可歌可泣的矿井通风史.pdf

开栏的话 为7 进一步加大安全产相识、技能的宣传力度．从罪层次促进安全P 领域t 点问 目、突出问题的解决．根据幸W 安全文n 科技期刊酌定位．M 丰期* 镕，拽∞开* 专家太 讲堂 栏目。栏目每期邀请一位安全生产领域的专家、学者，就某一问％．专题进行浑度探 讨。热忱欢迎各位专家、学者日跃投稿。 本期专家 采矿业是推进人类走向丈明。 的最古老的工业之一，自采 矿安奎又总是与矿井通风息 ．也相关。矿井通风的发展历 程既有许多成就又有不少灾 难．矿井通风学科充满着探 索和发现，它令人激动．夸 人感慨，是工业所史研究学 者非常关注的顿域．本期， 我们道请中南大学资源与安 全工程学院教授，博士生导 师是超，为广走读者舟绍矿 井通风的发展历程，m 期馊 走家更加珍惜已有的矿井通 风理论和方法，重视和传承 现有的通风知识，并从历史T 经验中得到新的启发． 吴超 1 9 5 7 年8 月女生于广东揭m ．；，A 硅，博士．现任十南太 荦责簿与安士I 程学虎教授．博生导师．兼任教育部高等擘 棱安全I 程荦抖最学指导妻i 舍圭自安奎学科建设舟妻套剐 主任．奎田安空I 程情域i 程目培养协m n 劓蛆长，省安奎 生产专謇娄A 奎专謇等国务臆跛府特珠津％获得者j 9 9 1 丰 12 月开* 任原十南I m 太学城，f 在瑶典【1 9 8 6 1 9 ％ ．美 田 1 9 9 9l 的嘶走擘担任窖座研究i ，一直“事安全和 诔埙 域竹教学与科目I 作，菠省郜H 教擘与科研点秉羹励和发明专 } 0 2 0 ；4 ，在目 外发表论文2 8 0 } 蒿 可歌可泣的矿井通风史 矿井通风的发展过程是一部十分悲壮并且感人肺腑的历史．现在许多已 有的知识是无黼人用生命按来的。国际上许多研究工业历史的论文和专著 都以矿井通风为题．英国 采矿工程师 杂志在1 9 8 5 一1 9 8 6 年破天荒地连续 刊登了8 篇萨斯顿 岛x I o nl r v l n 撰写．名为煤矿谭风从阿格里科拉 G e 。唧u s q n c d a 时代到2 D 世纪8 0 年代的历史 的回颐文章．谊说明国 扑学术界对矿井通风史给予了充分的重视。但翻开中国许多矿井通风的数科 书船专著及学位论文．很难看到有关矿井通风史的寻根描述。从中国学术期 刊网络出版总库 1 9 7 9 2 0 0 7 年 中检索“矿井通风史”．也未曾省到相关 的文献，遗不得不使人感到十分嬲。 在地下巷漕中观察空气拼} 动具有悠久的历史。公元前∞。。一】2 。。年，圄 洲采矿古人挖掘巷遭到白垩矿瘴申寻找打火石．可能就有了观察空气流动的 体会。戈拉弗斯 G 『心G r a 嶝 在南美格兰的考古凋查表明．早期采打火 石的矿工是通过在作业面骨香术材．通过热胀冷缩破碎岩石．这样一来．那些 新石器时代的采矿古人很容易地就会观察到火引起空气 t 动。实际上．火引 起空气流动的作用被古希腊八、古罗马 和中古欧洲人以及英国工业革命时 期多扶再发现。 希腊野临 L a u n u m 银矿古采矿蛄于公元前6 。0 年．从古矿布局发现 古希腊采矿人已经有意识知谱采矿需要通风风踣，每个采矿点至少要两条风 万方数据 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。半用于 回风到地袭。古罗马帝国时代的地下 矿通常有两个井简．朴里尼 P l m y 公元2 3 7 9 年 曾描述嫂隶们使用 棕榈叶引风到巷道中自I 坜景。 尽管在欧洲盒届矿古采矿始于公 元1 5 。0 年．但仍然没有留下多少当时 记采采矿的立献。阿格里科拉是中欧 渡希米亚 B 。h e m I a 铁矿开采和冶 绦领域的物理学家，他用拉丁文攫写 了第一} ；| i 涉臣采矿的不朽巨著 D e R e M e k l l j ∞ ‘矿冶垒书 。该 书出版于1 5 孵年．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、用人和马孵动 术制离心式风机、用于辅助通风的风 箱和风门。阿格里科扭也蜘道了矿井 有害气体的詹险，扑下空气的氧含时 会碱少 见图1 。该书描述到“矿 工有时被呼吸的有害气体毒死了”． 这种‘有害气体’垃甲烷和空气的混 合彻．具有爆炸危险。 阿格里科拉的矿冶全书 在 1 9 12 年由毕业于美国新坦福大学的 青年采矿工程师胡弗 H e r b e r fc H o o v “ 和他的妻子撂 L o u 翻译 成为英文，胡弗后来当选了】9 2 争1 9 3 3 年期间的美国总统。 从1 7 世纪以来．英国皇家协会发 表r 许多关于矿井内爆炸和有毒有害 气体性质的论文。工业革命对攥的需 求迅速增K ．在1 8 一l g 世纪．许多甜 井的状况对被雇佣的成年男女和童工 来蜕是十分恐怖的．矿井通风单纯用 自然通风．在地袁和井下的z j 气温度 接近榴等的情况F ．风流就处于不硫 动状志。在那个时代，娃早的谣风妒 是建在地表．后来很快发现将燃烧的 煤盛于铁丝做成的篮子中 井将其吊 在回风井中对改善通风非常有效．而 且．篮子放得越下．通风效果越好。 这～发现很快就导或了回风并底炉的 掏建。 存1 8 世纪早期以前．井1 、H 目明的 g - 善；““‘”2 2 8 ’ 8 4 ””4 8 目2 一 月 ∞ n ■n i ∞ t 专家大讲堂s A F E T Y 睢一途径是用蜡烛，蜡蛙明火引起了 无数次瓦斯爆炸灾琏．尽管当时 们 知道瓦斯的危害和蜡烛是引起瓦斯鼹 炸的原因，但人们预防瓦斯爆炸的手 段非常有艰。一个赴理瓦斯的普垃方 法是在每班下井前，派一个“点火 八”先下井引爆瓦斯，“点火 ”穿 若预先用水渔湿的棉袄，手里拿若一 长棍．棍子的一头绑着点燃的蜡烛． 他下井的任务是在其他矿工下井前先 点燃采煤工作面积聚的瓦斯．使之后 短时何内币会再出现瓦斯爆炸事搜。 但这种方法对“点火人”来说是非常 危险的。 英格兰北部有一位采矿工程师布 得勒 J o h nB u d d I e ．1 7 7 3 一l 蹦3 在 预防瓦斯爆炸方面做了两个重要的隍 进。首先，他通过引入“盲管”给回 风 f 的口’子底部提供足够的新空气， 使含有瓦斯的“污风”绕过炉子被排 出地表；从垆子出来的燃烧气体进入 回风升．由于温度不高不至于点雠瓦 斯．但此时在同风’ 中仍然有良好的 “烟囱效应” 即自然通风作用 。 布得勒的第二个发明是“盘区 即分 支 通风” 在耶以前．风流一个搂 一个地串联流八工作面．瓦斯的浓度 不断增大 。布得勒将采区划分为若 千独立的盘区．他发现如果每个盘区 分别有一个进风道和回风遵．通风效 果有了显著改善．并且瓦斯的浓度犬 幅度F 降。他的偶然发现几乎娄似干 得出并联风路布置比串联风路优越的 原理．在邪几十年后．阿金森 】o h n j o bA l k l ㈣ 的理论分析才从数学 上证明了上述嗄理。 在1 8 世纪，人们对矿井的安全 照明方法开展了探索．当时一些科 学家握出了许多建议．侧如．应 用很细的蜡烛 今天看起来非常滑 稽 。在1 7 3 3 年．斯应丁 c a 巾s l e s 。e d d l n q 发明了一种用铁沙轮打磨 打火石的装簧 见图2 ．将谖装置 挂在一个童工的脚前．通过用手转动 铁沙轮磨擦打火石连续发光，为井下 万方数据 提供照明。该装 置虽然比蜡烛 鞋为安全．但 它的发光报 差．而且仍然 能昭引爆瓦斯。 1 8 1 2 年．在幅林 F e 儿j n q 矿发生一次瓦斯爆炸矿难，柯 9 2 名矿工死亡。当时由地方牧师的帮助． 成立了一个顶防该娄矿难的协会．并与当 时的英国皂家协会的主席硪维 H u m D h e v D a o y 先生接触．试图开发安全矿灯。 藏维访问了布得勒并了解了一些矿井的情 况．由于当时电还{ 殳胄发明。他的研究仅 限于火焰灯的结构。经过短时间的丈验． 他发现燃烧瓦斯的火焰不能迅速地通过编 织的铁丝笼，儿而发明了戴维矿灯 见图 3 。这种灯由铁丝笼中的火焰发光．茌 铁丝笼中的瓦斯完全燃烧，然而火蜗不会 穿过。 目3 t r 目 在俄罗斯，有一位伟大的学者MB 笋 奠诺索夫在1 7 婢向俄罗斯科学院提出了一 篇题为 关于空气在矿井内的自由流动 论文，第一次把空气在矿井内自然蔬动的 柏∞■t ；H 洲1 2 ■ 性质与规} | 加以说明。笋奠若毳竞戎为俄罗斯矿拌商风理论的奠基者。 最经典的矿井通风论文也许应届北英格兰采矿工程师佛会阿盒森于 1 8 5 4 年1 2 月发表的题为‘关于矿井通风的拜畦 的论文。阿金森是采矿 经理．后来他成为第一批矿井安全监察贸。阿盒淼在数学和语言片面受 到良好教育．他受诸国水利T 程师早期著作影响很大．他撰写的那篇论 文长坫1 5 4 页，以至发表有些围堆。经过努力论文坯是发表了，并且在当 时皇家1 办会的次会议安排了讨论。在该论文中，阿盘森提出和发腥的 通风原理在现代矿井通风谩计中仍然被作为基础。阿金森论文的详纲数 学分析推导对干当时的I 程师粜赫』于复杂．以至他的论文被封存在档 塞哺里．直到他死后大约6 咩．谈论文才重新谴发现井应用于实践中。 在阿金森时代，随着蒸汽机的发明，第一台动力驱动的通风机出现 了．风矶从活塞式或气缸式改成了融0 式。到了1 9 世纪末，矿井的作业 条件开} 有了珐规控制．井下作业人品必须具备一定的资格．当时矿井 经理资格考核主要集中在通风的题目上。 到P f 崆2 0 年代．矿井通风荇些国家得到加逢研究．通过使用改 进的仪器，可以对矿井风祈c 压力开展有组缎的测挝，吼便用于矿井通 风设计。阿金森的理论在实践中得到验证。1 9 3 。年第一台轴流式风机应 用于矿井通风。 1 9 4 3 年．恒斯雷 FB a d e nH m s I e Y 数接芷表了异一篇经蛐的沧 文，该论文通过应用热动力学分析了风流的性质。博斯雷同时在英国诺 丁汉大学开展研究．于1 9 s 2 年将模拟计算机第一坎应用于矿井通风，以 便满足通风谩计的需要．该技术被广泛威功应用超过十年。上世纪6 0 年 代钾期．使用数字计算机进行矿井通风网络分析程序的开发完拿荷代了 模姒装置。 开始．刚络分析程序需委大删的计算机．这种目面一亢维 持到上世纪7 0 年代。到了上世纪8 0 年代．台式机殛相应的程序出现以 后．计算机网络分析战为矿井通风漫讣的主要n 法。 原苏联采矿学家、苏联科学院院断阔峨斯摹 { A c ⋯⋯K Hn ．1 8 7 d1 9 6 0 在t 世纪4 0 年代剑、Z 了矿井 空气动力学．提出了煤层空隙苹和铡定瓦斯台菌的研究方法．并撰写了 矿井大气 、‘矿井火灾 ，‘矿井通风 等著作，为矿井通风做出 了许多开拓性贡献。他于】9 5 卿1 9 5 1 年获得苏联国家奖。 二、中国古代的矿井通风史 中国的古代采矿历史悠久．古代采矿成就举世罕见，商关古代矿井 通风史也同样回名于世，f 日公元前后数百年期问有关采矿 』通风的文字 记载却非常少见，直到宋代才有r 比较详细的文字记载。孔平仲在 谴 苑 中讲到过铜矿开采过程中防止有害气体的办法。书中记载“役夫 云地中变怪至多，有冷咽气中人即死。役夫掘地而八，必以K 竹筒端 置火先试之，如火焰青．即冷垌气也，急避之，幼前．乃免。”这里说 的冷烟气是指有毒有害气体。1 6 3 7 年宋应鞋撰写的天工开物 足对中 国古代农业和工业生产技术系统全面的总结，在科学史中酋开先侧． 足可与阿格里科拉撰写的‘D eR eM e e a I | i c a 桕媲美。1 8 6 9 年，‘天工 开 } 身有关工业各章的茫文摘泽．M 被堕中收入“中华帝国工业之今 昔”．刊于巴婺。朱应星‘天I 开切 的 墙石 章所论硬的氍抖采 万方数据 煤．在井下安装大竹筒以排除Ⅱ斯和巷道 支护的技术，以硬镄础打时的安全措施， 都值得后人称道。 中国古代古采矿与蛆风史大致可以分 为萌芽期 史前时期 、形成期 商代中 期 、扪步发艘期 西周时期 ，创新发 展期 春秋至战国中期】、充实期 搴汉 至元代 、全面发展期 明清时期 。从 中同典型古矿靖址中也可以窥见中国古代 的矿井通风技术和方法。 1 自瑞g 的铜峥古自矿遗址 位于瑞昌的铜岭古铜矿诗址发掘于1 9 8 B 年3 月．考古发现该古矿距今有3 。。年历史。 整个遗址约有3 万m 2 ，分为采矿区和冶炼 区。目前已发掘笺。。一．其中采矿区揭蘑面 积1 8 。0 m 7 ，发现古代竖井J 0 3 口。古巷道J 9 祭，露采坑7 处，工删5 处．诸矿场l 处。冶炼 区揭露面积1 2 。耐，发现目铲继，储水井1 8 口；并出用术石铜、竹阁等制作的 琏矿l 具与生活用具6 ∞多件。儿该遗址的 竖井和平巷结构可以分析得出，当时采矿已 经有了完整的自然面牖统。 2 安鞋铜睦的全牛月古采矿遣m 位于安徽铡陵市风凰山F 的金牛洞古 采矿遗址考古发现．该地区约在∞∞年前 就订步形成了系统的采矿技术．洞内有古 代采铜矿竖井、平硐、斜井、支架、出八 口等，并形战自然通风系统。据史料记载 锕陵地区从商周至唐束直是中国古代的 冶铜中心。 3 湖| 匕走冶的铜绿 古橱矿遣M 铜绿山古铜矿遗址距夸已有3 。0 0 多年 的历史．位于湖北大冶铜绿山的古铜矿趋 址考古发现．在7 个已请理的古代采矿盥址 中．发掘总面积约4 9 2 3 m ‘．深度4 0 1 6 嘶． 清理出竖 盲 井2 3 什，平 斜 巷1 0 。余 条，其中典型的井替工程柯嘬井和平巷， 可以形威有效的自然通风系统。 4 甘肃自银的矿 遣迹 从甘肃白银矿山遗迹诗彻考证分析． 谈地区采矿可以追溯到明朝洪武年何．至 今已有6 。0 多年的历史。E 世纪5 0 年代采矿 专家大讲堂s F E T Y 过程中发现了大量前人开凿的坑道和采场．而且规 l 较大．有记载的古采 矿遗迹3 。多处，包括划、老嗣、旧矿堆和淘金用的水井厦烁消。最大的古 代采矿遗址主巷道都茌I 。。米以t ．坑道延长上千米．并形成了有效的自 然通风系统。 三、矿井通风史给我们带来的思考 ’■‘h ⋯t 一～‘～H j ●●●■●■■■■■■●●■■●●●●●嘲 1 采矿业是最古老的行业．在推进 娄工业文明过程中作出了巨 大的贾献．直到今天还足人类的重要基础工业。人燮在享受采矿业舟我们 带来能源和贷嘲拘同时．挟不麻该忘记采矿业昕笈挥的巨大作用和采矿过 程中牺牲无数生命自玳价。 2 1 8 一1 9 世纪工业革命需要大量的煤炭帮矿物资豫，期间博矿多次 发生瓦斯与煤尘爆炸．使许多下井T 作的成 男女和童工死于矿硅．这也 导致了矿井通风理拥技术成为采矿科学之酋。 3 我国古代和欧洲古代的采矿通风同样有着悠久的历史，同样为 采矿安拿做出了突出贡献。由于历史原因，到了近f 弋。我国的采矿通风技 术落后于西方鲥家，我凼近代酏拿不山类似天T 开物的臣著可以与 西方的科学著作榴熊美。 4 从国外的矿井通风史看出．欧洲人非常注重已有知识和经验的 传承祀发展，他们丑短犯莆坯捕秕不多，f 4r 近代和现代，出现内于通 风问题造成大鼠 品份亡的事救已经不多见了。但我斟到现在仍然不时发 生由于通风不良而造成的矿难。1 9 6 0 军5 月9 H ，山西省大同矿务局老自嗣 矿靛生九 界采矿史} 最为惨蝻的艇尘和瓦斯太爆炸事故．当时死广6 玎 人．连同键救出的2 2 8 人中叉死亡的s 计算在内，共死亡6 8 2 ；2 0 。辉 J J 月2 8 日．陕西铜川矿务目陈家山煤矿发生瓦斯爆炸l 辙，娘| 人死亡．4 1 人受伤2 ∞5 年2 月1 4 日．疆宁省章新市孙家湾煤矿发生瓦斯爆炸事故． 2 1 4 死亡．∞人受伤。这些屉晾世界的矿难的确值得我们深思 5 在西方国家．现在矿井通风的研究成就不仅用于防止瓦斯爆炸 等事故，而且使井下环境条件得到了艟若的改善。现在．由于不台理匠圊 造成的 员伤亡事拉已经桕对罕见了．通风系统的日臻科学完善．改善了 作业坜所的环境利牛．显著鼹高了矿工的劳动生产率。 6 如果没有给’f 下供给新鲜空气，不管最％ 哈铀最现代的设备都 不能在矿井中有婉作业。困此，矿井通风的研究和应用仍然任重而遘远。 矿井通风的理论、技术、装备和经验需委采矿科技人品传承和发扬光大。 7 现在．采矿业仍然是我国国民经济的支柱产业。但我国的采矿 业生产水平非常不平衡．既有实现了机艟化、自动化和数字化的世界谎 矿山．也还有诸多全赖人力 采矿和处于一两百年前生产 水平的小矿⋯，这些小矿山 的生产现状与2 l 世纪工业生 产要求是那么的不和谐。 音任缡辑棘洁 万方数据 可歌可泣的矿井通风史可歌可泣的矿井通风史 作者吴超 作者单位中南大学资源与安全工程学院 刊名 湖南安全与防灾 英文刊名HUNAN SAFETY AND DISASTER PREVENTION 年，卷期20112 本文链接