煤礦安全生產(chǎn)中的通風瓦斯治理探究

＊高永強

（山西呂梁離石炭窯坪煤業(yè)有限公司 山西 033000）

1.煤礦通風瓦斯治理的理論基礎

(1)煤礦通風瓦斯的形成和危害

①形成

A.煤炭的形成和分解：煤炭是由植物殘骸在地質(zhì)歷史長期壓力和高溫作用下形成的。這些植物殘骸被埋藏在地下，隨著時間的推移，經(jīng)過壓力和化學反應，形成了煤炭。在這個過程中，有機物質(zhì)中的碳被封存在煤炭中。

B.瓦斯生成和釋放：煤炭中含有許多可燃氣體，主要是甲烷（也稱為瓦斯）。當煤炭受到破壞、開采或采煤工作面進一步暴露時，煤層中的瓦斯開始釋放。瓦斯可以通過煤層的裂隙、煤層與周圍巖石的接觸面以及煤礦巷道和工作面進入礦井中。

②危害

A.爆炸和火災風險：煤礦通風瓦斯主要成分甲烷是一種易燃氣體，它與空氣中的氧氣形成可燃混合物。當瓦斯?jié)舛瘸^其爆炸極限范圍時，一旦遇到明火、電火花或高溫源，極易發(fā)生爆炸。煤礦瓦斯爆炸不僅能造成巨大的破壞和傷亡，還可能引發(fā)火災，導致礦井長時間失控，擴大事故范圍和影響。

B.中毒風險：高濃度的瓦斯在礦井中積聚，會取代空氣中的氧氣，導致缺氧情況發(fā)生。當?shù)V工在這樣的環(huán)境中工作時，會出現(xiàn)頭暈、惡心、嘔吐和意識喪失等中毒癥狀。嚴重情況下，礦工可能會窒息或死亡。

(2)通風在煤礦安全生產(chǎn)中的作用

通風在煤礦安全生產(chǎn)中起著至關重要的作用。煤礦通風系統(tǒng)的設計和運行能夠有效地控制煤礦內(nèi)的氣體濃度、溫度和濕度，維持適宜的工作環(huán)境，確保礦工的安全和健康。首先，通風系統(tǒng)能夠控制煤礦內(nèi)的有害物質(zhì)濃度，如瓦斯、煤塵和有毒有害氣體。通過合理的通風布局和風量調(diào)節(jié)，能夠及時排除煤礦內(nèi)積聚的有害氣體，避免氣體積聚到可燃或有爆炸性的濃度，從而減少礦井瓦斯爆炸和煤塵爆炸的風險。其次，通風系統(tǒng)能夠調(diào)節(jié)煤礦內(nèi)的溫度和濕度。煤礦地下作業(yè)環(huán)境通常狹小、密閉，而且由于機械設備和礦工作業(yè)產(chǎn)生的熱量，礦井內(nèi)溫度往往較高。通過通風系統(tǒng)的運行，能夠及時排除礦井內(nèi)的熱量，降低溫度，提供相對較為舒適的工作環(huán)境。此外，通風系統(tǒng)還可以控制煤礦內(nèi)的濕度，保持適宜的濕度水平，防止空氣過于干燥或潮濕，對礦工的健康和舒適度具有重要影響。此外，通風系統(tǒng)還能夠保持礦井內(nèi)的新鮮空氣供應。煤礦地下作業(yè)環(huán)境通常缺乏充足的自然通風，而且礦井內(nèi)存在大量的有害氣體和煙塵。通過通風系統(tǒng)的供風，能夠及時將新鮮空氣引入礦井，提供礦工所需的氧氣，改善礦井內(nèi)的空氣質(zhì)量，減少有害氣體的濃度，保障礦工的健康和工作效率。

2.煤礦通風系統(tǒng)的構(gòu)成和運行原理

煤礦通風系統(tǒng)是煤礦安全生產(chǎn)中的重要組成部分，其主要目的是保障礦井內(nèi)空氣的新鮮度、溫度、濕度和氧氣含量，以及排除有害氣體和粉塵，為礦工提供安全的工作環(huán)境。煤礦通風系統(tǒng)通常包括以下兩個主要組成部分：風機系統(tǒng)和風路系統(tǒng)。

（1）風機系統(tǒng)。風機系統(tǒng)是煤礦通風系統(tǒng)的核心，其主要任務是產(chǎn)生足夠的風量和風壓，將新鮮空氣引入礦井并排除有害氣體和粉塵。風機系統(tǒng)通常包括主通風機[1]、輔助通風機和局部通風機。主通風機負責產(chǎn)生主要風流，將新鮮空氣通過主風井送入井下；輔助通風機和局部通風機用于增強通風系統(tǒng)的效果，將風量引導到特定區(qū)域，如工作面、回風巷道等。風機系統(tǒng)的運行原理基于風機的旋轉(zhuǎn)，通過風葉的葉片運動產(chǎn)生氣流，形成氣流動力，并利用氣流的動能將新鮮空氣輸送到礦井中，同時排出有害氣體和粉塵。

（2）風路系統(tǒng)。風路系統(tǒng)是指風流在礦井內(nèi)的傳輸路徑，包括進風路、回風路和局部通風路。進風路負責將新鮮空氣引入礦井，通常通過主風井或輔助通風井進入；回風路則負責排出廢氣和粉塵，通常通過回風巷道或回風井實現(xiàn)。局部通風路用于特定區(qū)域的通風，如工作面、掘進巷道等。風路系統(tǒng)的運行原理依賴于風路的布置和通風巷道的結(jié)構(gòu)設計，以最大限度地利用風力，實現(xiàn)氣流的有效輸送和循環(huán)，保證礦井內(nèi)空氣的流通和質(zhì)量。

3.煤礦通風瓦斯治理的現(xiàn)狀分析

（1）煤礦通風系統(tǒng)的改進。煤礦通風系統(tǒng)是瓦斯治理的核心措施之一。近年來，隨著科技的進步，煤礦通風系統(tǒng)的改進取得了顯著進展。例如，采用新型風機和通風設備可以提高通風效率，減少瓦斯積聚的可能性。此外，智能化的監(jiān)控系統(tǒng)可以實時監(jiān)測瓦斯?jié)舛群惋L速等參數(shù)，及時發(fā)現(xiàn)異常情況并采取相應的措施。根據(jù)國家煤礦安全監(jiān)察局的數(shù)據(jù)，2019年我國煤礦通風系統(tǒng)改造的覆蓋率達到了80%以上。2019年，全國煤礦通風系統(tǒng)能耗指標平均下降了15%，通風效率提高了10%[2]。

（2）瓦斯抽采技術(shù)的應用。瓦斯抽采是煤礦瓦斯治理的重要手段之一，通過將瓦斯從煤礦井下抽出，有效減少瓦斯積聚的可能性。現(xiàn)代瓦斯抽采技術(shù)的應用不斷推動煤礦瓦斯治理的發(fā)展。例如，采用高效的抽采設備和管道系統(tǒng)，可以提高瓦斯抽采效率，降低瓦斯?jié)舛?，減少瓦斯爆炸事故的發(fā)生概率。據(jù)國際能源署的數(shù)據(jù)，全球煤礦瓦斯抽采設備的使用率從2005年的40%提高到了2019年的75%。據(jù)中國煤礦安全監(jiān)察局的統(tǒng)計，2019年我國煤礦瓦斯抽采率達到了85%以上。

（3）瓦斯監(jiān)測與預警系統(tǒng)的發(fā)展。瓦斯監(jiān)測與預警系統(tǒng)對于煤礦通風瓦斯治理至關重要。通過安裝瓦斯傳感器和監(jiān)測設備，實時監(jiān)測瓦斯?jié)舛群推渌嚓P參數(shù)，及時發(fā)現(xiàn)異常情況并進行預警，可以有效降低瓦斯爆炸事故的發(fā)生。隨著技術(shù)的不斷進步，瓦斯監(jiān)測與預警系統(tǒng)的功能和精度也在不斷提高。

根據(jù)中國煤礦安全監(jiān)察局的數(shù)據(jù)，截至2019年，全國煤礦瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)的覆蓋率達到了90%以上。瓦斯監(jiān)測與預警系統(tǒng)的平均誤差率已經(jīng)下降到3%以下。

（4）煤礦通風瓦斯的事故（圖1）。煤礦通風瓦斯事故是指在煤礦開采過程中，由于瓦斯積聚和點火引起的爆炸或者瓦斯中毒事故。煤礦通風瓦斯是煤礦開采過程中產(chǎn)生的一種有害氣體，主要成分是甲烷，它具有易燃、易爆和有毒的特性。

圖1 2001—2020年突出事故起數(shù)、死亡人數(shù)及其占煤礦事故總死亡人數(shù)

煤礦通風瓦斯事故通常發(fā)生在以下情況下：

①礦井通風系統(tǒng)不完善：通風系統(tǒng)的設計、建設和維護不當，導致瓦斯在礦井中積聚無法有效排出，增加了事故發(fā)生的概率。

②礦工操作不當：煤礦作業(yè)中，如果礦工沒有按照規(guī)定的操作程序進行作業(yè)，例如，使用不合格的電氣設備、使用明火等，就可能引發(fā)瓦斯事故。

③安全措施不到位：煤礦安全管理不嚴格，缺乏有效的安全培訓和監(jiān)督，沒有建立健全的安全管理制度和應急救援機制[3]。

④瓦斯檢測設備故障：煤礦中的瓦斯檢測設備如果故障或者不準確，就無法及時發(fā)現(xiàn)瓦斯積聚的情況，增加了事故發(fā)生的風險。

煤礦通風瓦斯事故的后果通常是嚴重的，包括礦工傷亡（表1）、礦井結(jié)構(gòu)損壞、生產(chǎn)中斷等。為了預防和減少煤礦通風瓦斯事故，煤礦企業(yè)應該重視瓦斯治理和通風系統(tǒng)建設，加強瓦斯檢測和監(jiān)控，加強礦工的安全培訓和意識教育，確保安全操作規(guī)程的執(zhí)行，建立健全的安全管理制度和應急救援機制。同時，政府和相關監(jiān)管部門也應該加強對煤礦的監(jiān)管和執(zhí)法，提高安全生產(chǎn)的標準和要求。

表1 2011—2020年突出事故統(tǒng)計表

4.通風瓦斯治理技術(shù)的研究與應用

（1）通風系統(tǒng)設計與改進。通風系統(tǒng)設計是通風瓦斯治理的核心。設計師需要綜合考慮礦井的地質(zhì)條件、瓦斯涌出特點、工作面布置以及采礦方法等因素。合理規(guī)劃通風系統(tǒng)包括確定通風巷道的位置、尺寸和數(shù)量，安排通風機的布局，確定通風流量和風速等參數(shù)。改進通風系統(tǒng)可以通過增加通風風量、優(yōu)化通風網(wǎng)絡、提高通風機效率等手段來增強通風系統(tǒng)的能力。

（2）瓦斯抽放與抽采技術(shù)。瓦斯抽放和抽采技術(shù)是控制礦井瓦斯的關鍵手段之一。瓦斯抽放是指通過井下鉆孔或巷道將瓦斯排放到地面或瓦斯抽放設施中。常見的瓦斯抽放技術(shù)包括鉆孔抽放、井下瓦斯抽放和巷道瓦斯抽放等。瓦斯抽采則是指在礦井工作面上采用機械設備主動抽采瓦斯，減少瓦斯對工作面的威脅。常用的瓦斯抽采設備包括瓦斯抽采機、瓦斯抽采裝置和瓦斯抽采管道等。

（3）瓦斯檢測與監(jiān)控技術(shù)。瓦斯檢測與監(jiān)控技術(shù)是確保礦井安全的關鍵措施之一。瓦斯檢測用于實時監(jiān)測礦井中的瓦斯?jié)舛群屯咚褂砍隽?，及時發(fā)現(xiàn)瓦斯超限情況。常用的瓦斯檢測設備包括瓦斯傳感器和瓦斯檢測儀等。瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)可以實時監(jiān)測和記錄瓦斯?jié)舛取L速、溫度等參數(shù)，并通過數(shù)據(jù)分析和報警系統(tǒng)提供預警和決策支持。這些技術(shù)的應用有助于及時發(fā)現(xiàn)和應對瓦斯超限情況，防止瓦斯爆炸事故的發(fā)生[4]。

5.煤礦通風瓦斯治理效果評估控制策略

（1）瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測與控制。瓦斯?jié)舛鹊谋O(jiān)測是煤礦通風瓦斯治理中至關重要的一環(huán)。通過在礦井各個區(qū)域設置瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測儀器，可以實時監(jiān)測礦井中的瓦斯?jié)舛?。常見的監(jiān)測儀器包括瓦斯?jié)舛葌鞲衅骱投鄥?shù)監(jiān)測系統(tǒng)。監(jiān)測結(jié)果可以通過數(shù)據(jù)采集和傳輸系統(tǒng)進行實時監(jiān)控，并顯示在監(jiān)測中心或控制室的監(jiān)測儀表上。瓦斯?jié)舛鹊目刂菩枰鶕?jù)監(jiān)測結(jié)果采取相應的措施。如果瓦斯?jié)舛瘸^安全范圍，應及時采取控制措施，如增加通風量、加強風流分配、調(diào)整通風系統(tǒng)參數(shù)等，以降低瓦斯?jié)舛取?/p>

（2）通風系統(tǒng)評估與優(yōu)化。通風系統(tǒng)是煤礦通風瓦斯治理的核心，對通風系統(tǒng)進行評估和優(yōu)化可以提高通風效果和瓦斯抽采效率。評估通風系統(tǒng)可以通過監(jiān)測礦井中的風速、風量、風壓等參數(shù)來進行。常用的評估方法包括風速儀、流量計和壓力計等設備。在評估的基礎上，可以對通風系統(tǒng)進行優(yōu)化。優(yōu)化措施可以包括增加通風量，通過增設風井或改進風井布置來提高通風效果；調(diào)整風流分配，根據(jù)礦井不同區(qū)域的瓦斯?jié)舛确植己凸ぷ髅娴耐咚巩a(chǎn)量，合理分配風量，使瓦斯得到有效抽采；改進風井的結(jié)構(gòu)和布置，減少風阻和風分流現(xiàn)象，提高通風效率等[5]。

6.結(jié)束語

本文對煤礦通風瓦斯治理進行了綜合性的探究，深入分析了煤礦通風瓦斯治理的理論基礎、通風系統(tǒng)的構(gòu)成和運行原理、治理技術(shù)的研究與應用，并提出了治理效果評估和控制策略。煤礦通風瓦斯治理是一項復雜而又關鍵的工作，需要多方面的努力和合作。希望通過本文的研究，能夠引起廣大礦山管理者和相關從業(yè)人員對煤礦通風瓦斯治理的重視，提高其安全生產(chǎn)水平，確保礦工的生命財產(chǎn)安全。未來的研究可以進一步深入探討新的治理技術(shù)和方法，以適應煤礦安全生產(chǎn)的需求。