古代与近代矿井通风简史

辽宁工程技术大学

刘剑

矿井通风的发展历史也是采矿技术发展史的最重要方面。已发现的最早的人类采矿遗址当属斯威士兰的“狮穴”，经C14放射性测试该遗址大约形成于43000年前，当时古人类在此开采⾚铁矿用于做原始人图腾的颜料。自然通风是古代井工矿井的唯一通风方法，公元前600-800年希腊和罗马帝国已采用双井进行自然通风，而这一通风方法一直到20世纪末甚至还能在我国个别地区的小煤矿中被采用。

1973年沈阳北陵附近新石器时代的新乐遗址考古证明我国早在6000-7000年前就已发现并利用煤炭。1950年代和1970年代陕西宝鸡茹家庄考古证实，早在西周时期作为当时全国政治、经济中心的陕西煤炭已经被开采利用。

春秋时期（公元前8世纪-3世纪）的湖北大冶铜绿山古铜矿已经使用了立井、斜井、平巷联合开拓，初步形成了包括采掘、装载、提升、通风、排水、照明等的地下开采系统，开采深度达60多米。

西汉至魏晋南北朝出现了一定规模的煤井和相应的采煤技术，煤炭被用于冶铁。隋唐至元代煤炭开发更为普遍，炼焦萌芽始于唐代，到宋代已日臻成熟。1627年在斯洛伐克第一次使用黑火药开矿。

       近代新式煤矿诞生的标志是指使用了以蒸汽为动力的提升机、通风机和抽水机，并具有生产的规模性、专业性和商业性。中国近代煤矿诞生于1870年代。台湾基隆煤矿是由两江总督、福州船政局督办沈葆祯创建的。1876年开始筹建，聘请英国工程师、购买英国机器，1878年建成投产，日产能力约300吨，主要设备有蒸汽提升机、通风机和抽水机。开平煤矿是由直隶总督李鸿章委派轮船招商局总办唐廷枢创建的。1881年建成投产，日产能力500吨。主要设施有：提煤立井1个，深60丈，直径14英尺；通风、抽水立井1个，深30丈，直径14英尺；蒸汽绞车（即提升机）1台、蒸汽动力扇风机1台，蒸汽动力水泵3台、靠重车牵动的小绞车1台；机修车间1个；运输铁路1条，从唐山至胥各庄，长15里（是中国第一条铁路）。

自然通风是古代井工矿井的唯一通风方法，公元前600-800年希腊和罗马帝国已采用双井进行自然通风，而这一通风方法一直到20世纪末甚至还能在我国个别地区的小煤矿中被采用。1556年德国人Georgius Agricola的著述记载了在井口使用人力和马力驱动的木制离心式通风机。1637年（明崇祯10年）天工开物出版，书中记载了自然通风方法及使用竹筒排除毒气。约在1640年，人们开始把进风和回风路线分开，以利用自然通风压力进行矿井通风。为了加大通风压力，1650年在回风路线上设置火筐。1787年又在回风路线上设置火炉，使回风风流加热。

1807年风量约200m3/min的兽力活塞式空气泵。1849年转速约95r/min风量约500m3/min的蒸汽铁质离心式通风机。1862年英国圭贝尔发明离心通风机。其叶轮、机壳为同心圆形，机壳为砖制，木制叶轮采用后向直叶片，效率仅为40%左右，用于矿山通风。1880年，人们设计出用于矿井排送风的蜗型机壳和后向弯曲叶片的离心通风机，结构趋于完善。1892年法国研制成横流通风机。1898年电力初型轴流式通风机相继投入使用。但当时应用于矿业和冶金工业鼓风的通风机，压力仅为100~300帕，效率仅为15~25%。1898年爱尔兰人设计出前向叶片的西罗柯式离心通风机，并为各国广泛采用。

1920年代通风机、排⽔水机逐渐由蒸汽动⼒力改为电力，通风机的风量高达10000 m³/min。

       1940年代矿井已使用功率约1500KW和3000KW的电力轴流式和离心式大型通风机。抚顺矿区是近代煤矿中拥有大型风机最多的矿区，通风能力为全国之冠。如抚顺老虎台矿装有风量为13000m3/min的扇风机1 台；龙凤矿安装风量分别为15000m3/min和3000m3/min的通风机各1 台，1500 m3/min的通风机2 台。1948年，丹麦研制成运行中动页可调的轴流通风机；旋轴流通风机、子午加速轴流通风机、斜流通风机及横流通风机。

古代人们曾经使用金丝雀检测井下氧气和有毒有害气体状况。1672年矿工身穿潮湿衣帽，伏在底板上，手举一端装有燃着蜡烛的木棍，把局部积存的沼气燃烧掉。由于危险，后来改用背上装有燃着的蜡烛的骡马去燃烧掉沼气。1813年开始用安全油灯照明并检查氧气、沼气和二氧化碳的浓度。1940年代，各种气体的检测技术有了较大的发展。1960年代，风流种各种参数（沼气和一氧化碳浓度、风速、压力、温度等）已经实现了遥测和遥讯。

       1834年法国鲁阿雷煤田伊萨克矿井发生世界上第一次有记载的煤与瓦斯突出。1894年位于捷克斯洛伐克境内的俄斯特拉发-卡尔维纳地区(Ostrav-Karvina)拉瑞什(Larisch)煤矿因火灾引起瓦斯爆炸,当场死亡235人,处理事故时又发生第二次瓦斯爆炸,矿山救护队员大部分牺牲。1906年法国加莱(Calais)无⽡斯矿发生煤尘爆炸,死亡1110。1942年中国本溪湖煤矿,在日本占领下发⽣生瓦斯煤尘爆炸,死亡1527 人。1960年5月9日13时45分中外采矿史上最悲惨的煤尘大爆炸在我国最大的煤炭生产基地——大同矿务局老白洞矿发生。事故死亡677人，连同被救出的228人中又死亡5人，共死亡682人。

1745年，俄国科学家M.B.JIOMOHOCOB发表了空气在矿井流动的理论；1764年法国采矿工程师JARS发表了关于矿井自然通风的理论，成为矿井通风学科史上奠基的两篇论文。1862年关于煤炭自燃的文章。1937年美国马斯卡特(M.Muskat)《流体在均质多孔介质中的流动》出版。

1895年中国设有采矿冶金系的北洋大学成立。