煤礦安全生產中的通風瓦斯治理探究

＊高永強

（山西呂梁離石炭窯坪煤業有限公司 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，經過壓力和化學反應，形成了煤炭。在這個過程中，有機物質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。當瓦斯濃度超過其爆炸極限范圍時，一旦遇到明火、電火花或高溫源，極易發生爆炸。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，導致缺氧情況發生。當礦工在這樣的環境中工作時，會出現頭暈、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中的作用

通風在煤礦安全生產中起著至關重要的作用。煤礦通風系統的設計和運行能夠有效地控制煤礦內的氣體濃度、溫度和濕度，維持適宜的工作環境，確保礦工的安全和健康。首先，通風系統能夠控制煤礦內的有害物質濃度，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節，能夠及時排除煤礦內積聚的有害氣體，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，通風系統能夠調節煤礦內的溫度和濕度。煤礦地下作業環境通常狹小、密閉，而且由于機械設備和礦工作業產生的熱量，礦井內溫度往往較高。通過通風系統的運行，能夠及時排除礦井內的熱量，降低溫度，提供相對較為舒適的工作環境。此外，通風系統還可以控制煤礦內的濕度，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，通風系統還能夠保持礦井內的新鮮空氣供應。煤礦地下作業環境通常缺乏充足的自然通風，而且礦井內存在大量的有害氣體和煙塵。通過通風系統的供風，能夠及時將新鮮空氣引入礦井，提供礦工所需的氧氣，改善礦井內的空氣質量，減少有害氣體的濃度，保障礦工的健康和工作效率。

2.煤礦通風系統的構成和運行原理

煤礦通風系統是煤礦安全生產中的重要組成部分，其主要目的是保障礦井內空氣的新鮮度、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境。煤礦通風系統通常包括以下兩個主要組成部分：風機系統和風路系統。

（1）風機系統。風機系統是煤礦通風系統的核心，其主要任務是產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的效果，將風量引導到特定區域，如工作面、回風巷道等。風機系統的運行原理基于風機的旋轉，通過風葉的葉片運動產生氣流，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。風路系統是指風流在礦井內的傳輸路徑，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。局部通風路用于特定區域的通風，如工作面、掘進巷道等。風路系統的運行原理依賴于風路的布置和通風巷道的結構設計，以最大限度地利用風力，實現氣流的有效輸送和循環，保證礦井內空氣的流通和質量。

3.煤礦通風瓦斯治理的現狀分析

（1）煤礦通風系統的改進。煤礦通風系統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，智能化的監控系統可以實時監測瓦斯濃度和風速等參數，及時發現異常情況并采取相應的措施。根據國家煤礦安全監察局的數據，2019年我國煤礦通風系統改造的覆蓋率達到了80%以上。2019年，全國煤礦通風系統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。現代瓦斯抽采技術的應用不斷推動煤礦瓦斯治理的發展。例如，采用高效的抽采設備和管道系統，可以提高瓦斯抽采效率，降低瓦斯濃度，減少瓦斯爆炸事故的發生概率。據國際能源署的數據，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%。據中國煤礦安全監察局的統計，2019年我國煤礦瓦斯抽采率達到了85%以上。

（3）瓦斯監測與預警系統的發展。瓦斯監測與預警系統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測設備，實時監測瓦斯濃度和其他相關參數，及時發現異常情況并進行預警，可以有效降低瓦斯爆炸事故的發生。隨著技術的不斷進步，瓦斯監測與預警系統的功能和精度也在不斷提高。

根據中國煤礦安全監察局的數據，截至2019年，全國煤礦瓦斯監測系統的覆蓋率達到了90%以上。瓦斯監測與預警系統的平均誤差率已經下降到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、死亡人數及其占煤礦事故總死亡人數

煤礦通風瓦斯事故通常發生在以下情況下：

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

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

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，就無法及時發現瓦斯積聚的情況，增加了事故發生的風險。

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）、礦井結構損壞、生產中斷等。為了預防和減少煤礦通風瓦斯事故，煤礦企業應該重視瓦斯治理和通風系統建設，加強瓦斯檢測和監控，加強礦工的安全培訓和意識教育，確保安全操作規程的執行，建立健全的安全管理制度和應急救援機制。同時，政府和相關監管部門也應該加強對煤礦的監管和執法，提高安全生產的標準和要求。

表1 2011—2020年突出事故統計表

4.通風瓦斯治理技術的研究與應用

（1）通風系統設計與改進。通風系統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。合理規劃通風系統包括確定通風巷道的位置、尺寸和數量，安排通風機的布局，確定通風流量和風速等參數。改進通風系統可以通過增加通風風量、優化通風網絡、提高通風機效率等手段來增強通風系統的能力。

（2）瓦斯抽放與抽采技術。瓦斯抽放和抽采技術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）瓦斯檢測與監控技術。瓦斯檢測與監控技術是確保礦井安全的關鍵措施之一。瓦斯檢測用于實時監測礦井中的瓦斯濃度和瓦斯涌出量，及時發現瓦斯超限情況。常用的瓦斯檢測設備包括瓦斯傳感器和瓦斯檢測儀等。瓦斯監控系統可以實時監測和記錄瓦斯濃度、風速、溫度等參數，并通過數據分析和報警系統提供預警和決策支持。這些技術的應用有助于及時發現和應對瓦斯超限情況，防止瓦斯爆炸事故的發生[4]。

5.煤礦通風瓦斯治理效果評估控制策略

（1）瓦斯濃度監測與控制。瓦斯濃度的監測是煤礦通風瓦斯治理中至關重要的一環。通過在礦井各個區域設置瓦斯濃度監測儀器，可以實時監測礦井中的瓦斯濃度。常見的監測儀器包括瓦斯濃度傳感器和多參數監測系統。監測結果可以通過數據采集和傳輸系統進行實時監控，并顯示在監測中心或控制室的監測儀表上。瓦斯濃度的控制需要根據監測結果采取相應的措施。如果瓦斯濃度超過安全范圍，應及時采取控制措施，如增加通風量、加強風流分配、調整通風系統參數等，以降低瓦斯濃度。

（2）通風系統評估與優化。通風系統是煤礦通風瓦斯治理的核心，對通風系統進行評估和優化可以提高通風效果和瓦斯抽采效率。評估通風系統可以通過監測礦井中的風速、風量、風壓等參數來進行。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，可以對通風系統進行優化。優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；調整風流分配，根據礦井不同區域的瓦斯濃度分布和工作面的瓦斯產量，合理分配風量，使瓦斯得到有效抽采；改進風井的結構和布置，減少風阻和風分流現象，提高通風效率等[5]。

6.結束語

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、通風系統的構成和運行原理、治理技術的研究與應用，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人員對煤礦通風瓦斯治理的重視，提高其安全生產水平，確保礦工的生命財產安全。未來的研究可以進一步深入探討新的治理技術和方法，以適應煤礦安全生產的需求。