基于有害氣體監測的多作業面隧道通風管理研究

王樂

寧夏煤礦安全監察局安全技術中心，寧夏銀川，750001

0 引言

礦井隧道通風是指在礦井開采作業過程中，采取多樣化、科學化以及合理化的方式手段以實現向礦井下輸送新鮮空氣目的。與此同時，礦井隧道通風也是稀釋和排出礦井內部作業所產生有毒氣體的重要手段，比如瓦斯或粉塵等，通過有毒氣體的有效稀釋及排出，可為調節礦井下的氧氣密度創造有利條件，保障礦井開采作業的正常開展。因而為了能夠充分提升礦井開采作業的生產效益、經濟效益以及社會效益，越來越多的礦井選擇采用多作業面隧道通風的方式手段，以此提升通風效率，并改善礦井下的開采作業條件，同時確保開采作業人員的生產安全。但是，值得注意的是，在應用多作業面隧道通風的方式時相應也需要做好通風管理工作，從多個方面保障通風系統設備的安全可靠。故而，本文對有害氣體監測的多作業面隧道通風管理具有一定意義。

1 多作業面礦井隧道通風的重要性

礦井隧道通風是指將空氣通過隧道輸入到礦井下，進而增加礦井隧道內、礦井中的氧氣含量，以此達成改善礦井下作業環境的目的，同時也起到將礦井內有害氣體有效排出的作用。煤礦生產具有一定特殊性，其大多數作業場所需要在地下完成，且生產工作環境較為狹窄、復雜，不利于空氣的流通交換，在外界空氣通過隧道進入礦井的過程中，或多或少會受到作業場所影響，摻入大量的粉塵與有害氣體。且在這一過程中，由于受到地下溫度、機械設備運作、井下作業人員數量以及其他因素影響，礦井下的空氣濃度、環境溫度、作業場所濕度等也會產生一定變化，一旦礦井下氧氣濃度減少，有毒氣體濃度升高，則會嚴重影響作業環境，影響礦井下工人生命安全，因此，應重視礦井隧道通風工作。

多作業面礦井隧道通風的重要性主要有以下四點：①利用多作業面礦井通風，有利于增加礦井隧道內空氣流通，為礦井隧道內提供源源不斷的新鮮空氣，保證礦井下工作人員的氧氣需要，確保礦井下工作人員生命安全。②利用多作業面礦井通風，能夠有效排除礦井隧道內和井下粉塵、有害氣體等，確保礦井安全生產、煤礦開采工作順利運行。③利用多作業面礦井通風，能夠有效調節礦井內部溫度、濕度等環境，改善礦井工作環境，為礦井下工人提供溫度適宜、濕度合理的工作環境。④一旦礦井下發生重大安全事故，多作業面礦井隧道通風能夠發揮其重要作用，有效控制礦井隧道內空氣流動，為后續的搶救工作創造一個良好的搶救環境。由此可見，多作業面礦井通風系統在礦井通風、減少礦井下有害氣體、保護礦井內工人生命安全方面具有重要作用。

此外，開展多作業面礦井隧道通風評價指標和優化多作業面通風管理也具有重要意義。隨著社會發展不斷進步，礦井開采工作也在深入發展，礦井隧道長度越來越長、礦井深度越來越大，礦井隧道所需的通風規模也就越來越大，通風模式越來越復雜，因此，建立一個科學且合理的礦井隧道通風指標具有重要意義。同時，利用多作業面礦井隧道優化礦井隧道通風管理，能夠打破傳統礦井隧道通風管理模式，系統性調節礦井內風量，有效開展有害氣體監測及風速監測工作，進一步實現礦井隧道通風管理網絡化、自動化，保證礦井隧道通風系統的安全性與可靠性。總而言之，在礦井隧道施工中，開展有害氣體檢測和多作業面礦井隧道通風具體重大意義。

2 通風管理

2.1 有害氣體及風速監測

有害氣體及風速監測是礦井隧道內通風管理的重要手段。可采用兩種辦法開展有害氣體監測工作。一方面，可采用人工監測方法[1]。監測人員利用便攜式氣體檢測儀或手提式氣體分析儀（型號：PTM600-10），對隧道施工處多處位置開展有害氣體監測工作，如：探測隧道內有害氣體排出口周圍2～3m范圍內的有害氣體濃度、探測有害氣體易聚集位置的有害氣體濃度等。另一方面，可采取自動監測方法。將自動監測點位布置在各作業面、回風、轉彎等位置[2]。根據各類氣體密度原理，若有害氣體密度大于空氣密度，則應將監測點位布置在隧道腰部、底部；若有害氣體密度小于空氣密度，則應將監測點位布置在隧道頂部；若有害氣體密度與空氣密度一致，則應全方位布置監測點位。

可使用風速傳感器開展隧道施工風速監測工作，應將該儀器全方位設置在隧道內部，實現多角度、全方位監測[3]。

2.2 通風措施

依據有害氣體和風速監測結果，不斷調整先前布置好的通風設備裝套，包括通風設備的運行功率、通風方向、運行時間等。通過對通風設備開展實時管理，以此來實現隧道內通風動態管理。此外，應針對隧道施工中不同的氣體狀態、密度，開展針對性通風管理措施，具體如下：

（1）利用人工監測手段，判斷礦井隧道有害氣體探測口周邊2～3m范圍內的有害氣體濃度，若該范圍內氣體濃度嚴重超標，應在該范圍3～5m內設置強力風扇，使用局部增加風速等辦法，降低該范圍內氣體濃度，使該范圍內氣體狀態保持平穩[4]。

（2）利用自動監測手段，判斷施工臺、礦井下放轉彎處等有害氣體濃度，若出現有害氣體濃度嚴重超標，或風速達不到隧道內氣體流通要求，則應在該處設置風扇，同時應調整主要通風機的功率，加大該處送風量。此外，還應調整相應風機的運行功率，以此來增加該處空氣流動，降低有害氣體濃度[5]。

（3）利用自動監測手段，判斷回風巷、總回風巷有害氣體濃度，若該處有害氣體濃度嚴重超標，或風速達不到隧道內氣體流通要求，通風措施同上。應及時調整送風機和射流風機功率[6]。

2.3 通風施工管理

通風施工管理在多作業面隧道的有害氣體監測中有著非常關鍵的作用，對有害氣體監測的準確性、保障作業人員的安全性以及改善作業環境空氣質量起著不容忽視的重要保障作用。因此，應對通風施工管理予以高度關注，從多個方面保障通風施工管理的合理性和可靠性。通風施工管理的主要內容有以下幾個方面：

（1）在完成通風設施設備的安裝后，務必進行全面且詳實的檢查驗收并在現場進行試通風操作，確認通風效果與通風設計一致，且能夠充分滿足現場作業的實際需求后才能投入運行，同時應安排專人對通風設備進行管理維護，并且對通風設備管理人員進行培訓指導，使其能夠按照規定流程標準作業，嚴禁違規操作如隨意啟停機等。

（2）為保證通風系統與其他作業設備均能正常運轉，避免因某一設備故障導致其他系統設備的無法正常運轉，進而影響整體作業進度和通風效果，應為通風系統及附屬設備單獨設置電力變壓器、配電線路和專用開關，并設置備用電源，全面保障連續不間斷的有效通風。若對通風系統設備進行檢修維護，作業環境內無法進行有效通風，則應提前將作業人員撤離，并布設警示標識和警戒范圍，防止在無通風狀態下出現安全生產事故。在完成檢修維護后，恢復作業前，應全方位監測作業環境內的空氣質量、有害氣體類型和濃度，當一切監測指標均符合作業標準后才能繼續作業。

（3）因作業環境的特殊性，通風系統所選用的風管需要具備阻燃性、抗靜電性，防止因風管屬性導致作業環境存在安全隱患。在掛設風管的過程中，應注重平、順、直的施工作業要求，盡可能保障風管的完整性和密封性。遇轉彎處需要對風管進行彎折處理時，應利用彎頭進行過渡或是緩慢彎折，避免風管因彎折出現破損或是死彎的狀況，進而影響整體的通風效果。此外，在選用其他通風設施設備時，既要滿足通風設計要求，也要與實際作業環境相符，充分論證所選通風設施設備的可操作性，避免通風設施設備與實際情況脫離，進而影響最終的通風效果，且易造成人力、物力、財力的浪費損失。

（4）為保障通風效果的穩定性和可靠性，應結合實際工作情況，組建專業化的通風管理隊伍，全權負責通風管理的所有工作，包括但不限于通風系統設備的安裝、使用、檢查、維護等。由通風管理隊伍對作業環境內外的通風設備、風管通道以及電力保障設施等進行日常巡檢，并且將巡檢情況全面詳實地進行記錄，確保通風系統設備長期處于安全穩定的運行狀態之下。與此同時，為強化通風管理力度，提高通風管理隊伍的專業性和綜合素質，應建立健全通風系統設備定期檢查制度，結合實際工作情況，定期組織第三方專業人員對通風系統設備進行全面檢查，及時發現通風系統設備中潛在的安全隱患或是故障問題，反饋至作業管理方并幫助其盡早盡快予以妥善處理，通風管理隊伍也能通過第三方全面檢查的形式，取長補短彌補自身存在的不足，有助于提高通風系統設備管理的專業性。

（5）通風管理需要針對有害氣體進行專門監測，以確保作業環境的空氣質量。因此，應及時組建有害氣體監測隊伍，并區別于通風管理隊伍，僅開展有害氣體監測及評估等相關工作。有害氣體監測是一項兼具技術性和復雜性的綜合工作，需要工作人員具備相應資質。在監測有害氣體時，應嚴格按照監測要求開展具體作業，且應根據監測情況適時調整監測的頻次、范圍以及監測對象等，充分監測可能存在于作業環境中的有害氣體，一旦發現某區域有害氣體濃度超過作業允許范圍，應盡快撤離作業人員并封閉該區域，妥善進行通風處理，減低有害氣體的影響范圍和危害程度，進而保障通風系統設備能夠對稀釋排除有害氣體起到應有的作用。

3 可靠性評價

在有害氣體監測基礎上開展多作業面礦井隧道通風管理工作，建立科學、可行的通風評價體系，具體內容如下：

（1）建立通風設計可靠性評價。主要幾類指標，如：隧道通風設計中原始資料的準確性，隧道通風設計中風速、氣體濃度計算的真實性、可靠性，隧道通風設計中隧道所處地理位置、氣候條件等。

（2）建立通風系統穩定性評價。主要包括兩項指標，第一類指標是設備性能，包括通風設備送風量、設備運行效率、功率等參數，還包括設備的新舊程度、故常發生率等等。第二類指標是通風管道布置的合理性，主要包括管道安裝位置、環境和管道鋪設質量等。

（3）建立通風質量科學性評價[6]。主要包括隧道施工中所產生的供風量、風速、溫度和有害氣體濃度是否滿足國家相關規定標準。我國對隧道施工中氧氣、粉塵濃度、溫度、有害氣體濃度等均制定了一系列規范標準。深入探究我國隧道施工有害氣體標準可知，現行的標準僅明確了隧道內二氧化碳、一氧化碳、瓦斯等含量指標，并沒有明確H2S等有害氣體指標。在建立通風質量科學性評價過程中，筆者依據現行的醫療衛生、石油等相關行業有害氣體指標，增加了H2S、SO2等有害氣體質量檢測。明確了隧道施工過程中通風質量評價標準。主要包括：氧氣濃度應＞19.5%；一氧化碳濃度應＜0.0024%；二氧化碳濃度應＜0.5%；H2S濃度應＜0.00066%；二氧化硫濃度應＜0.0005%；以二氧化氮為主的氮氧化物濃度應＜0.00025%；氫氣濃度應＜4%。此外，還進一步完善了隧道內溫度、隧道內個人空氣供氧量、風速、坑內風速等通風質量標準。具體為：隧道內溫度應＜28℃；隧道內個人空氣供氧量應＞3m3/min；隧道內風速應＞0.15m/s、應＜6.00m/s；坑內風速應＞0.25m/s、應＜6.00m/s。本次隧道通風治療評價測算儀器主要有三類，分別是氣體檢測傳感器（主要型號有：PNT400、DR70C、AWW300、BH-4等）、溫度計和風速傳感器（主要型號：HQGFS）。

（4）建立通風管理可靠性評價。通風管理是完成通風設計、通風系統設備安裝及調試之后的綜合管理工作，對保障通風系統設備運行的安全穩定起著決定性的關鍵影響。因此，應及時結合實際工作情況，建立健全通風管理可靠性評價體系，其中應包含但不限于與通風管理相關的制度機制、人員安排、權責劃分等內容細則，同時應在通風管理制度機制中對管理工作的流程、標準、要求以及注意事項等內容予以明確細化，一方面可以提高通風管理的可靠性和規范性，防止因流程不夠完善，或是標準不夠具體等導致通風效果下降，進而影響作業環境的空氣質量和有害氣體監測效果；另一方面也能規范通風管理工作人員的具體行為，促使其更加注重自身工作的規范性和標準性，減少因人為因素而導致通風效果下降的可能性，有助于進一步保障通風管理的可靠性。此外，在通風管理工作的權責劃分方面，應做到具體設備對應具體人員，這樣既能提高通風管理人員對系統設備維護管理的重視程度，促使其規范化、合理化、科學化開展維護管理工作，也能在通風系統設備出現故障問題時，及時找到對應的責任人，便于了解通風系統設備的具體情況，再結合具體故障問題制定具有較高可行性和可操作性的處理解決方案，以此可大幅提高通風系統設備故障問題處理解決的可靠性，同時便于通風管理人員對故障問題進行記錄、總結以及分析，為提高通風管理工作成效提供重要的實踐資料支持，從而進一步提高通風管理的可靠性[7]。

在有害氣體監測基礎上開展多作業面礦井隧道通風管理工作，通過建立多作業面分階段通風系統，綜合分析礦井隧道長度、地理環境、氣候條件，選取成本低、效益高的通風方式，優化礦井隧道通風設計，依據有害氣體及風速監測結果，采取科學且有效的通風措施，進一步建立可靠性評價。實踐證明，在礦井通風過程中，人工監測和自動監測多次發現隧道內局部一氧化碳、二氧化碳等有害氣體濃度超標問題，礦井隧道通風管理人員在問題發現的第一時間開展科學的應對措施，能夠及時降低礦井隧道內有害氣體濃度，減少隧道施工工作人員有害氣體中毒、窒息事件。

4 結語

綜上所述，礦井隧道通風在降低礦井內有害氣體濃度方面起到了至關重要作用。通風管理是礦井隧道施工管理的重要組成部分，通過建立多作業面分階段通風系統，優化通風系統設計可滿足隧道作業對通風量的要求；通過加強隧道通風管理，開展有害氣體及風速檢測，能夠準確判斷礦井隧道及井下有害氣體濃度，知曉其內部空氣流通速度；通過開展有效的通風措施，利用可靠性評價，能夠實現以有害氣體監測為基礎的多作業面礦井隧道通風動態管理，進一步實現全方位動態監測管理，提高礦井隧道及井下通風質量，保證隧道施工工人生命安全，減少因有害氣體吸入而引發的隧道施工安全事故。