高瓦斯煤礦采掘工程通風與安全管理研究

黃國華

（曲靖市麒麟區能源局，云南 曲靖 655000）

0 引言

瓦斯是威脅煤礦生產安全的關鍵因素之一，也是煤礦最大的安全隱患之一。由于在采掘過程中，高瓦斯煤礦會產生大量瓦斯，而該氣體無色無味[1]。在標準狀態下，其密度為0.716kg，滲透率可達空氣的1.6 倍。同時，如果氣體濃度達到一定水平，會降低空氣含量，使人體窒息[2]。即使情況比較嚴重，也會發生燃燒、爆炸等現象。從近年來我國煤礦生產安全事故來看，瓦斯事故仍然是死亡率最高的類型，可能會對煤礦生產和礦業的長遠發展產生嚴重影響[3]。高瓦斯煤層采煤礦井上覆巖層可能受到破壞，巖層直接塌陷進入采空區，在上部塌陷區形成典型的破碎帶[4]。上鄰層瓦斯和礦井瓦斯沿裂隙涌出，形成高濃度瓦斯聚集區。因此，通風與安全管理一直是高瓦斯礦井開采工程中需要解決的關鍵問題，煤礦企業必須采取科學、全面的安全管理措施和通風技術[5]。只有保證高瓦斯煤礦開采工程現場的通風性，才能有效避免施工現場安全事故的發生，這對提高高瓦斯采煤工程的綜合效益擁有十分重要的意義。

1 高瓦斯煤礦采掘工程通風與安全管理的意義

1.1 避免瓦斯污染

井下空氣稀薄，在煤礦開采過程中會釋放出一定量的有毒氣體。這種氣體容易引起爆炸，對礦井空氣造成嚴重污染，對工人的健康構成威脅[6]。因此，安全管理人員在工作中應科學運用通風技術和手段，保證礦井空氣的流動性，及時將礦井瓦斯排出礦井，避免瓦斯對礦井環境的污染，保證采礦作業的順利進行。

1.2 確保空氣流通

在煤炭開采過程中，經常會出現許多意想不到的情況，這將對煤炭開采的發展產生一定的影響，并可能導致引發各類安全事故。通過應用科學、先進的通風技術與各種先進的設備儀表，安全管理人員和相應的作業人員可以全天候、實時動態的掌握礦井內的氣體信息[7]。并通過科學設計的通風系統，實現礦井內空氣循環，及時排出礦井瓦斯等各種有害氣體，以此才能確保煤礦在良好的環境下順利、安全的運行，不會出現延誤煤礦開采速度情況。

1.3 避免氣體爆炸

瓦斯氣體具有易燃性與易爆性，而當礦井內瓦斯濃度高過一定濃度時，極易發生嚴重的爆炸事故。為了避免此類安全事故的發生，必須在采煤過程中動態監測礦井瓦斯濃度指標和含量[8]。通過應用合理的通風技術，加快礦井空氣循環，將礦井瓦斯濃度控制在合理范圍內，降低發生爆炸事故和各種安全事故的概率，確保井下作業人員的人身安全。

1.4 避免設備安全問題

煤礦瓦斯濃度高，容易引發爆炸事故，瓦斯開采設備也存在相應的安全隱患。如果采礦人員不按照設備操作標準操作設備，當設備長時間運行時，會導致溫度升高，甚至產生火花[9]。在氧氣含量低的情況下，明火會導致氣體爆炸事故，因此設備因素也會導致安全事故。

2 高瓦斯煤礦采掘工程通風技術

2.1 均壓通風技術

在高瓦斯礦井開采過程中，普遍采用均壓通風技術。該技術應確保風機和風窗處于均勻穩定的狀態，并從操作現場排放大量氣體。但在使用均壓通風技術時，應注意以下4 點：①如果采用風擋措施，當均壓風機處于風擋狀態時，必須盡量保證溜槽等處的調節門隨時打開，避免大量氣體進入工作層。②必須確保溜槽停止門的密封性，以避免操作層漏氣。③必須確保溜槽出風口與工作層之間的間距在安全、合理的范圍內，以確保風機運行時過程的安全性和穩定性。④在設計窗口面積的過程中，必須按照標準化、科學化的過程進行調整，以確保分壓處于均勻狀態[10]。

2.2 B 型通風技術

B 型通風技術是指在采礦工程的工作層建立通風網絡，連接回風巷道，形成頂板排放通道，然后排放瓦斯，以確保礦井巷道內瓦斯不超過標準量。最后，提高項目的安全性，確保項目的正常發展。在高瓦斯礦井的開采工程中，B 型綜合分選技術非常適用[11]。該技術有效地結合了流體力學原理和氣體排放技術，保證了氣體排放過程中的通風、防塵、防瓦斯和防火功能，使氣體完全排放。B 型通風技術可以避免高瓦斯涌進礦井，防止爆炸。

B 型通風技術在高瓦斯礦井的應用對瓦斯運輸具有重要意義。上述兩種不同的通風方式通常用于排放高濃度氣體。礦井瓦斯抽放通道與采空區相連，開采應力對通風阻力有間接或直接影響，不利于瓦斯抽放。鑒于此，回風巷道增阻減振器的設計十分重要。這可以有效地調節兩條回風巷道的風壓，進而控制采空區的瓦斯濃度。

3 高瓦斯煤礦采掘中通風與安全管理措施

3.1 優化配置足夠的礦井通風風量

煤礦瓦斯通風最重要的內容之一是控制礦井的通風風量，根據不同礦井的瓦斯流量進行監測，并根據當前市場的通風風量和各礦井使用的通風機械進行測試，最后將兩者進行匹配，看它們是否滿足當前煤礦企業的地下開采需求，具體如下：①邀請礦井通風部門參與礦井設計、操作規程和生產工藝的安排，采用現代設計管理理念，實現通風系統的合理布局。②優化采掘和設計后的通風系統，即通過重新檢測當前的通風量，維護和管理通風機械，分析當前采掘工作的具體情況，如減少采掘工作量和合理的集中生產模式，從而重新優化礦井瓦斯。此外，主通風機可以安裝在地面上，取代原有的局部通風機，重新布置新的通風系統。

3.2 增強高瓦斯開采管理規范化

高瓦斯礦井是瓦斯事故發生最頻繁的地方。在安全管理方面，應特別注意優化現場管理。①要加強現場安全管理的規范化，成立專門的安全管理部門，將作業中每一個環節的安全管理責任落實到個人，明確分工，避免推卸責任。同時，要建立健全通風設施的標準化管理制度，加強通風技術的標準化使用，保證開挖通道的空氣流通。②煤礦工程現場管理中應避免一些隱患。③現場所有設備、材料和工具在使用前應進行全面檢查和調試。只有滿足生產和開采要求，才能投入使用。最后，需要清理現場，為煤礦開采提供良好的環境。在這種環境下，不僅可以避免瓦斯事故的發生，而且可以使員工在標準環境下提高工作效率，以確保高瓦斯煤礦得以安全開采。

3.3 加強生產中瓦斯隱患檢測

在以往的高瓦斯煤礦開采事故中，人為因素占有較大比例。施工人員的作業水平直接影響煤礦作業的安全。因此，在高瓦斯礦井的開采中，施工人員的技術水平應符合崗位技術要求，高度重視采煤過程的安全，提高安全意識。在煤礦開采過程中，施工人員應分析工作環境的實際情況，規范作業流程，落實煤礦開采中的各項安全措施[12-13]。應安排工程監督人員對施工人員的施工行為是否按標準流程和管理規范執行進行監督。嚴禁違章、不按操作規程操作，消除危險源。同時，需在作業區的巷道內安裝監測探頭，以實時監測巷道內的實際情況。應采用輪班制。每班應安排專業技術人員對作業區域內的氣體進行全面檢查，并掌握作業區域外的氣體情況。只有確保作業區內外瓦斯正常后，才能安排采礦人員進入礦區作業。此外，在發現機械設備、氣體濃度和溫度等指標達到或臨近安全警戒線時，應立即向上級報告，予以解決，以及時防范安全隱患。同時，在氣體含量檢測的基礎上，要加強生產人員的安全。例如，管理者應通過宣傳向員工群體傳達煤礦安全開采的重要性，并提高他們的安全意識。或煤礦企業定期組織相關人員參加培訓教育，不僅可以增強工程技術人員的專業技能，還可以提高他們的安全意識，充分掌握應急處理、自我預防和自救的知識和技能，確保他們在使用機械設備的過程中能夠正常工作。

3.4 強化通風技術與安全管理

（1）均壓通風技術：在高瓦斯礦井的開采過程中，均壓通風技術的應用必須嚴格控制操作過程，以保證最佳的通風效果。首先，雖然均壓通風技術的應用原理比其他通風技術簡單，但通道兩端的通風壓力必須保持絕對相等，以確保高瓦斯煤礦的開采安全。如果通道兩端的通風壓力不同，瓦斯就會趁機進入礦井，污染整個礦井環境，降低礦井作業安全[13]。其次，雖然風機受壓力控制，可能存在各種運行故障，但主風機可以在不受影響的情況下繼續完成通風任務，從而有效控制礦井瓦斯濃度積聚，使瓦斯濃度長期保持在相對安全的范圍內。最后，如果要實施風阻措施，必須充分考慮均衡器的響應，即根據均衡器在風阻措施下的實際響應，確定是否快速打開回風管的調節門，以避免瓦斯進入工作層，影響采煤的順利進行。需要注意的是，在應用均壓通風技術時，員工還需要制定系統完善的管理措施[14]。如果需要采取措施停止空氣，工作人員應在第一時間打開風道的調節門，以免瓦斯進入巷道，增加礦井瓦斯濃度，造成嚴重瓦斯爆炸事故。此外，工作人員還需要更加注意進風巷道的風門，使其始終處于關閉狀態。只有這樣，風管出口才能與礦井保持一定距離，防止自燃的發生。

（2）B 型通風技術：應重視礦井瓦斯涌出，避免各種煤礦災害事故的發生。在回風斜槽處，排氣道的氣壓和氣體排放可以保持在相對穩定的狀態。如果從工作層到排氣方向的排氣量發生較大變化，則控制氣體濃度將更加困難[15]。要解決這一問題，必須保證礦井通風裝置中的排水巷道處于前方狀態。此外，工作人員還需要高度重視瓦斯的理化性質，明確其理化性質的異同，從而有效控制礦井瓦斯濃度。同時，為了有效控制氣體濃度，也可以在當地安裝風機。

在所討論的幾種通風技術中，B 型通風設備的性能最好，可以大大提高工作效率，確保采礦工作的安全。但在實際選擇中，仍需根據采礦作業的實際情況對模型進行優化。高瓦斯礦井開采過程中發生瓦斯爆炸事故的原因主要與瓦斯體積分數高有關。通常，當氣體體積分數達到5%～16%時，會發生自燃。因此，必須控制瓦斯體積分數，采用通風技術和加強通風管理是降低瓦斯體積分數的有效措施。在實際采礦工作中，需要根據礦區的瓦斯涌出量和送風距離來優化通風設備的類型。適當的通風設備能及時排除氣體，避免氣體體積分數過高引起爆炸。

3.5 通風設備網格化管理，加快智能化系統建設

目前，較多的礦采企業在作業礦井中普遍缺乏甲烷傳感器等監測機械系統，只有在氣體濃度超標后才會發出報警，因此需要優化通風管網和智能系統的建設，具體如下：①礦采企業應對通風技術與管理技術積極研發、創新，積極開展瓦斯監測系統的技術研發，并結合“互聯網+”技術，實現對礦井作業現場內全天候有害氣體監測。②利用大數據技術和云計算技術，對氣體監測采集的各種數據和圖片進行匯總分析，實現全過程監測，提前進行預防性監測，形成應急預案。③采用智能監控系統。當通風出現問題時，應啟動應急預案，及時停止損失，避免發生更大事故。

4 結語

加強礦采企業安全與通風技術的管理，是保證高瓦斯采煤工程安全生產、提高良好經濟效益的關鍵，因其在高瓦斯采煤環境的特殊性，當瓦斯濃度超過警戒線時，會導致安全事故，后果也很嚴重。為確保礦山工人的安全和工程的正常運行，必須重視高瓦斯開采工程中的通風技術問題，實施科學的通風技術管理對策，加大資金投入，引進先進技術和設備，從而促進高瓦斯礦井的順利運行，確保高瓦斯技術開采的順利進行，最終使我國煤礦行業走上安全、健康、穩定的發展道路。