技术与装备｜Technology & Equipment文 文永胜矿井通风指借助于机械或自然风压，向井下各用风点连续输送适量的新鲜空气，供给人员呼吸，降低井下工作面的温度，稀释并排出各种粉尘及有毒有害气体，创造良好的气候条件，为井下作业人员提供安全舒适的工作环境。
随着浅部矿产资源的日渐枯竭，矿产资源开采向纵深发展是必然的趋势。
随着开采深度的增加，矿井必将出现岩温增高、风路延长、阻力增大、风流压缩放热、风量调节困难、漏风突出、有毒有害物质和热湿排除受阻等问题。
因此，矿井通风的意义将更加重大。
古代通风史1.古希腊和欧洲的矿井通风史在地下巷道中观察空气流动具有悠久的历史。
公元前4000～1200年，欧洲采矿古人挖掘巷道到白垩矿床中寻找打火石可能就有了观察空气流动的体会。
希腊劳临（Laurium）银矿古采矿始于公元前600年，从古矿布局发现，古希腊采矿人已经意识到采矿需要通风风路，每个采矿点至少要两条风路，有迹象表明一个挖好的井被分隔成两半，一半用于进风，另一半用于回风到地表。
尽管欧洲金属古采矿始于公元1500年，但仍然没有留下多少当时记录采矿的文献。
阿格里科拉是中欧波希米亚（Bohemia）铁矿开采和冶炼领域的物理矿井通风技术的新发展本文从介绍古代通风史入手，阐述了矿井通风技术的新发展，重点分析了今后矿井通风的难点以及矿井通风系统优化设计的发展方向。
学家，他用拉丁文撰写了第一部涉及采矿的不朽巨著《De Re Metallica》（《矿冶全书》）。
该书出版于1556年，对矿井通风有细致的描述，通风方法包括：将地面风流引入井口的引风装置、用人和马驱动木制离心式风机、用于辅助通风的风箱和风门（见图1）。
2.中国的矿井通风史中国的古代采矿历史悠久，古代采矿成就举世罕见，有关古代矿井通风史也同样闻明于世，但公元前后数百年间有关采矿与通风的文字记载却非常少见，直到宋代才有了比较详细的文字记载。
中国古代采矿与通风史大致可以分为萌芽期（史前时期）、形成期（商代中期）、初步发展期（西周时期）、创新发展期（春秋至战国中期）、充实期（秦汉至元代）、全面发展期（明清时期）。
我国18至20世纪上半叶对矿井通风的研究几乎为空白，直到新中国成立后才开始有了自己的研究。
进入上世纪60年代，我国研究人员自己编撰的有关矿井通风领域的专著和教材不断出现，迄今已经有100多种。
矿井通风技术的新发展1.矿井通风理论与技术研究的进展上世纪50年代以来，我国矿井通风理论与技术研究取得如下主要进展。
（1）对井巷通风阻力进行了广泛的研究与测定。
（2）建立了各类作业面紊流传质方程及污染物浓度分析计算方法，为风量计算方法提供了理论依据。
（3）应用电子计算机计算和分析复杂通风网络，为矿井通风系统分析提供了有效的方法。
（4）射流通风理论与技术得到发展，利用风流动压的方向性调节与控制风流的技术获得应用。
（5）矿井火灾时风流非稳定流动规律的研究不断深化，建立起若干典型风流控制方案。
图1 阿格里科拉《矿冶全书》中描述矿井通风装置示意图世界有色金属 2008年第12期32Technology & Equipment｜技术与装备（6）受控循环通风理论推动了空气净化装置的研制和污染源控制技术的发展。
（7）深井热源、空气与围岩热交换和矿井热环境控制理论与技术有较大进展，初步形成矿内热力学理论体系。
（8）开展了矿井通风系统优化与控制的人工智能技术研究。
（9）开展了露天矿通风理论与技术的研究。
2.矿井通风节能技术研究的进展（1）多风机多级机站多风机多级机站具有显著的优越性，它既可提高矿井有效风量率，又可节省电能消耗。
我国自1983年开始该通风技术的试验研究以来，先后有几十个大中型非煤矿井采用此技术，改造原有的通风系统，都取得了明显的社会效益和经济效益。
（2）受控空气再循环技术过去，人们认为循环风流是污浊风流，会引起井下作业环境的污染物聚集而被禁止使用，但自从英国的S．L．Leach 和A．1ack在l964年得出了“通风工作面的污染物浓度只与工作面污染物的产生强度和进入工作面的新鲜风量有关，而与循环风量的大小无关”的结论以后，人们对循环风流才有了本质性的认识，于是，在英国、前苏联、美国，南非、加拿大等国家，相继对利用循环风流通风进行了理论分析和现场试验研究，其结果表明，受控循环通风方法是一种切实可行的新型通风方法，它不仅可以解决常规通风方法中难以解决的通风技术难题，而且具有显著的节能效果。
（3）主、辅扇联合工作主、辅扇联合工作是通风节能的一条有效途径，英国R·J·Rearee对此进行了计算机模拟研究，共作了12个模拟方案，结果表明，采用主、辅扇联合工作来代替传统曲地面主扇通风，可以保证作业区风量不变，而且其污染物浓度不超标准，年运转费用降低到原来的18．5%，而污染物浓度仅由1%上升到1．176%(作业区风流循环系数为15%)。
（4）采取降低风阻的办法在最大阻力路线上的高阻力区段采用扩大巷道断面的降阻措施收到明显降阻效果，局部降阻工程量小，在风速较高的主要回风道采用空气动力性能良好的通风构筑物也能收到良好的降阻效果。
（5）矿用节能风机的推广应用据全国矿井高温热害普查资料统计，目前，我国已有38对矿井的采掘工作面气温超过30℃。
“九五”期间我国有80多对矿井出现热害。
在高温环境下作业，不但劳动生产率会下降，而且矿工身体健康也会受到损害，同时严重威胁井下安全作业，并易引发灾害和事故。
为了确保安全生产，l982年国务院颁发的《矿山安全条例》规定，井下作业地点的空气温度不得超过28℃，现新规定为不得超过26℃。
国外也有类似规定。
因此，研究深井降温技术已成为国内外采矿技术中一个重要领域。
2.深井硬岩矿山岩爆灾害预测和防治地下开采的深部金属矿山或非煤矿山，可简称为深井硬岩矿山。
深井硬岩矿山潜在的地质灾害主要有冲击地压或岩爆、采矿地震、突水或涌水、采矿场和巷道围岩失稳、高岩温地热等。
这些地质灾害形成的诱因主要是随着开采深度的增加岩层承压增大，以及与地质结构弱面联合作用的结果。
随着我国矿山开采向深部延伸，岩爆防治已是我国矿山面临的重大课题。
为此，国家“九五”期间以铜陵有色金属公司冬瓜山大型深井开采矿山为研究基地，设置了“深井矿山岩层控制理论和技术研究”课题，对深井开采的岩爆灾害防治进行研究。
3．深井环境控制深井环境控制是深井开采的难题之一，对于运用常规手段来说，计算分析非常复杂，不能及时准确地为井下排热通风提供科学依据，通过国家“九五”科技攻关，开发了深井开采井下环境管理程序，将深井排热通风作业面需风量计算、网络计算、气候预测计算、网络预测计算简化成简便的计算机操作，随着矿井开采向深部延深，井下热害日趋严重。
深井环境控制是深井开采工艺的重要环节，直接影响到深井开采的投资和经营效果。
然而深井环境控制是一个非常复杂、一般手段无法解决的难题。
4.深部矿井地层储冷技术研究高温矿井生产率均较低，据南非多“九五”期间我国有80多对矿井出现热害。
在高温环境下作业，不但劳动生产率会下降，而且矿工身体健康也会受到损害，同时严重威胁井下安全作业，并易引发灾害和事故。
1985年在老厂锡矿南部通风系统设计时，K35风机问世，这类风机比K45风机性能有所提高，所以风机选型主要为K35风机。
1988年又研制出K40风机，这类风机又比前两种好。
1990年又研制出无驼峰的FS系列风机，采用了稳流环结构，消除了传统轴流风机在高风阻区出现的旋转失速现象，风压特性曲线比较平滑，较适合于多台风机联合运转。
（6）矿井通风系统分析与优化自然分风网络的优化研究迄今为止仍处于理论摸索阶段，它的研究对矿井通风设计、计划和管理具有理论和实际的指导意义，对节省能源、降低通风成本等产生直接影响，是一个值得重视的研究领域。
今后矿井通风的难点1.深井开采中的热害控制问题随着地表矿物日趋开采完毕，矿井采掘深度增加，由于地温随矿井深度增加而升高，加上其它热源的放热作用(空气压缩，氧化过程、机械设备做功)等原因，使得受到高温威胁的矿井日益增多。
2008年第12期 世界有色金属33年的调查统计，当矿内作业地点的空气湿球温度达到28.9℃时(相当于干球温度30℃)，开始出现中暑死亡事故。
利用大型制冷机组对井下工作面进行降温处理，虽然可达到降温目的，但由于其巨大的耗电量，使其运行费用过高导致其不能得到中国煤炭行业普遍的应用。
地层储冷技术将冬季空气中天然的冷能通过一套井上换能系统储存到地下储冷含水层中，其余季节通过另一套井上配套换能系统将这部分冷量从储冷含水层中提取出来，再通过井下换能系统用于井下工作面的制冷降温。
矿井通风系统优化设计发展方向矿井通风系统设计是矿井设计的主要内容之一，它不仅关系着矿井建设速度、投产时间、基建投资的多少，而且对矿井投入生产后的生产面貌和技术经济效益也有长远的影响，因此矿井通风系统的优化设计问题，一直是从事矿井通风工作的专业人员所关注的研究课题之一。
近年来，在这方面虽有不少研究成果，但有关矿井通风系统优化设计方面还存在许多的问题没有解决，有的还没有被涉及。
作者认为，矿井通风系统优化设计的理论与方法，今后应重点从以下三个方面开展工作。
1.从定性到定量的综合集成技术近年来，出现了一种综合已有的三种设计方法(基于案例、数学模型和逻辑的设计)的趋势。
钱学森等提出了开放的复杂巨系统的概念，并且提出要研究处理这类系统从定性到定量的综合集成技术。
冯夏庭博士等提出采矿理论发展的智能新途径。
智能科学(人工智能、神经网络等)的兴起和深入发展，为实现综合上述三种求解模式特点的矿井通风研究思路提供了重要的基础。
系统科学为其提供了重要的依据。
正确的矿井通风研究方法是引用人脑思维中的某些优点，吸收人的直觉、灵感，以逻辑推理、联想记忆与数值计算相结合，不确定性分析与确定性分析相结合，把人的知识、工程经验、数值计算、现场监测验证与计算机技术结合起来，建立一个智能性的矿井通风集成系统，并通过自学习和自适应机制，逐渐完善该系统，开拓出一条新的途径。
在实践中建立，在发展中完善智能通风学。
2.设计支持系统的研制矿井通风系统整体优化设计理论与方法的实现仍要以计算机为工具，而在目前的计算机硬软件水平下，建立自动设计系统是非常困难的，因此矿井通风系统计算机软件的建立应以设计决策支持系统(Design Decision Support System，DDSS)为主。
3.监测点的最优布局理论随着采矿工业的发展，矿床开采的规模越来越大，矿井通风系统的规模也随之不断扩大，复杂性随之提高，尤其是多级机站通风系统的采用，系统管理工作量越来越大。
因此采用传统的凭人工经验对系统进行管理的方法越来越不能满足人们对其社会效益和经济效益的要求，利用电子计算机和系统工程，实现矿井通风系统的优化管理和自动监控，使系统安全可靠经济运行势在必行。