煤礦井下瓦斯治理方案及通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化

（西山煤電登?？得簶I(yè) 山西 042400）

煤炭是一種重要的礦石能源，為推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、工業(yè)化建設(shè)做出了重要的貢獻(xiàn)。煤礦生產(chǎn)運(yùn)行中，在確保生產(chǎn)效率、生產(chǎn)質(zhì)量的基礎(chǔ)上，也要保障生產(chǎn)安全，從而更好地滿足當(dāng)今社會(huì)對(duì)煤炭不斷提高的需求。瓦斯是影響煤礦井下作業(yè)安全的主要因素之一，瓦斯產(chǎn)生后如果不能及時(shí)排出，便會(huì)危害井下作業(yè)人員的身體健康，還會(huì)引發(fā)瓦斯爆炸事故。為此，煤礦生產(chǎn)中，應(yīng)注重井下瓦斯治理工作，并要設(shè)置有效的通風(fēng)系統(tǒng)。

1.煤礦井下瓦斯治理方案

首先，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)異常區(qū)域的檢測。礦井內(nèi)的構(gòu)造比較復(fù)雜，部分區(qū)域容易出現(xiàn)瓦斯聚集的現(xiàn)象。針對(duì)礦井內(nèi)易出現(xiàn)瓦斯聚集的區(qū)域，應(yīng)給予重點(diǎn)檢查，配備專門的瓦斯檢測器，對(duì)該區(qū)域的瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行動(dòng)態(tài)化監(jiān)測，以便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)及時(shí)給予防控治理，將該區(qū)域的瓦斯?jié)舛瓤刂圃诎踩秶畠?nèi)。其次，在容易出現(xiàn)瓦斯聚集的區(qū)域，提前設(shè)置好預(yù)防性的干預(yù)措施，如可增加排氣風(fēng)量來降低該區(qū)域瓦斯的濃度，預(yù)防安全事故。通常來說，應(yīng)將礦井內(nèi)的瓦斯?jié)舛瓤刂圃?.8%以下。如果超過限定范圍，則可能引起安全事故，必須組織人員撤離，并采取有效的處理措施。最后，為有效預(yù)防由于瓦斯而導(dǎo)致的安全事故，應(yīng)建立有效的預(yù)警系統(tǒng)。綜合運(yùn)用多種現(xiàn)代技術(shù)，如計(jì)算機(jī)、大數(shù)據(jù)、遙感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，在礦井中建立完善的預(yù)警網(wǎng)絡(luò)，若是井下存在安全隱患，那么預(yù)警系統(tǒng)便能迅速作出反應(yīng)、發(fā)出警示，以便于工作人員及時(shí)撤離或做出處理。如，井下瓦斯?jié)舛瘸瑯?biāo)時(shí)，預(yù)警系統(tǒng)發(fā)出警告，工作人員在接收到警告后，及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施，如調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)量等，來降低礦井內(nèi)瓦斯的濃度，并告知相關(guān)人員從礦井內(nèi)撤離，以避免安全事故的出現(xiàn)，或者是減少安全事故帶來的危害。

2.煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的問題

瓦斯是影響煤礦生產(chǎn)安全的主要因素之一，為了對(duì)煤礦內(nèi)的瓦斯?jié)舛?、含量進(jìn)行檢測，需要建立瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)，若是瓦斯?jié)舛瘸瑯?biāo)，瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)便會(huì)做出預(yù)警，以便于相關(guān)人員及時(shí)處理，保障煤礦井下作業(yè)安全。瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)的作用原理是，全面收集煤礦井下數(shù)據(jù)，傳輸給監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，判斷是否需要發(fā)出預(yù)警；如果數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示瓦斯?jié)舛瘸^預(yù)定值，那么監(jiān)控系統(tǒng)便會(huì)報(bào)警，促使井下作業(yè)人員及時(shí)撤離。但目前，瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)還存在一定的問題，特別是瓦斯檢測器，無法準(zhǔn)確對(duì)礦井內(nèi)的瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行準(zhǔn)確檢測，無法保障井下作業(yè)安全。煤礦井下瓦斯治理工作中，通風(fēng)系統(tǒng)發(fā)揮著重要的作用，通風(fēng)系統(tǒng)可以通過連續(xù)不間斷的排風(fēng)，來稀釋瓦斯?jié)舛?，但其耗電量較大、成本較高，且無法滿足緊急排風(fēng)要求。同時(shí)，通風(fēng)系統(tǒng)還存在設(shè)置不合理的問題，在經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行之后，煤礦通風(fēng)系統(tǒng)出現(xiàn)老化、故障或薄弱點(diǎn)，通風(fēng)效果變差，無法發(fā)揮稀釋瓦斯的作用。此外，近年來，煤礦開采深度不斷增加、開采環(huán)境的惡劣程度不斷加大，瓦斯排放量也大幅度提高，因此需要提高通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)量，才能確保其瓦斯排放效果。但是目前很多煤礦，尤其是規(guī)模較小的煤礦，存在資金不足的問題，配置的通風(fēng)設(shè)備技術(shù)含量不高、質(zhì)量較差，無法滿足提高通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量的要求。也有一些煤礦企業(yè)，為了得到更多的利潤，不重視通風(fēng)系統(tǒng)，導(dǎo)致通風(fēng)系統(tǒng)不能發(fā)揮其應(yīng)有作用，給煤礦井下生產(chǎn)作業(yè)帶來了諸多安全隱患。

3.煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化方案

(1)應(yīng)用新型瓦斯傳感器

煤礦通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化過程中，若想要充分發(fā)揮通風(fēng)系統(tǒng)的作用，減少瓦斯帶來的安全事故，應(yīng)對(duì)礦井內(nèi)的瓦斯?jié)舛取⒑窟M(jìn)行準(zhǔn)確檢測。瓦斯傳感器是煤礦常用的一種礦井瓦斯檢測設(shè)備，為保障煤礦井下生產(chǎn)作業(yè)的安全性，必須配置檢測精度較高的瓦斯傳感器。我國煤礦現(xiàn)階段比較常用的瓦斯傳感器主要包括兩種：一種是熱導(dǎo)式傳感器，這種傳感器主要是根據(jù)瓦斯、正常氣體導(dǎo)熱級(jí)別的差異，來對(duì)礦井中的瓦斯含量進(jìn)行檢測，其主要優(yōu)勢是結(jié)構(gòu)簡單，但實(shí)際應(yīng)用熱導(dǎo)式傳感器的時(shí)候，容易受到井下環(huán)境中風(fēng)量、濕度等因素的干擾，穩(wěn)定性較差，且使用壽命較短；另一種是熱效式傳感器，這種傳感器主要是應(yīng)用化學(xué)試劑，來使可燃?xì)怏w自燃，受到燃燒作用的影響，電阻溫度出現(xiàn)了變化，以此來判斷瓦斯含量。其主要優(yōu)勢是成本較低，但實(shí)際應(yīng)用熱效式傳感器的時(shí)候，受到井下惡劣環(huán)境的影響容易出現(xiàn)誤報(bào)的情況，且功率消耗較大，傳統(tǒng)可燃?xì)怏w也容易受到硫元素的影響。為實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦井下瓦斯?jié)舛燃昂康臏?zhǔn)確檢測，可采用熱效式瓦斯傳感器這種新型傳感器。熱效式傳感器主要由含有可燃性敏感材料的線圈、檢測電極兩部分組成，二氧化錫是熱效式傳感器的常用可燃性敏感材料，功效較低、響應(yīng)速度較快、穩(wěn)定性較好，且使用壽命較長，瓦斯檢測準(zhǔn)確性也比較好，且成本也比較低。

(2)通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化

我國煤礦現(xiàn)階段常用的通風(fēng)系統(tǒng)，主要是采取風(fēng)機(jī)定功率運(yùn)行模式，這種運(yùn)行模式的調(diào)節(jié)靈活性較差，無法適應(yīng)當(dāng)前井下通風(fēng)環(huán)境多變的實(shí)際情況，且通風(fēng)電量消耗較大。鑒于此，應(yīng)對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。如，可以采用變頻通風(fēng)控制系統(tǒng)（結(jié)構(gòu)示意圖如圖1），其是煤礦通風(fēng)系統(tǒng)與FX-PLC技術(shù)、變頻控制器相結(jié)合的產(chǎn)物。

圖1 變頻通風(fēng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

如圖1所示，變頻通風(fēng)控制系統(tǒng)主要由FX-PLC控制中心、CC-LINK數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)、變頻控制器等組合而成。該系統(tǒng)采取的是閉環(huán)調(diào)節(jié)反饋的工作模式，可根據(jù)監(jiān)測到的瓦斯?jié)舛茸兓闆r，靈活調(diào)節(jié)變頻控制器的輸出信號(hào)，從而能夠?qū)νL(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行靈活調(diào)整，以滿足不同工況條件下的通風(fēng)需求，可以切實(shí)保障井下安全作業(yè)。與此同時(shí)，該系統(tǒng)在出風(fēng)口位置設(shè)置了風(fēng)壓傳感器、風(fēng)量傳感器，從而可以對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)狀態(tài)進(jìn)行靈活調(diào)節(jié)，一旦發(fā)現(xiàn)通風(fēng)異常，便可以迅速報(bào)警，并啟動(dòng)備用風(fēng)機(jī)，有利于保障井下作業(yè)安全。

變頻通風(fēng)控制系統(tǒng)采取的是雙閉環(huán)控制模式，其中一個(gè)閉環(huán)項(xiàng)為通風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓、風(fēng)量，另一個(gè)閉環(huán)項(xiàng)是煤礦井下瓦斯?jié)舛?。兩個(gè)閉環(huán)項(xiàng)分別對(duì)應(yīng)兩個(gè)采用串聯(lián)方式連接的控制調(diào)節(jié)器，做到了分開反饋。采取雙閉環(huán)控制模式的變頻通風(fēng)控制系統(tǒng)，可以將檢測到的井下瓦斯?jié)舛犬?dāng)作風(fēng)量調(diào)節(jié)器的輸入信號(hào)，并可以將風(fēng)量調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)當(dāng)作風(fēng)量反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)兩種反饋調(diào)節(jié)模式之間的優(yōu)化配合，使通風(fēng)系統(tǒng)可以靈活地進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。與此同時(shí)，變頻通風(fēng)控制系統(tǒng)也實(shí)現(xiàn)了雙閉環(huán)反饋調(diào)節(jié)控制，通風(fēng)機(jī)風(fēng)量的閉環(huán)為內(nèi)環(huán)反饋系統(tǒng)，可快速調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，遭遇緊急情況的時(shí)候，還可以快速提升通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，從而有效控制突發(fā)性瓦斯突出事故的發(fā)生，有利于提高通風(fēng)系統(tǒng)的可靠性，充分發(fā)揮通風(fēng)系統(tǒng)的作用，保障煤礦生產(chǎn)安全。瓦斯?jié)舛茸兓康拈]環(huán)是外環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其能夠有效提升通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)瓦斯?jié)舛鹊姆磻?yīng)靈敏度。

(3)采用鉆孔布管抽采技術(shù)

鉆孔布管抽采技術(shù)是一種應(yīng)對(duì)瓦斯含量較高的區(qū)域而研發(fā)的新技術(shù)，對(duì)瓦斯含量較高的區(qū)域進(jìn)行開采的時(shí)候，先進(jìn)行預(yù)鉆孔，開展瓦斯抽采，從而實(shí)現(xiàn)該區(qū)域瓦斯含量的降低，保障井下作業(yè)安全。鉆孔布管抽采技術(shù)可以提前針對(duì)性抽采瓦斯積聚區(qū)域，可有效避免了綜采作業(yè)時(shí)瓦斯集中涌出，從而保障了綜采作業(yè)的安全性。煤礦井下作業(yè)過程中，采取鉆孔布管抽采技術(shù)的時(shí)候，應(yīng)注意以下幾個(gè)方面的問題：鉆孔時(shí)，應(yīng)對(duì)井下地質(zhì)條件進(jìn)行仔細(xì)調(diào)查，結(jié)合地質(zhì)條件，旋轉(zhuǎn)性地布置若干個(gè)抽采鉆場，抽采鉆場的間距不可小于100米，每個(gè)抽采鉆場中布置4～8個(gè)鉆孔，鉆孔的直徑通常是80毫米，根據(jù)鉆進(jìn)到高壓裂隙帶的距離，對(duì)鉆孔的深度進(jìn)行合理確定。設(shè)置好鉆孔后，使用管道將井下的瓦斯抽出來，為提高抽采效率、保障作業(yè)安全，應(yīng)合理設(shè)計(jì)封孔工藝。鉆孔布管抽采技術(shù)應(yīng)用過程中所采取的機(jī)械封孔工藝，是應(yīng)用大流量封孔泵來開展封孔操作，對(duì)封孔管道材料進(jìn)行選擇的時(shí)候，應(yīng)優(yōu)先選擇厚壁PVC套管，即使是在井下惡劣條件下，這種管道也可以長期安全、穩(wěn)定運(yùn)行。封孔作業(yè)的過程中，封孔長度不可小于9米。對(duì)封孔材料進(jìn)行選擇的時(shí)候，可以選擇高強(qiáng)度水泥料，高強(qiáng)度水泥料是按照相應(yīng)比例將碎石、水泥、膨脹劑、促凝劑攪拌均勻后得到的。將高強(qiáng)度水泥料放到封孔泵料倉中，受到封孔泵提供的作用力的影響，高強(qiáng)度水泥料沿著注漿管道到達(dá)封孔點(diǎn)，完成封孔作業(yè)。

4.結(jié)語

綜上，煤礦井下瓦斯治理過程中，不僅要加強(qiáng)對(duì)異常區(qū)域的檢測、提前在容易出現(xiàn)瓦斯聚集的區(qū)域設(shè)置好預(yù)防性的干預(yù)措施、建立有效的預(yù)警系統(tǒng)，還要對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，使用新型熱效式瓦斯傳感器提高瓦斯檢測的準(zhǔn)確性、采用變頻通風(fēng)控制系統(tǒng)提高通風(fēng)系統(tǒng)的有效性、針對(duì)瓦斯含量較高的區(qū)域采用鉆孔布管抽采技術(shù)，可以有效保障煤礦井下作業(yè)安全。