礦井瓦斯排放作業及安全措施分析

李博勤

(銅川市耀州區煤炭工業局，陜西 銅川 727100)

0 引言

煤炭的開采和應用在創造巨大價值的同時，也伴隨著各類生產事故的發生，而瓦斯災害是最為常見的事故之一[1-3]。礦井瓦斯在經處理后可以作為燃料和工業原料，有一定的經濟價值，進行有效開發和利用還能為環境保護事業作出貢獻。因此，許多礦井開展了瓦斯抽放工作，以降低開采時的瓦斯涌出量預防各類瓦斯事故，且可以減少通風系統負擔間接提升礦井生產效益[4-6]。然而，在技術條件和工程背景不能滿足瓦斯抽放需要時，直接進行瓦斯排放不考慮瓦斯的回收利用，就成為了保證人員安全的必然選擇[7-9]。例如，因種種原因造成的部分區域瓦斯積聚時，即需要進行瓦斯排放；比較典型的情境為主通風機停電或停風后，在井下全風壓通風的采掘工作面瓦斯濃度超出安全生產的規定值。

為此，針對一定條件下的瓦斯積聚，具體分析瓦斯排放的作業計劃和流程，并對排放方法進行探究，以期減少瓦斯災害，更好地保障礦井安全生產。

1 編制作業計劃

1.1 作業計劃內容

在作業計劃或是作業方案中，首先應確定參加瓦斯排放的人員及負責人，明確職責范圍及協調配合機制。在排放方法的選擇中，瓦斯排放針對的是因種種原因造成的瓦斯積聚，區別于瓦斯抽放的以能源利用為目的，瓦斯排放更注重保證礦井作業環境的安全性；因此，瓦斯排放方法的選擇主要應結合作業位置和瓦斯的具體來源。此外，排放作業過程中的停電及撤人范圍、站崗警戒地點、警戒人員及匯報地點、風流第1混合點瓦斯監測、參加排放的人員及職責等都應做出明確規定，并繪制排放瓦斯示意圖，圖中應標明瓦斯排放風流路線、站崗警戒地點等內容。

結合工程實踐，針對采掘工作面、硐室等處的瓦斯積聚，瓦斯排放的一般作業流程如圖1所示，圖中組織機構因礦企自身設置不同而略有差異。

圖1 瓦斯排放作業流程

1.2 技術要點

在作業計劃定稿前，應當對排放區瓦斯積存量、排放瓦斯所需時間進行估算，瓦斯積存量按式(1)估算，所需時間的計算參照式(2)[10-12]。

Q=S·L·ω

(1)

式中，Q為預計排放瓦斯量，m3；S為巷道斷面面積，巷道變形率取50%，m2；L為排放區巷道的長度，m；ω為平均瓦斯濃度，%。

T=Q/(Q扇×1%)

(2)

式中，T為排放瓦斯所需時間，min；Q為預計排放瓦斯量，m3；Q扇為局部通風機供風量，排放瓦斯時風筒出口風量，m3/min。

所有參加排放瓦斯人員必須認真學習排放瓦斯措施，明確各自職責，全面認真檢查儀器、儀表及裝備,確保完好。瓦斯排放前，要撤出排放瓦斯巷道內回風流經區域的全部人員，切斷回風區域一切電源。全風壓風流混合處懸掛甲烷傳感器或便攜式甲烷檢測報警儀，報警濃度設為1%。通風機及開關附近10 m范圍內風流中的瓦斯濃度只有在0.5%以下時，方可開啟通風機。排放瓦斯前應向調度室匯報。

2 局部通風機排放瓦斯

礦井井下盲巷停電或停風后的獨頭巷道容易引起瓦斯積聚，從而導致瓦斯濃度超過規定值，在此情況下，選擇局部通風機瓦斯排放法較為適宜[13-15]。

2.1 分級管理

2.1.1 級別劃分

經檢查巷道內最高瓦斯濃度不超過1%和最高二氧化碳濃度不超過1.5%，且局部通風機及其開關地點附近10 m以內風流中的瓦斯濃度不超過0.5%時，即可由當班電工會同瓦斯檢查員人工開啟局部通風機，恢復掘進巷道的通風。當臨時停風的掘進巷道內瓦斯濃度超過1%或二氧化碳濃度超過1.5%，最高瓦斯濃度和二氧化碳濃度不超過3%時，由通風隊跟班隊長現場組織瓦斯檢查員會同該地點電工采取安全措施，控制風流排放瓦斯。當臨時停風的掘進巷道內瓦斯濃度或二氧化碳濃度超過3%時，必須成立瓦斯排放領導小組，由總工程師任組長，通防科科長或通風隊隊長任副組長，通風隊、通防科、調度室、安監科、救護隊、機電科、施工區隊相關人員擔任成員。排放瓦斯時由通防科科長或通風隊隊長現場指揮，礦井總工程師在調度室指揮，直到排放結束。

2.1.2 高濃度瓦斯排放前的檢查

當巷道內瓦斯濃度或二氧化碳濃度超過3%時，排放瓦斯前必須做好以下5點。①總工程師或通防科科長組織對排放瓦斯流經區域內回風系統進行全面檢查，發現問題及時處理，在回風系統存在較大安全隱患的情況下，嚴禁進行瓦斯排放工作；②必須在排放瓦斯地點兩道反向風門外安裝電話，并保持通訊暢通；③必須在排放瓦斯第1風流混合點下風側3～5 m處安設甲烷傳感器，當瓦斯濃度達到1.5%時，必須及時減小風量，降低瓦斯濃度；④由總工程師組織有關人員統一學習專項瓦斯排放措施并簽字，瓦斯排放措施上報集團公司審批或備案；⑤電話和甲烷傳感器安設不齊全的，嚴禁進行瓦斯排放。

2.1.3 注意事項

瓦斯排放到巷道末端且第1風流混合點瓦斯濃度穩定在1.0%以下30 min后，由排放瓦斯現場指揮人員、瓦檢員和安監員共同進入巷道內檢查通風、瓦斯等情況，確認無異常后方可結束瓦斯排放工作。瓦斯排放前、后，現場指揮人員必須及時向礦井調度室和通風調度匯報，參加排放的工作人員必須聽從現場指揮人員命令，統一行動，嚴禁擅離職守。所有受停風影響的區域，必須立即切斷電源，撤出所有作業人員；制定瓦斯排放措施，逐級恢復掘進工作面的正常通風。

2.2 方法比較

2.2.1 風筒錯口法

對于臨時停風地點或盲巷內預留有風筒的巷道，可采取在風門外安設風筒“三通”鎖風控制風流或風筒錯口對接控制風流等瓦斯排放方法。根據風流第1混合點瓦斯濃度，通過調節風筒“三通”或風筒錯口面積控制排放巷道的風量，確保風流第1混合點瓦斯濃度不超過1.5%。在此期間嚴禁任何無關人員進入盲巷及其回風流經的區域。在排放瓦斯與新鮮風流混合回風口下風側10～15 m處吊掛一個瓦斯便攜儀，安排專人查看，達到或超過1%時及時通知調節人員減小供風量。瓦斯排放到巷道末端且第1風流混合點瓦斯濃度穩定在1.0%以下30 min后，由排放瓦斯現場指揮人員、瓦檢員和安監員共同進入巷道內檢查通風、瓦斯等情況，確認無問題后方可結束瓦斯排放工作。由于此種方法是風機開啟后對接風筒，風機有效風量大，對接困難，不便于操作，但能有效控制回風流中的瓦斯濃度，是目前排放瓦斯常用的方法。

2.2.2 逐段排放瓦斯法

瓦斯排放時分別采用長度5 m、10 m、20 m的風筒，逐步從回風口向巷道深處排放。具體作業時，采用風筒錯口法先接一節5 m長的風筒，取下5 m風筒；采用風筒錯口法接10 m長的風筒，采用風筒錯口法再接一節5 m長的風筒，取下15 m風筒，采用風筒錯口法接20 m長的風筒。每一步驟結束后，必須檢查風筒出風口后側回風流中的瓦斯濃度，小于1.5%時方準進行下一步驟。以巷道回風口為起點，由外向里逐段排放，重復如上瓦斯排放程序直到排放完畢。采用風筒錯口法直接接上10 m或20 m風筒操作時，必須確保風流混合點瓦斯濃度不超過1.0%。該方法能有效減少高濃度瓦斯區域內長距離往返運送風筒的工作量，然而在瓦斯由高濃度向低轉化時增加了轉換次數，因此安全系數較小，需結合現場情況研判后謹慎使用。

3 主通風機排放瓦斯

3.1 瓦斯積聚原因及應急處置

3.1.1 瓦斯積聚原因

主要通風機檢修、礦井反風等原因造成全礦井或區域通風有計劃或無計劃停止供風,礦井因故障導致主通風機停電或停風后，在井下全風壓通風的采掘工作面、鉆場、硐室等全風壓通風巷道可能會發生瓦斯積聚，從而引起瓦斯濃度超過規定值。

3.1.2 應急處置基本原則

所有受停風影響的區域，必須立即切斷電源，撤出所有作業人員。應立即打開井口防爆蓋和有關風門，充分利用自然風壓通風。恢復礦井正常通風后，制定瓦斯排放措施，逐級恢復變電所、機電硐室和掘進工作面的正常通風。

3.2 風流短路法排放瓦斯

3.2.1 應用條件

當礦井井下主要巷道瓦斯濃度不超限且主要通風機出風口處瓦斯濃度不超1%時，可直接啟動主要通風機恢復礦井通風系統，否則啟動主要通風機前，應首先打開防爆門或井上下其他風門，采用風流短路的方法進行排放瓦斯，當主要通風機出風口瓦斯濃度不超1%時，逐漸減小短路風流至關閉。

3.2.2 操作流程

在采用主通風機排放礦井瓦斯時，應首先打開防爆門(防爆門若未開啟)或其他風門。接著應確保主風機房內所有電器設備10 m范圍內瓦斯濃度小于0.5%，才能開啟主通風機，通過調節防爆門或風門開啟大小控制風量短路大小，達到控制排放風流中瓦斯濃度大小的目的。礦井通風系統恢復工作后，應由瓦檢員在瓦斯濃度降至1%以下時首先入井，在通風情況檢查結果良好時，才能允許其他人員有序進入(瓦斯濃度低于0.75%)。

4 結語

排放瓦斯結束后，應由救護隊、通風部門、安監部門等共同負責全面檢查瓦斯排放區域內瓦斯情況，確認安全后，向調度室匯報，經煤礦總工程師同意后，方可進行其它工作。恢復正常通風后，由專職電工對巷道內電氣設備進行安全性防爆檢查，確認安全后，方可恢復送電。瓦斯排放本身就是一種消除安全隱患的安全措施，同樣也是一件危險性大、影響面廣、十分復雜的安全技術性工作，故從制定瓦斯排放措施開始,就必須引起高度重視，確保每次排放的安全，杜絕排放過程中的瓦斯事故。