地下采矿工程中的通风与安全问题探讨

引言

地下采矿工程作为人类获取矿产资源的重要方式，在支撑现代工业社会发展的同时，其作业环境的特殊性——如空间封闭、地质条件复杂、存在多种潜在危险源等，也决定了通风与安全是其永恒的核心议题。通风系统不仅是维持井下作业人员生命安全、保障设备正常运行的基础条件，它通过稀释和排出有害气体（如瓦斯、粉尘）、调节井下温湿度，直接关系到矿工的健康与工作效率；同时，它更是预防瓦斯爆炸、煤尘爆炸、内因火灾等重大事故的关键防线。安全则是地下采矿工程的底线，涵盖了顶板管理、水害防治、机电安全、人员行为规范等多个维度，任何环节的疏忽都可能导致灾难性后果。

一、地下采矿通风系统及其关键问题

（一）通风系统的基本功能与目标

地下采矿通风系统是保障矿井安全生产和人员健康的生命线。其基本功能与核心目标是多方面的：首要任务是持续不断地将井下作业过程中产生的各种有害气体，如瓦斯、二氧化碳、硫化氢等，有效排出或稀释到安全浓度以下；需调节井下恶劣的微气候环境，控制过高的温度和湿度，为矿工创造相对舒适的工作条件；必须强力稀释并排除因爆破、切割、运输等作业产生的粉尘，防止职业病的发生；也是最基本的要求，是向井下所有作业区域和人员提供充足、清洁的新鲜空气，满足人体正常的呼吸需求，确保生命安全。

（二）通风系统的主要构成与类型

一个完整的地下采矿通风系统由多个关键部分组成。动力核心是主要通风机和辅助通风机，它们驱动空气流动。各类通风构筑物，如风硐、风桥、风门、调节风窗等，用于引导、分配和控制风流路径与风量。整个系统形成复杂的通风网络，包括负责输送新鲜空气的进风巷道、工作面以及用于汇集和排出污浊空气的回风巷道。根据驱动方式，通风系统主要分为自然通风（依靠自然压差）和机械通风（依靠风机强制驱动），其中机械通风在现代化矿井中应用最广，能够提供更稳定、可控的通风效果。

（三）通风系统设计与运行中的常见问题

地下采矿通风系统在实际设计与运行中面临诸多挑战。由于矿体赋存条件复杂、开采范围广阔且动态变化，导致通风网络结构极其复杂，精确控制风流方向和分配风量难度很大。井下巷道长、断面不规则、支护方式多样，使得通风阻力普遍较大，导致能耗高企，运营成本增加。通风系统自身的可靠性有时不足，易受到生产活动（如掘进、回采、运输）的干扰和破坏，导致风路堵塞或短路。对通风效果的实时、精准监测能力仍有待提升，难以完全实现按需供风和智能调控。许多矿井的应急通风预案和设施不够完善，在发生灾变时难以快速有效地控制风流，保障人员安全撤离。

二、地下采矿主要安全风险及其与通风的关系

（一）瓦斯灾害（煤与瓦斯突出、瓦斯爆炸）

瓦斯灾害是煤矿井下最严重的威胁之一，主要包括煤与瓦斯突出和瓦斯爆炸。瓦斯（主要成分是甲烷）在高压下积聚于煤层及围岩中，当压力或应力状态失衡时，可能发生煤与瓦斯突出，瞬间喷出大量瓦斯和煤体，造成人员伤亡和设备损坏。更为常见且破坏性极大的是瓦斯爆炸，当瓦斯浓度达到爆炸界限（5%-16%）并遇到点火源（如电火花、摩擦火花、明火等）时，会引发剧烈爆炸，产生高温、高压冲击波，摧毁巷道，造成巨大伤亡。

（二）粉尘危害（煤尘爆炸、职业病）

地下采矿作业，特别是采掘和运输环节，会产生大量矿尘（煤尘、岩尘）。粉尘不仅污染作业环境，影响视线，更严重的是其潜在危害。当煤尘达到一定浓度（一般超过 45g/m3）并遇到点火源时，可能发生煤尘爆炸，其破坏力甚至超过瓦斯爆炸。长期吸入粉尘，特别是含游离二氧化硅的岩尘，会导致矿工患上尘肺病等不可逆转的职业病，严重损害健康甚至危及生命。

（三）热害问题

随着开采深度的增加和机械化程度的提高，地下矿井的“热害”问题日益突出。高温高湿的环境不仅严重影响矿工的身体健康、劳动效率和舒适度，还可能加速设备老化，甚至引发安全事故。井下热源主要包括地热、机械散热（设备运转产生）、氧化放热（煤、矿岩、坑木等氧化）以及人员散热等。通风在缓解热害方面发挥着基础性作用。

（四）火灾与爆炸风险

地下矿井中存在多种火灾与爆炸风险。内因火灾主要由煤炭自燃引起，多发生在采空区、遗留煤柱等区域，燃烧过程缓慢但难以扑灭，产生大量有毒有害气体（如一氧化碳），威胁人员安全并可能导致外因火灾或瓦斯爆炸。外因火灾则由外部火源（如电气设备故障、机械摩擦、吸烟、明火等）引燃可燃物（木材支护、电缆、油脂、煤尘等）造成，蔓延迅速，危害极大。

三、通风与安全协同管理的策略与技术

（一）科学合理的通风系统设计

科学合理的通风系统设计是保障地下采矿通风与安全协同的基础。设计阶段需综合考虑矿井地质条件、开拓方式、开采规模、生产布局、潜在安全风险（如瓦斯涌出量、粉尘产生量、热害程度）以及未来生产变化等多种因素。目标在于构建一个风量充足、风流稳定、风路畅通、能耗经济、且能有效服务于各作业地点的通风网络。这要求精确计算所需风量，合理选择风机类型与安装位置，优化井巷断面与支护形式以降低通风阻力，并设置必要的通风构筑物（风门、风桥、密闭等）来有效控制风流方向和分配。

（二）先进的通风监测与调控技术

先进的通风监测与调控技术是实现通风与安全协同管理的关键支撑。现代矿井广泛采用自动化监控系统，实时监测关键参数，如各作业点及回风流中的瓦斯浓度、粉尘浓度、风速、风压、温度、湿度以及风机运行状态等。这些数据通过传感器采集，传输至地面或区域控制中心，为管理人员提供全面、及时的信息。基于这些数据，结合先进的调控技术，如变频调速技术对主要通风机进行智能控制，实现按需供风、节能降耗；利用优化算法动态调整风门、风窗等局部通风设施的开度，精确调控各分支风量；应用GIS、三维建模等技术可视化展示通风网络状态，辅助决策。

（三）综合性安全防控措施

综合性安全防控措施是通风与安全协同管理的核心实践。这要求将通风管理深度融入整体安全生产管理体系中。一方面，严格执行通风相关规程和标准，如定期测定风量、风速，检查通风设施完好性，确保通风系统持续有效运行。另一方面，将通风效果作为评估和防控各类安全风险的重要依据。例如，根据瓦斯涌出规律和监测数据，动态调整局部通风措施，严防瓦斯超限；通过优化通风降低作业面粉尘浓度，同时辅以湿式作业、个体防护等综合防尘措施；针对热害，在加强通风的同时，采取个体降温、隔热材料等措施。

（四）应急管理与演练

完善的应急管理与定期的实战演练是应对通风相关突发事故、保障人员生命安全的最后防线。针对可能发生的瓦斯爆炸、火灾、突出、大面积停电导致通风系统瘫痪等紧急情况，必须制定详尽的应急预案。预案中应明确规定各种紧急情况下的通风策略，如启动备用风机、局部反风、风流短路、隔绝灾区通风等，以及相应的组织指挥、人员疏散、抢险救援流程。先进的监测系统是及时获取灾情信息、判断通风状态、指导应急决策的基础。

结论

地下采矿工程中的通风与安全是相互依存、密不可分的核心议题。通风系统不仅是保障井下空气质量、控制有害气体和粉尘、调节温湿度的关键设施，更是预防瓦斯突出与爆炸、煤尘爆炸、火灾蔓延以及应对热害等重大安全风险的基础。然而，通风系统设计与运行中存在的复杂性、能耗高、可靠性不足等问题，以及安全风险本身的多样性、突发性和严重性，都给地下采矿带来了严峻挑战。因此，实现通风与安全的协同管理至关重要。

参考文献：

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