1.1 矿井空气成分、性质和变化规律
1.1.1 矿井空气的成分
矿井空气的主要来源是地面空气，但地面空气进入井下以后会发生物理和化学两种变化，变化，因而矿井空气在成分、质量和数量都和地面空气有着程度不同的区别。
1.1.1.1地面空气成分的种类和数量
地面空气是干空气和水蒸气组成的混合气体，通常称为湿空气。在混合气体中，水蒸气的浓度随地区和季节而变化，其平均的体积浓度约为1%；此外还含有尘埃和烟雾等杂质，有时能污染局部地区的地面空气。
新鲜空气无色，无味和无臭，是维持生命所必需的，并能助燃。
1.1.1.2 矿井空气的主要成分及生成
上面提到，地面空气进入井下后，因发生物理和化学两种变化，使其成分种类增多，各种成分的浓度也发生改变。
1.矿井空气的主要成分
就煤矿而官，井下空气的成分种类共有O2、CH4、CO2、CO、H2S、SO2、N2、N02、H 2、NH3、水蒸气和浮尘十二种。由于各矿的具体条件不同，各矿的井下空气成分种类和浓度都有一定的差异。
在上述成分中，氧是井下人员呼吸所必需的，必须保持足够的浓度，其余九种(水蒸气除外)气体和浮尘，超过一定浓度时，对人体都是有害的，必须把它们的浓度降低到没有危害的程度.在这九种气体中CO、H2S、SO2和N02超过一定浓度时，还能使人体中毒。故称这九种气体为有害有毒气体，又名为广义的矿井瓦斯，而狭义的矿井瓦斯则专指CH4。CH4是煤矿井下昔遍存在的气体，在一定浓度范围内，具有爆炸性。所以，CH4是煤矿井下最危险的气体。煤矿井下经常出现且数量较多的气体是CH4和CO2，它们是计算矿井所需风量的主要根据。
2.物理变化
井下的物理变化有：
气体混入：沼气(CH4)、二氧化碳和硫化氢(H2S)等气体从地层中涌出到井下空气中。多数矿井有沼气涌出现象,沼气涌出量的大小各矿不同，有些矿井沼气涌出量高达40～50m3/min，有些矿井还伴随沼气涌出氮(N2)二氧化硫(SO2)和氢(H2)等气体。
固体混入：井下各种作业所产生的微小的岩尘、煤尘和其他杂尘浮游在井下空气之中。
气象变化：主要是由于井下空气的温度、气压和湿度的变化引起井下空气的体积和浓度变化。
以上物理变化的结果，不仅使井下空气的成分种类增多，而且各种成分的浓度亦发生变化。
3.化学变化
井下的化学变化有：
井下一切物质(煤、岩石、坑木、……等)的缓慢、氧化、爆破工作、火区氧化和人员的呼吸等都会产生二氧化碳；井下的爆破工作、火区氧化和机械润滑油高温分解等都能产生一氧化碳(CO)；井下火区氧化和含硫煤的水解都能产生硫化氢；井下火区氧化和含硫煤的缓慢氧化都能产生二氧化硫，井下爆破工作能产生氧化氮；井下充电硐室的电解能产生氢；井下火区氧化能产生氨。
1.1.1.3 井下空气成分的基本性质
1.氧(O2)
氧是无色、无臭、无味、无毒和无害的气体，比重为1.105，是人呼吸所必须的物质，故须供给井下足够的风量，以保证井下空气中有足够的氧量.因为氧是很活跃的元素，易使其它物质氧化,并能助燃，产生CO2和CO，故应阻止空气进入采空区和火区，以防止氧对煤炭氧化而自燃。
造成矿井空气中氧浓度降低的主要原因有：人员呼吸；煤岩和其他有机物的缓慢氧化；煤炭自燃；瓦斯、煤尘爆炸。此外，煤岩和生产过程中产生的各种有害气体，也使空气中的氧浓度相对降低。缺氧窒息是造成矿井人员伤亡的原因之一。
2.二氧化碳(CO2)
二氧化碳不助燃，也不能供人呼吸，略带酸臭味。二氧化碳比空气重(与空气的相对密度为1.52)，在风速较小的巷道中，底板附近浓度较大；在风速较大的巷道中，一般能与空气均匀地混合。
在新鲜空气中含有微量的二氧化碳对人体是无害的。二氧化碳对人体的呼吸中枢神经有刺激作用，如果空气中完全不含有二氧化碳，则人体的正常呼吸功能就不能维持。所以在抢救遇难者进行人工输氧时，往往要在氧气中加入5%的二氧化碳，以刺激遇难者的呼吸机 能。但当空气中二氧化碳的浓度过高时，也将使空气中的氧浓度相对降低，轻则使人呼吸加快，呼吸量增加，严重时也可能造成人员中毒或窒息。
3.氮气(N2)
氮气是一种惰性气体，是新鲜空气中的主要成分，它本身无毒、不助燃，也不供呼吸。但
空气中若氮气浓度升高，则势必造成氧浓度相对降低，从而也可能导致人员的窒息性伤害。正因为氮气为惰性气体，因此又可将其用于井下防灭火和防止瓦斯爆炸。
矿井空气中氮气主要来源是：井下爆破和生物的腐烂，有些煤岩层中也有氮气涌出。
1.1.1.4 井下常见有毒有害气体的基本性质
有毒有害气体的性质可分为以下几方面：
臭、味和色方面—有臭的气体有四种，即NH3 (剧臭)， SO2(强烈硫躏臭)， H2S(臭鸡蛋味，浓度为0.0001%时，便可嗅出来)，CO2(微酸臭)；有色气体只有一种，即 N02(浅红褐色)。可根据以上性质察觉这些气体的存在。
有毒有害气体对人体的影响：
对人体有毒的气体有五种。其中N02是最毒的气体，它能强烈地刺激眼睛和呼吸系统（鼻、喉、肺)，能和呼吸道上的水分化合而生成硝酸(HNO3)，可使肺浮肿致命.且初期不易发觉，有时数小时后才有中毒征兆。SO2能较强地刺激眼睛和呼吸系统，使眼睛红肿，俗称害眼气体，此外，这种气体能和呼吸道上的水分化合而成硫酸，使肺浮肿致命。H2S能刺激眼睛和呼吸系统，且能使人体血液中毒致命。CO能驱逐人体血液中的O2，使血液缺氧致命。这是因为CO比O2对血红素的亲和力约大250～300倍。一般的煤气中毒就是CO中毒。NH3能刺激眼睛、皮肤和呼吸系统。
1.1.1.5 井下空气成分安全标准
由于矿井空气质量对人员健康和矿井安全有着重要的影响，所以《煤矿安全规程》(以下简称《规程》)对矿井空气主要成分(氧气、二氧化碳)的浓度标准做出了明确的规定：
采掘工作面进风流中的氧气浓度不得低于20%；二氧化碳浓度不得超过0.5%；总回风流中二氧化碳浓度不得超过0.75%；当采掘工作面风流中二氧化碳浓度达到1.5%或采区、采掘工作面回风道风流中二氧化碳浓度超过1.5%时，必须停工处理。
由于矿井空气中有害气体对井下作业人员的生命安全危害极大，因此《规程》对常见有害气体的安全标准都做了明确的规定，其值如表1-1-3所列。制定这些标准时，都留有较大的安全系数。如空气中CO浓度达0.048%时一小时内才可出现轻微的中毒症状，而《规程》规定的CO最高允许浓度为0.0024%，是其轻微中毒浓度的1/20；再如N02浓度达0.025%时，中毒者在短时间内有死亡危险，而《规程》规定的N02最高允许浓度为0.00025%，是其危险中毒浓度的1/100。因此，只要我们能够严格遵守《规程》规定，不违章作业，就完全可以避免有害气体对人体的侵害。
表1-1-3井下空气中有害气体的最高允许浓度[1]
| 有害气体名称 | ????????????? 最高容许浓度/% |
| ???????????? 一氧化碳(CO) ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ????????????? 二氧化氮(N02) ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ????????????? 二氧化硫(SO2) ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ????????????? 硫化氢(H2S) ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ????????????? 氨(NH3) | 0.0024 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ????????? ???????0.00025 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ???????????????? 0.0005 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ???????????????? 0.00066 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ???????????????? 0.004 |
1.1.2 矿井空气主要物理参量
气体的分子具有体积和相互吸引力，但在分析气体的一般问题时，这两个因素的影响很小。为了便于分析和计算，一般可把多种气体看成是没有这两个因素的理想气体，因此，井下空气也可视为理想气体。气体的分子作永不停息的不规则运动，这种运动产生热能，故气体分子运动是热运动，气体的物理参量较多，其中比容、压力、温度是三个基本参量。
1.1.2.1 空气的密度和比容
1.空气的密度
空气和其他物质一样具有质量。单位体积空气所具有的质量称为空气的密度，用符号
表示。空气可以看作是均质流体，故：
（1-2-1）
式中
—空气的密度， kg/m3 ；
M—空气的质量，kg；
V—空气的体积，m3。
一般地说，当空气的温度和压力改变时，其体积会发生变化。
2.空气的比容
质量为M(kg)的空气占有的空间(或容积)为V(m3)，则空气的比容(又名容积度)
就是容积V和质量M之比。或者说是单位质量空气所占有的体积，即：
（1-2-2）
也就是空气的密度倒数。
1.1.2.2 空气的温度
温度是描述物体冷热状态的物理量。测量温度的标尺简称温标。热力学绝对温标的单位为K(Kelvin)，用符号T表示。热力学温标规定纯水三态点温度(即汽、液、固三相平衡态时的温度)为基本定点，定义为273.15K，每1 K为三相点温度的1/273.15。
温度是矿井表征气候条件的主要参数之一。《规程》第108条规定：生产矿井采掘工作面的空气温度不得超过26℃；机电硐室的空气温度不得超过30℃。
1.1.2.3 空气的压力
空气的压力也称为空气的静压（绝对静压），用符号P表示。压强在矿井通风中习惯称为压力。它是空分子热运动对器壁碰撞的宏观表现。其大小取决于在重力场中的位置(相对高度)、空气、温度、湿度(相对湿度)和气体成分等参数。
按照统计观点，大量空气分子作无规则的热运动时，在各个方向运动的机会是均等的，故空气的绝对静压具有在各个方向上强度相等的特点。
压力的单位为Pa(帕斯卡，1Pa=lN/102)，压力较大时可采用kPa(1kPa=103Pa)、MPa(1MPa=103 kPa=106 Pa)。其他压力单位参见附录。
1.1.2.4 空气的粘性
当流体层间发生相对运动时，在流体内部两个流体层的接触面上，便产生粘性阻力(内摩擦力)以阻止相对运动，流体具有的这一性质，称作流体的粘性。
另外，在矿井通风中还常用运动粘度系数
，和气体密度
有关，即
和压力有关，这两个系数有如下的关系：
=μ/
，m2/s????????????????????????????????????? (1—2—4)
1.1.2.5 空气的湿度
1.空气湿度的意义
空气的湿度表示空气中所含水蒸气量的多少或潮湿程度，表示空气湿度的方法有绝对湿度、相对温度和含湿量三种。
绝对湿度：单位体积湿空气中所含水蒸气的质量绝对值。其单位与密度单位相同，用符号
表示。
饱和湿度：单位体积湿空气中所含饱和水蒸气质量绝对值。用符号
表示。
相对湿度：单位体积空气中实际含有的水蒸气量(
)与其同温度下的饱和水蒸气含量(
)之比称为空气的相对湿度。
值小表示空气干爆，吸收水分的能力强；反之，
值大则空气潮湿，吸收水分能力弱。 即为干空气，
=1即为饱和空气。水分向空气中蒸发的快慢和相对湿度直接有关。
含湿量：含有1kg干空气的湿空气中所含水蒸气的质量(kg)称为空气的含湿量。
1.1.2.6 空气的焓
焾是一个复合状态参数，它是气体的内动能u和压力功(流动功)Pν之和，也称热焓（函）。湿空气的焓是1kg干空气的焓和其中水蒸气的焓的总和，
1.1.3 矿井气候
矿井气候是指矿井空气的温度、湿度、风速和辐射这四个参数的综合作用状态。这四个参数的不同组合，便构成了不同的矿井气候条件。矿井气候条件对井下作业人员的身体健康和劳动安全有重要的影响。
1.1.3.1 人体的热平衡
人要维持正常生理机能并进行各种劳动，就必须摄取空气、水和食物。这些物质进入
人体经过消化、分解，产生能量(热量)。人的整个机体都参加产热过程，其中以肌肉活动产热量最多。当人进行体力劳动时，肌肉产热量增至正常量(在安静状态下的产热量)的十余倍，可达2500—3140kJ/h。人体产生的热量一部分用于身体各器官的正常生理机能活动，另一部分用来供肌肉作功，剩余的则通过辐射，对流传导、汗液蒸发等途径与周围环境进行热交换，散发到体外。人体代谢产热过程是体内生物化学过程，而散热过程则是物理过程。所以人体热平衡并非是简单的物理过程，而是在神经系统调节下的非常复杂的。
1.1.3.2 矿井气候对人体热平衡的影响
矿井气候是由空气温度、湿度，风速和辐射四要素组成的，它们都影响着人体热平衡，且各要素之间的影响在很大程度上可以互换。例如，环境相对湿度增高对人体所造成的影响
可以被风速的增加所抵消。
1.温度
在矿井气候的四个要素中，气温对人体热调节起着主要作用。当气温较低时辐射和对流传导散热是人体主要散热方式，当气温逐渐升高后，人体汗腺活动越来越显著，汗液蒸发散热就逐渐成为主要散热方式。
2.湿度
空气相对湿度对人体热平衡和温热感有着重要作用，特别是.在气温高的条件下，作用
就更为明显。因高温时，人体主要依靠汗液蒸发散热才能保持热平衡，此时相对湿度大，将妨碍汗液蒸发，使汗液成滴状珠淌下。这种情况下汗液携带走的热量甚少，不能起到蒸发散热的作用，因为汗液只有在蒸发的过程中吸收汽化潜热才能带走较多的热量。
3.风速
风速显著地影响着人体对流散热。当空气温度低于体温时，流速越大，散热量愈多。当空气温度高于体温时，人体反而从空气中得到对流热，此时风速越大，人体得到对流热愈多。
4.辐射
影响人体辐射散热的是人体周围物体的表面温度。当周围物体表面温度高于人体表面
温度时，人体就得到辐射热。
可见，矿井气候条件对人体热平衡的影响是一种综合的作用，各参数之间相互联系、相互影响。如人处在气温高、湿度大、风速小的高温潮湿环境中，这三者的散热效果都很差，这是由于人体散热太慢，体内产热量得不到及时散发，就会使人出现体温升高、心率加快、身体不舒服等症状，严重时可导致中暑、甚至死亡。相反，如人处在气温低、湿度小、风速大的低温干燥环境中，这三者的散热效果都很强，这时由于人体散热过快，就会使人体的体温降低，引起感冒或其他疾病。
1.1.3.3 衡量矿井气候条件的指标
国内外衡量矿井气候条件的指标很多，现择其主要的加以阐述。
1.干球温度
干球温度是我国现行的评价矿井气候条件的指标之一。一般来说，由于矿井空气的相对
湿度变化不大，所以干球温度能在一定程度上直接反映出矿井气候条件的好坏。而且这个指
标比较简单，使用方便，用干球温度计进行测量。
2.湿球温度
在相同的气温(干球温度)下，若湿球温度较低，则相对湿度较小；反之，若湿球温度与气温相接近，则相对湿度较大。因此用湿球温度这个指标可以反映空气温度和相对湿度对人体热平衡的影响，比干球温度要合理些，用湿球温度计进行测量。
3.同感温度
同感温度(也称等效温度或有效温度)是由美国采暖工程师协会（ASHVE）提出的。这个指标是通过实验，根据人在空气温度、湿度、风速三个指标不相同的各种环境是的舒适感觉和湿度已饱和、速度为零、温度不相同的各种环境中的舒适感觉，进行统计和比较，并以湿度已饱和、风速为零、舒适感觉相同的环境空气温度作为指标，用来评价温度、湿度和风速不相同的各种环境对人的舒适感觉。这种指标除不能评价环境辐射热的作用以外，它能反映空气温度、湿度和风速三种因素对人体热平衡的综合作用。
4.卡他度
卡他度用卡他计测定。卡他计是一种酒精温度计，卡他计下端有个比普通温度计大的贮液
球，上端有一个小空腔，玻璃管上只有35℃和38℃两个刻度，这两个温度的平均值恰好等于人体的正常体温(36.5℃)。测定时，先把贮液球置于热水中加热，当酒精柱上升至小空腔的一半时取出，擦干贮液球表面水分，然后将其悬挂于待测空气中，此时由于液球散热，酒精柱开始下降，用秒表记下从38℃降到35℃所需时间τ，即可用下式求得干卡他度Kd。
(1-3-2)
式中? F—卡他常数，每只卡他计玻璃管上都标有F值。
干卡他度反映了气温和风速对气候条件的影响，但没有反映空气湿度的影响。为了测出
温度、湿度和风速三者的综合作用效果，需要采用湿卡他度Kw。湿卡他度是在卡他计贮液球
上包裹上一层湿纱布时测得的卡他度，其实测和计算方法完全与干卡他度相同。
卡他计的设计者是想利用贮液球来模拟人体的散热效果，并取1卡他度等于41.86W/m2，即相当于每小时从1m2的表面积上散失掉150.7kJ的热量，而成年男子的体表面积约等于1.7m2，所以1卡他度就约等于每小时从体内散发掉256.2kJ的热量。
1.1.3.4 评价矿井气候条件的综合指标
目前，世界各国关于矿井气候条件的安全标准差别很大。现将我国及其他一些国家规定标准简介如下：
1.我国现行的矿井气候条件安全标准
我国现行评价矿井气候条件的指标是干球温度。1982年国务院颁布的《矿山安全条例》第53条规定，采掘工作面的空气温度不得超过26℃，机电峒室的空气温度不得超过30℃。
2.国外一些国家的矿井气候条件安全标准
世界主要产煤国家对矿井气候条件的评价指标并不统一。主要采用的指标有干球温度、湿球温度、同感温度等。有不少国家采用了同感温度这种指标。例如，美国规定井下同感温度须小于34～37℃，，日本规定须小于31.5℃，比利时和法国均规定须小于31℃。
1.2 ?创造良好作业环境的途径
改善矿内气候条件，创造良好作业环境的途径主要包括以下两方面的内容：一是对冬季寒冷地区，当井筒入风温度低于2℃时，为了防止因井筒结冰而造成提升、运输事故，防止人员上下班受寒生病，也须对矿井进风流采取加热的措施，对井口空气进行预热；二是对高温矿井用风地点进行风温调节，以达到《规程》第102条规定的标准，即生产矿井采掘工作面空气温度不得超过26℃，机电设备硐室的空气温度不得超过30℃；当采掘工作面空气温度超过30℃时。机电设备硐室的空气温度超过34℃时，必须停止作业。新建、改扩建矿井设计时，必须进行矿井风温预测计算，超温地点必须有制冷降温设计，配齐降温设施。
1.2.1 井口空气加热方式
井口一般采用空气加热器对冷空气进行加热，有2种加热方式：
1.2.1.1 井口房不密闭的加热方式
当井口房不宜密闭时，被加热的空气需设置专用的通风机送入井筒或井口房。这种按冷、热风混合的地点不同，又分以上3种情况：
①冷、热风在井筒内混合。这种布置方式是将被加热的空气通过专用通风机和热风道送入井口以下2m处，筒内进行热风和冷风的混合。
②冷、热风在井口房内混合。这种布置方式是将热风直接送入井口房内进行}混合，使混合后的空气温度达到2℃以上后再进入井筒。
③冷、热风在井口房和井筒内同时混合。这种布置方式是前两种方式的结合，它将大部分热风送入井简内混合，而将小部分送入井口房内混合。
以上3种方式相比较，第一种方式冷、热风混合效果较好，通风机噪声对井口房的影响相对较小，但井口房风速大、风温低，井口作业人员的工作条件差，而且井筒热风口的井壁、上部罐座和罐顶保险装置有冻冰危险，第二种方式井口房工作条件有所改善，上部和罐顶保险装置冻冰危险减少，但冷、热风的混合效果不如前者，而且井口房内风速较大，尤其是通风机的噪声对井口的通讯信号影响较大；第三种方式综合了前两种的优点，而避免了其缺点，但管理较为复杂。
1.2.1.2 井口房加密闭的加热方式
井口房有条件密闭时，热风可依靠矿井主要通风机的负压作用进入井口房和井筒，一般不需设置专用的通风机送风。采用这种方式，大多是在井口房内直接设置空气加热器，让冷、热风在井口房内进行混合。
对于大型矿井，当井筒进风量较大时，为了使井口房风速不超限，可在井口房外建立冷风塔和冷风道，让一部分冷风先经过冷风道直接进入井筒，使冷、热风既在井口房混合又在井筒内混合。采用这种方式时，应注意防止冷风道与井筒联接处结冰。
1.2.2 矿井降温的一般技术措施
随着采掘深度与强度不断增大，以及矿井机械化程度日益提高，生产更为集中。因此，地热和机械设备向井下空气散发的热量显著增加，使井下气温升高。此外，一些地处温泉地带的矿井，虽然开采深度不大，但由于从岩石裂隙中涌出的热水及受热水环绕与浸透的高温围岩也都能使井下气温升高、湿度增大；这样就更加恶化了井下工作环境，严重地影响着井下作业人员的身体健康和劳动生产率，成为一种灾害，习称热害。故须采取降低井下空气温度的措施。矿井降温措施基本可分两大类：第一类是不使用机械制冷设备进行降温，包括选择合理的开拓系统和确定合理的采煤方法，改变通风方式和通风系统，减少各种热源放热量
等等措施，第二类是采用机械制冷设备，通过空气调节系统来达到改善井下微小气候环境
的目的。第二类措施是在第一类措施达不到《规程》的要求时才采用。先简介第一类降温措施，其主要包括：通风降温、合理的开采系统、隔热疏导、个体防护等。
1.2.2.1 通风降温
加强通风是矿井降温的主要技术途径。通风降温的主要措施就是加大矿井风量和选择合理的矿井通风系统。
①加大风量。实践证明，在一定的条件下(如原风量较小)，增加风量是高温矿井最经济的降温手段之一。加大风量不仅可以排出热量、降低风温，而且还可以有效地改善人体的散热条件，增加人体舒适感。所以在高温矿井采用通风降温是矿井降温的基本措施之一。
但增风降温并不总是有效的。当风量增加到一定程度时，增风降温的效果就会减弱。同时增风降温还受到井巷断面和通风机能力等各种因素的制约，有一定的应用范围。
②选择合理的矿井通风系统。从降温角度出发，确定矿井通风系统时，一般应考虑下列原则：
第一，尽可能减少进风路线的长度。在井巷热环境条件和风量不变的情况下，井巷风流的温升是随其流程的加长而增大，风路越长，风流沿途吸热量越大，温升也越大。所以，对高温矿井应尽量缩短进风路线的长度，同时在进行开拓系统设计时，要注意与通风系统相结合，避免将进风巷布置在高温岩层中和不必要加长进风路线的长度，以使温升加大。
第二，尽量避免煤流与风流反向运行。在选择采区通风系统时，尽量采用轨道上山进风方案，避免因煤流与风流方向相反，将煤炭在运输过程中的放热和设备放热带进工作面。根据德国的经验采用轨道上山进风与运输上山进风相比，回采工作面进风流的同感温度可降低4—5℃。
第三，回采工作面采用下行风。在条件许可时，回采工作面可采用下行风。因为回采工作面采用下行风时，风流是从路程较短的上部巷道进入工作面，且减少了煤炭放热的影响，故可降低工作面的进风温度。
第四，对于发热量较大的机电峒室，应有独立的回风路线，以便把机电所发热量直接导入采区的回风流中。
第五，回采工作面的通风方式也对气温有影响。在相同的地质条件下，由于W型通风方式比U型和Y型能增加工作面的风量，降温效果都较好。
一般情况下，对角式通风系统的降温效果要比中央式好。
1.2.2.2 选择合理的开采系统
根据井田地质特征和热源情况，选择合理的开采系统，综合考虑通风降温问题，对改
善高温矿井气候条件是有利的。例如，采用双巷掘进有利于降低井下气温。
加大矿井开发强度，提高采掘进度和产量有利于改善井下热环境。据苏联研究，煤层
产量提高一倍，可使工作面末端气温降低1—4℃ [59]。
在回采顺序方面，条件相同的后退式回采可使巷道有较长的通风冷却时间，采空区漏
风少，从采空区带出的热量也少。
采取全部充填法管理顶板，一方面可控制采空区漏风所携带出来的热量，另一方面充
填物也可吸收一部分热量。特别是风力充填法，效果更显著。
1.2.2.3 隔热疏导
所谓隔热疏导就是采取各种有效措施将矿井热源与风流隔离开来，或将热源直接引入矿井回风流中，避免矿井热源对风流的直接加热，从而达到矿井降温的目的。隔热疏导的措施主要有：
①巷道隔热。巷道隔热主要用于矿井局部地温异常的区段。目前较为可行的方法是，在高温岩壁与巷道支架之间充填隔热材料，如高炉或锅炉炉渣等。近年来，我国煤矿还试验用聚氨酯泡沫塑料喷涂岩壁，喷涂厚度为10mm时，就能产生较好的隔热效果。国外有些国家也曾采用聚乙烯泡沫塑料、硬质氨基甲酸泡沫、膨胀珍珠岩等隔热材料喷涂岩壁，也取得较好效果。但因巷道隔热费用较高，而且隔热层的时效性较差，随着时间的推移，隔热层的
作用将变小，同时还必须注意防火、防毒等安全问题。
②管道和水沟隔热。对高温矿井，温度高的压气管道和排热水管应尽量设在回风流中，如果必须设在进风流中时应采取隔热措施。尤其是对热水型高温矿井，更应防止热水对风流的增温增湿作用。
对热水涌出量大的矿井可超前将热水疏干，将水位降低到开采深度以下。对局部地点涌出的高温热水，可在出水点附近打排水钻孔，将热水用隔热管道直接排至地面。
⑧井下发热量大的大型机电硐室应独立回风。现代矿井井下大型机电硐室的发热量很大，如果这些设备的放热直接进入进风流，将引起矿井风流较大的温升。所以对高温矿井，井下大型机电硐室(如中央变电所、泵房和绞车房等)应建立独立的回风系统。
1.2.2.4 个体防护
对个别气候条件恶劣的地点，由于技术或经济上的原因，如不能采取其他降温措施时，对矿工进行个体防护也是一种有效的方法。矿工个体防护的主要措施就是让矿工穿戴轻便的冷却背心或冷却帽，以防止环境热对流和热辐射对人体的侵害，同时使人体自身的产热量传给冷却服。
除了上述措施之外，还有其他一些诸如煤层注水以冷却煤体、在进风巷道内放置冰块等措施都可起到一定的降温作用。
1.2.3 矿井空气调节系统
上述各种降温技术措施都是有一定限度的，而且采取这些措施不能在数量和质量上对微小气候的各个要素都进行一定的控制与调节，所以，对热害严重的矿井，只依靠上述降温措施往往达不到预期目的。这时则应考虑采取机械制冷设备通过空气调节系统来改善井下热环境。矿井空调绝不能被认为是舒适性空调，而应看作是生产性空调。力求为井下作业人员创造一种不危害健康，并能保持一定生产效率的工作环境。
1.2.3.1 矿井空气调节的方式
矿井空调系统一般分为地面集中式，井下集中式，地面井下分散式，局部空调机组。
（1）地面集中式
这是一种制冷设备和空气冷却设备均布置在地面的矿井空调系统。其特点是安装制冷设备的场地易于选择，面积不受限制，便于基建、运输、安装、维修保养及容易排放冷凝热量。这种方式必须大幅度降低矿井进风的温度，降温费用较大。只适于开采比较浅、巷道不太长的矿井。
（2）井下集中式
这种方式是把制冷设备和空气冷却设备均布置在井下，而在地面排除冷凝热。如图
这种方式的特点是制冷设备安装场地、位置及面积都受到限制，基建费用较大，机械设备在运输、安装、维修保养等方面都比较困难；压缩机的功率易于增大；不会产生由于高差使水温升高现象。
（3）地面井下分离式
这种方式是把制冷设备布置在地面，而把空气冷却设备布置在井下。这种方式不必对总进风流进行冷却，冷凝器中的循环水也好处理。但这种方式需要高压设备和庞大的循环系统，冷量损失较大，同时费用较高。
（4）局部空调机组(独立移动式)
该机组体积小，重量轻，运转平稳，安装简便，适用于移动频繁负荷小的掘进工作面。
由于矿井的高温原因各不相同，热害程度也轻重不一，因此在做矿井降温设计时，应对具体问题做具体分析，要因地制宜、有针对性地采取降温措施，才能收到良好效果。
1.2.4 影响井下气温的因素
要进行矿井空调设计，首先就必须了解引起矿井高温热害的主要影响因素。能引起矿井气温值升高的环境因素统称为矿井热源。地面空气进入矿井后，由于和井下各种热源进行热交换，其状态参数（温度、湿度）随着风流的前进会不断发生变化。
1.2.4.1 矿井进风温度
矿井进风温度对井下气温有着直接影响，尤其是浅井，影响就更为显著。地面空气温度在一年之中，随着季节而发生周期性变化，这种变化近似为正弦曲线。地面气温这种周期性变化，使矿井进风路线上的气温也发生相应的周期性变化。但是，井下日气温的变化随着距进风井口的距离增加而迅速衰减，在到达某一点之后，就基本上不再变化。
1.2.4.2 井下风流的压缩或膨胀
风流沿井巷向下流动时，由于空气柱的增加，空气受到压缩会释放热量。如果认为空
气在压缩过程中与外界没有热量交换，仅仅只是由于压力增加而受到压缩，那么就可以把
这个压缩过程看成是绝热压缩过程。
1.2.4.3 机电设备散热
电动机拖动机械设备在矿井中运转时，所消耗的能量均可转换为热能，使风流温度升
高。
1.2.4.4氧化放热
井下的煤、岩、坑木，充填材料、油垢、布料等能氧化发热，以煤的氧化放热量最为显著。
1.2.4.5 人体散热和散湿量
人体向周围环境散发的热量与湿量取决于人体的热平衡。
1.2.4.6 地下热水
矿井地层中如果有高于气温的地下水流动或热水涌出点及排水沟等，都会成为井下较
大热源，向风流散热使气温升高。
1.2.4.7 围岩与井下空气的热交换
（1）岩石温度
井下风流的温度与岩石温度有着直接关系。地壳表层的温度是随地面气温的变化而变化的，随着深度增加，地温随气温变化的幅度则逐渐减少，当达到一定深度时，地温不再变
化。一般将地表下某一深度处地温常年基本保持恒定的那个地带称为恒温带。恒温带以上
称力变温带。
（2）围岩传递给井下空气的热量
围岩原始温度是指井巷周围未被通风冷却的原始岩层温度。在许多深矿井中，围岩原始温度高，往往是造成矿井高温的主要原因。
