系的建设方向;其中的拟制修订项目不等同于已经实施的标准。
[B] 国家矿山安全监察局 — 《金属非金属矿山智能化建设指南(2025年版)》发布通知。了解金属非金属矿山智能化建设的分类推进、一矿一策及运行保障要求。
[C] 站内阅读 — 矿用通风机。进一步了解井下通风系统中的设备类型、适用工况和选型资料。
[D] 站内阅读 — 矿用轴流通风机。了解矿山通风用轴流设备及其应用方向。
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