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 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 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