礦井通風(fēng)是指利用機(jī)械和自然風(fēng)壓為動(dòng)力，使地面新鮮空氣進(jìn)入井下，并在井巷中作定向和定量流動(dòng)，稀釋井下有害物并將污濁的空氣排出礦井的過(guò)程。其實(shí)質(zhì)是有效地、合理地組織空氣流動(dòng)，稀釋有害物質(zhì)。礦井通風(fēng)的基本任務(wù)是：連續(xù)不斷地向井下供給適當(dāng)空氣，將新鮮空氣科學(xué)合理地分配到各個(gè)用風(fēng)地點(diǎn)，控制并稀釋有毒有害物質(zhì)。調(diào)節(jié)礦內(nèi)氣候條件，保證安全生產(chǎn)。

　　礦井通風(fēng)系統(tǒng)是通風(fēng)動(dòng)力、通風(fēng)網(wǎng)路和通風(fēng)控制設(shè)施的總稱。礦井通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)全礦井的通風(fēng)狀況具有全局性的影響，是搞好井下通風(fēng)防塵工作的基礎(chǔ)。法律、法規(guī)明確規(guī)定，礦井必須有完整的、合理的通風(fēng)系統(tǒng)。

　　地下采礦作業(yè)是在有限有空間內(nèi)進(jìn)行的，不僅工作空間狹小、工作地點(diǎn)多變，生產(chǎn)過(guò)程中礦床和圍巖體內(nèi)會(huì)不斷涌出瓦斯、碳氧化合物、氮氧化合物等有害氣體，生產(chǎn)過(guò)程中也會(huì)不斷產(chǎn)生礦塵，部分礦井甚至還存在放射性元素，這些有毒有害物質(zhì)主要靠通風(fēng)的辦法解決。地面空氣進(jìn)入井下后，氧含量會(huì)逐漸降低，礦塵和有毒有害氣體成分增加，空氣的溫度、濕度和壓力等參數(shù)也會(huì)發(fā)生一定的變化。

　　為井下采礦活動(dòng)提供安全舒適的作業(yè)環(huán)境是礦井通風(fēng)的根本目的�？疾榈V井氣候條件的主要指標(biāo)是空氣的溫度、濕度和流速。而從安全的角度上講，考察礦井通風(fēng)工程主要是從風(fēng)流速度、風(fēng)量、有毒有害氣體濃度、空氣的溫度和濕度以及通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性等方面進(jìn)行。

　　礦井通風(fēng)研究的主要內(nèi)容包括：有害物的生成和分布規(guī)律;井下氣候條件變化規(guī)律及改善方法;井下各作業(yè)地點(diǎn)和礦井總風(fēng)量的正確確定方法;通風(fēng)系統(tǒng)、通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)和通風(fēng)方法的正確確定;通風(fēng)阻力、通風(fēng)動(dòng)力特征以及通風(fēng)技術(shù)管理等方面內(nèi)容。

　　礦井通風(fēng)的研究方法主要包括：三個(gè)定律(即質(zhì)量守恒定律、動(dòng)量守恒定律和能量守恒定律);氣體狀態(tài)方程、連續(xù)性方程、運(yùn)動(dòng)方程和動(dòng)量方程;物質(zhì)、能量轉(zhuǎn)移方程等。

　　礦井通風(fēng)是防止瓦斯、煤塵、火災(zāi)和熱害等自然災(zāi)害發(fā)生的根本保障。在災(zāi)變時(shí)期，合理的風(fēng)流調(diào)度是防止災(zāi)情惡化，保證有效救災(zāi)的最積極最有效的手段。無(wú)數(shù)的事故案例表明，零星事故的發(fā)生主要源于人們的思想麻痹和各種違章行為，而重大災(zāi)害事故的發(fā)生和惡化，與礦井通風(fēng)系統(tǒng)中存在的不安全隱患存在著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系。要搞好礦井通風(fēng)與安全工作必須在各種基礎(chǔ)理論的基礎(chǔ)上，運(yùn)用系統(tǒng)論、控制論的方法和手段，辯證地分析和解決有關(guān)問(wèn)題。

　　弄清采場(chǎng)范圍內(nèi)冒頂事故發(fā)生的原因和規(guī)律，對(duì)冒頂?shù)念A(yù)防和處理有著十分重要的意義。

　　1.事故發(fā)生的原因及地點(diǎn)

　　采煤工作面自開(kāi)切眼推進(jìn)到停采線，頂板運(yùn)動(dòng)和礦壓顯現(xiàn)特征可分為兩個(gè)發(fā)展階段，即老頂?shù)谝淮蝸?lái)壓前的來(lái)壓階段和老頂來(lái)壓完成后的正常推進(jìn)階段。對(duì)近幾年重大冒頂事故的分析可知，約80%的頂板事故發(fā)生在第一次來(lái)壓階段，其中71%發(fā)生在老頂來(lái)壓之前，只有29%發(fā)生在老頂來(lái)壓時(shí)。

　　初次來(lái)壓前，老頂兩端由煤壁等高支承，下沉量很小。工作面采用支撐力較低的增阻支柱支護(hù)，支柱上壓力很小。在支柱上沒(méi)有明顯壓力顯現(xiàn)的情況下，直接頂?shù)耐蝗贿\(yùn)動(dòng)很容易將支柱推倒，引起推垮事故。

　　在正常推進(jìn)階段，老頂來(lái)壓時(shí)冒頂事故，從機(jī)理上講原因有二：

　　一是工作面推至老頂周期來(lái)壓步距前時(shí)，老頂下沉量最小，如果支架阻力不夠或支護(hù)特性不合理，就會(huì)造成直接頂與老頂?shù)碾x層。老頂來(lái)壓時(shí)對(duì)直接頂形成沖擊，造成推垮工作面事故。

　　二是采用木支架等剛性支架，在老頂來(lái)壓時(shí)易被壓斷，失去支護(hù)能力，工作面被壓垮。

　　在第一次來(lái)壓階段0～30m范圍內(nèi)發(fā)生的傷亡事故中，有50%以上發(fā)生在工作面推進(jìn)不到10m的范圍內(nèi)，亦即工作面正處于開(kāi)始推進(jìn)的階段，其中，多數(shù)發(fā)生在進(jìn)行第一次放頂期間。其原因是該部位的老頂、強(qiáng)度高的直接頂上位巖層懸露跨度小，撓曲下沉不明顯，支架承壓小，容易在下位巖層切斷時(shí)垮落。沿工作面傾斜方向，距離上出口10m內(nèi)事故比臨近下出口部位事故要多得多，這主要是受上側(cè)采空區(qū)未受到良好支承的上覆巖層作用影響，工作面頂板完整性遭到破壞而造成的。

　　2.事故類型及作用力

　　研究表明，在嚴(yán)重切頂事故中，由直接頂運(yùn)動(dòng)造成的占絕大多數(shù)，由老頂大面積運(yùn)動(dòng)造成的也相當(dāng)可觀。這說(shuō)明，提前預(yù)報(bào)直接頂和老頂來(lái)壓的時(shí)間和位置，采取相應(yīng)的措施，避免嚴(yán)重切頂事故是完全可能的。

　　統(tǒng)計(jì)表明，工作面推垮事故在頂板事故中占的比例較大，而在因直接運(yùn)動(dòng)所造成的垮面事故中，推垮性事故所占比例更大。這說(shuō)明，在單體支柱工作面對(duì)頂板來(lái)壓，尤其是直接頂來(lái)壓，要著重解決支架穩(wěn)定性的問(wèn)題，要采用初撐力高的支柱以及合理的支護(hù)方式等。

　　在壓垮事故中，老頂來(lái)壓造成事故所占的比重較大，且多發(fā)生在木支柱工作面。實(shí)踐證明，目前采用單體液壓支柱支護(hù)的工作面，由于初撐力高，可縮量大，工作阻力比較均勻，可以大幅度地減少垮面事故。

　　3.事故的范圍

　　多起切頂事故中，全工作面塌垮的情況較少，這說(shuō)明除了直接頂和老頂來(lái)壓可能分段進(jìn)行外，各過(guò)程的操作及支護(hù)狀況也有影響。例如，在直接頂已在煤壁附近裂斷的情況下，采煤機(jī)盲目高速推進(jìn)，大面積空頂或支護(hù)質(zhì)量不高，極易在直接頂和老頂大面積運(yùn)動(dòng)時(shí)造成推垮工作面的事故。此外，多數(shù)傾斜方向推垮性事故都是在首先出現(xiàn)了局部冒頂之后發(fā)生的。

　　4.發(fā)生事故的煤層條件

　　絕大多數(shù)的頂板事故發(fā)生在中厚及厚煤層條件下，薄煤層頂板事故較少。厚煤層下分層開(kāi)采時(shí)的事故比重較大。其原因主要是在假頂下，特別是工作面剛開(kāi)始推進(jìn)時(shí)，直接頂膠結(jié)不牢，很容易發(fā)生局部冒頂，誘發(fā)大面積推垮工作面的事故。

　　據(jù)統(tǒng)計(jì)，有一半的頂板事故是發(fā)生在傾角大于20mm的煤層條件下的，而在推垮性事故中，所占比重更大。這是因?yàn)槊簩觾A角愈大，頂板運(yùn)動(dòng)時(shí)沿傾斜下滑的危險(xiǎn)也愈大(下滑分力大，阻力小)

　　大型推垮性事故中，有許多是發(fā)生在巖層強(qiáng)度差別較大的復(fù)合頂板下。但第一類復(fù)合頂板(即由低強(qiáng)度的直接頂與高強(qiáng)度的老頂相結(jié)合)，由于冒落厚度大，能夠充填采區(qū)，阻止直接頂向采空區(qū)運(yùn)動(dòng)。因此、只有在煤層傾角較大時(shí)，才會(huì)造成自傾斜方向推垮工作面的事故。而第二類復(fù)合頂板(即直接頂本身上硬下軟)，在一般情況下自傾斜和向老槽方向推垮工作面的事故都易發(fā)生，因此，是最危險(xiǎn)的頂板。

　　5.發(fā)生頂板事故的工藝技術(shù)條件

　　發(fā)生頂板事放，與采場(chǎng)的支護(hù)類型有關(guān)。采用金屬摩擦支柱的頂板事故次數(shù)最多，全部木材支護(hù)的次之、而單體液壓支柱工作面頂板事故則是個(gè)別現(xiàn)象。主要是當(dāng)前應(yīng)用的摩擦式金屬支柱初撐力低、阻力受操作質(zhì)量等人為因素影響很大，承載不均，可靠性差。木支架則是由于“頂不緊，抗不住”而造成的。工作面支護(hù)盡量采用初撐力大，可縮量大，阻力可靠的單體液壓支柱。

　　從統(tǒng)計(jì)中可以看到，采煤、放頂操作引起的頂板事故幾乎各占一半，說(shuō)明工藝操作引起頂板支承失衡是頂板大面積運(yùn)動(dòng)的一個(gè)重要條件。因此，通過(guò)礦壓觀測(cè)的方法，掌握頂板所處的狀態(tài)，在進(jìn)行采煤、放頂?shù)裙ぷ髦�，采取針�?duì)性措施，對(duì)于防止頂板事故是非常必要的。