高瓦斯煤礦采掘工程通風(fēng)與安全管理研究

黃國華

（曲靖市麒麟?yún)^(qū)能源局，云南 曲靖 655000）

0 引言

瓦斯是威脅煤礦生產(chǎn)安全的關(guān)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(chǎn)生大量瓦斯，而該氣體無色無味[1]。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，其密度為0.716kg，滲透率可達(dá)空氣的1.6 倍。同時，如果氣體濃度達(dá)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(yán)重，也會發(fā)生燃燒、爆炸等現(xiàn)象。從近年來我國煤礦生產(chǎn)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(chǎn)和礦業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展產(chǎn)生嚴(yán)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(jìn)入采空區(qū)，在上部塌陷區(qū)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(qū)。因此，通風(fēng)與安全管理一直是高瓦斯礦井開采工程中需要解決的關(guān)鍵問題，煤礦企業(yè)必須采取科學(xué)、全面的安全管理措施和通風(fēng)技術(shù)[5]。只有保證高瓦斯煤礦開采工程現(xiàn)場的通風(fēng)性，才能有效避免施工現(xiàn)場安全事故的發(fā)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(fēng)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(yán)重污染，對工人的健康構(gòu)成威脅[6]。因此，安全管理人員在工作中應(yīng)科學(xué)運(yùn)用通風(fēng)技術(shù)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(huán)境的污染，保證采礦作業(yè)的順利進(jìn)行。

1.2 確?？諝饬魍?/h3>

在煤炭開采過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)許多意想不到的情況，這將對煤炭開采的發(fā)展產(chǎn)生一定的影響，并可能導(dǎo)致引發(fā)各類安全事故。通過應(yīng)用科學(xué)、先進(jìn)的通風(fēng)技術(shù)與各種先進(jìn)的設(shè)備儀表，安全管理人員和相應(yīng)的作業(yè)人員可以全天候、實時動態(tài)的掌握礦井內(nèi)的氣體信息[7]。并通過科學(xué)設(shè)計的通風(fēng)系統(tǒng)，實現(xiàn)礦井內(nèi)空氣循環(huán)，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(huán)境下順利、安全的運(yùn)行，不會出現(xiàn)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(dāng)?shù)V井內(nèi)瓦斯?jié)舛雀哌^一定濃度時，極易發(fā)生嚴(yán)重的爆炸事故。為了避免此類安全事故的發(fā)生，必須在采煤過程中動態(tài)監(jiān)測礦井瓦斯?jié)舛戎笜?biāo)和含量[8]。通過應(yīng)用合理的通風(fēng)技術(shù)，加快礦井空氣循環(huán)，將礦井瓦斯?jié)舛瓤刂圃诤侠矸秶鷥?nèi)，降低發(fā)生爆炸事故和各種安全事故的概率，確保井下作業(yè)人員的人身安全。

1.4 避免設(shè)備安全問題

煤礦瓦斯?jié)舛雀?，容易引發(fā)爆炸事故，瓦斯開采設(shè)備也存在相應(yīng)的安全隱患。如果采礦人員不按照設(shè)備操作標(biāo)準(zhǔn)操作設(shè)備，當(dāng)設(shè)備長時間運(yùn)行時，會導(dǎo)致溫度升高，甚至產(chǎn)生火花[9]。在氧氣含量低的情況下，明火會導(dǎo)致氣體爆炸事故，因此設(shè)備因素也會導(dǎo)致安全事故。

2 高瓦斯煤礦采掘工程通風(fēng)技術(shù)

2.1 均壓通風(fēng)技術(shù)

在高瓦斯礦井開采過程中，普遍采用均壓通風(fēng)技術(shù)。該技術(shù)應(yīng)確保風(fēng)機(jī)和風(fēng)窗處于均勻穩(wěn)定的狀態(tài)，并從操作現(xiàn)場排放大量氣體。但在使用均壓通風(fēng)技術(shù)時，應(yīng)注意以下4 點：①如果采用風(fēng)擋措施，當(dāng)均壓風(fēng)機(jī)處于風(fēng)擋狀態(tài)時，必須盡量保證溜槽等處的調(diào)節(jié)門隨時打開，避免大量氣體進(jìn)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(fēng)口與工作層之間的間距在安全、合理的范圍內(nèi)，以確保風(fēng)機(jī)運(yùn)行時過程的安全性和穩(wěn)定性。④在設(shè)計窗口面積的過程中，必須按照標(biāo)準(zhǔn)化、科學(xué)化的過程進(jìn)行調(diào)整，以確保分壓處于均勻狀態(tài)[10]。

2.2 B 型通風(fēng)技術(shù)

B 型通風(fēng)技術(shù)是指在采礦工程的工作層建立通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)，連接回風(fēng)巷道，形成頂板排放通道，然后排放瓦斯，以確保礦井巷道內(nèi)瓦斯不超過標(biāo)準(zhǔn)量。最后，提高項目的安全性，確保項目的正常發(fā)展。在高瓦斯礦井的開采工程中，B 型綜合分選技術(shù)非常適用[11]。該技術(shù)有效地結(jié)合了流體力學(xué)原理和氣體排放技術(shù)，保證了氣體排放過程中的通風(fēng)、防塵、防瓦斯和防火功能，使氣體完全排放。B 型通風(fēng)技術(shù)可以避免高瓦斯涌進(jìn)礦井，防止爆炸。

B 型通風(fēng)技術(shù)在高瓦斯礦井的應(yīng)用對瓦斯運(yùn)輸具有重要意義。上述兩種不同的通風(fēng)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(qū)相連，開采應(yīng)力對通風(fēng)阻力有間接或直接影響，不利于瓦斯抽放。鑒于此，回風(fēng)巷道增阻減振器的設(shè)計十分重要。這可以有效地調(diào)節(jié)兩條回風(fēng)巷道的風(fēng)壓，進(jìn)而控制采空區(qū)的瓦斯?jié)舛取?/p>

3 高瓦斯煤礦采掘中通風(fēng)與安全管理措施

3.1 優(yōu)化配置足夠的礦井通風(fēng)風(fēng)量

煤礦瓦斯通風(fēng)最重要的內(nèi)容之一是控制礦井的通風(fēng)風(fēng)量，根據(jù)不同礦井的瓦斯流量進(jìn)行監(jiān)測，并根據(jù)當(dāng)前市場的通風(fēng)風(fēng)量和各礦井使用的通風(fēng)機(jī)械進(jìn)行測試，最后將兩者進(jìn)行匹配，看它們是否滿足當(dāng)前煤礦企業(yè)的地下開采需求，具體如下：①邀請礦井通風(fēng)部門參與礦井設(shè)計、操作規(guī)程和生產(chǎn)工藝的安排，采用現(xiàn)代設(shè)計管理理念，實現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)的合理布局。②優(yōu)化采掘和設(shè)計后的通風(fēng)系統(tǒng)，即通過重新檢測當(dāng)前的通風(fēng)量，維護(hù)和管理通風(fēng)機(jī)械，分析當(dāng)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(chǎn)模式，從而重新優(yōu)化礦井瓦斯。此外，主通風(fēng)機(jī)可以安裝在地面上，取代原有的局部通風(fēng)機(jī)，重新布置新的通風(fēng)系統(tǒng)。

3.2 增強(qiáng)高瓦斯開采管理規(guī)范化

高瓦斯礦井是瓦斯事故發(fā)生最頻繁的地方。在安全管理方面，應(yīng)特別注意優(yōu)化現(xiàn)場管理。①要加強(qiáng)現(xiàn)場安全管理的規(guī)范化，成立專門的安全管理部門，將作業(yè)中每一個環(huán)節(jié)的安全管理責(zé)任落實到個人，明確分工，避免推卸責(zé)任。同時，要建立健全通風(fēng)設(shè)施的標(biāo)準(zhǔn)化管理制度，加強(qiáng)通風(fēng)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化使用，保證開挖通道的空氣流通。②煤礦工程現(xiàn)場管理中應(yīng)避免一些隱患。③現(xiàn)場所有設(shè)備、材料和工具在使用前應(yīng)進(jìn)行全面檢查和調(diào)試。只有滿足生產(chǎn)和開采要求，才能投入使用。最后，需要清理現(xiàn)場，為煤礦開采提供良好的環(huán)境。在這種環(huán)境下，不僅可以避免瓦斯事故的發(fā)生，而且可以使員工在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)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(qiáng)生產(chǎn)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(yè)水平直接影響煤礦作業(yè)的安全。因此，在高瓦斯礦井的開采中，施工人員的技術(shù)水平應(yīng)符合崗位技術(shù)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(yīng)分析工作環(huán)境的實際情況，規(guī)范作業(yè)流程，落實煤礦開采中的各項安全措施[12-13]。應(yīng)安排工程監(jiān)督人員對施工人員的施工行為是否按標(biāo)準(zhǔn)流程和管理規(guī)范執(zhí)行進(jìn)行監(jiān)督。嚴(yán)禁違章、不按操作規(guī)程操作，消除危險源。同時，需在作業(yè)區(qū)的巷道內(nèi)安裝監(jiān)測探頭，以實時監(jiān)測巷道內(nèi)的實際情況。應(yīng)采用輪班制。每班應(yīng)安排專業(yè)技術(shù)人員對作業(yè)區(qū)域內(nèi)的氣體進(jìn)行全面檢查，并掌握作業(yè)區(qū)域外的氣體情況。只有確保作業(yè)區(qū)內(nèi)外瓦斯正常后，才能安排采礦人員進(jìn)入礦區(qū)作業(yè)。此外，在發(fā)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備、氣體濃度和溫度等指標(biāo)達(dá)到或臨近安全警戒線時，應(yīng)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(chǔ)上，要加強(qiáng)生產(chǎn)人員的安全。例如，管理者應(yīng)通過宣傳向員工群體傳達(dá)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(yè)定期組織相關(guān)人員參加培訓(xùn)教育，不僅可以增強(qiáng)工程技術(shù)人員的專業(yè)技能，還可以提高他們的安全意識，充分掌握應(yīng)急處理、自我預(yù)防和自救的知識和技能，確保他們在使用機(jī)械設(shè)備的過程中能夠正常工作。

3.4 強(qiáng)化通風(fēng)技術(shù)與安全管理

（1）均壓通風(fēng)技術(shù)：在高瓦斯礦井的開采過程中，均壓通風(fēng)技術(shù)的應(yīng)用必須嚴(yán)格控制操作過程，以保證最佳的通風(fēng)效果。首先，雖然均壓通風(fēng)技術(shù)的應(yīng)用原理比其他通風(fēng)技術(shù)簡單，但通道兩端的通風(fēng)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(fēng)壓力不同，瓦斯就會趁機(jī)進(jìn)入礦井，污染整個礦井環(huán)境，降低礦井作業(yè)安全[13]。其次，雖然風(fēng)機(jī)受壓力控制，可能存在各種運(yùn)行故障，但主風(fēng)機(jī)可以在不受影響的情況下繼續(xù)完成通風(fēng)任務(wù)，從而有效控制礦井瓦斯?jié)舛确e聚，使瓦斯?jié)舛乳L期保持在相對安全的范圍內(nèi)。最后，如果要實施風(fēng)阻措施，必須充分考慮均衡器的響應(yīng)，即根據(jù)均衡器在風(fēng)阻措施下的實際響應(yīng)，確定是否快速打開回風(fēng)管的調(diào)節(jié)門，以避免瓦斯進(jìn)入工作層，影響采煤的順利進(jìn)行。需要注意的是，在應(yīng)用均壓通風(fēng)技術(shù)時，員工還需要制定系統(tǒng)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(yīng)在第一時間打開風(fēng)道的調(diào)節(jié)門，以免瓦斯進(jìn)入巷道，增加礦井瓦斯?jié)舛?，造成?yán)重瓦斯爆炸事故。此外，工作人員還需要更加注意進(jìn)風(fēng)巷道的風(fēng)門，使其始終處于關(guān)閉狀態(tài)。只有這樣，風(fēng)管出口才能與礦井保持一定距離，防止自燃的發(fā)生。

（2）B 型通風(fēng)技術(shù)：應(yīng)重視礦井瓦斯涌出，避免各種煤礦災(zāi)害事故的發(fā)生。在回風(fēng)斜槽處，排氣道的氣壓和氣體排放可以保持在相對穩(wěn)定的狀態(tài)。如果從工作層到排氣方向的排氣量發(fā)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(fēng)裝置中的排水巷道處于前方狀態(tài)。此外，工作人員還需要高度重視瓦斯的理化性質(zhì)，明確其理化性質(zhì)的異同，從而有效控制礦井瓦斯?jié)舛取Ｍ瑫r，為了有效控制氣體濃度，也可以在當(dāng)?shù)匕惭b風(fēng)機(jī)。

在所討論的幾種通風(fēng)技術(shù)中，B 型通風(fēng)設(shè)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(jù)采礦作業(yè)的實際情況對模型進(jìn)行優(yōu)化。高瓦斯礦井開采過程中發(fā)生瓦斯爆炸事故的原因主要與瓦斯體積分?jǐn)?shù)高有關(guān)。通常，當(dāng)氣體體積分?jǐn)?shù)達(dá)到5%～16%時，會發(fā)生自燃。因此，必須控制瓦斯體積分?jǐn)?shù)，采用通風(fēng)技術(shù)和加強(qiáng)通風(fēng)管理是降低瓦斯體積分?jǐn)?shù)的有效措施。在實際采礦工作中，需要根據(jù)礦區(qū)的瓦斯涌出量和送風(fēng)距離來優(yōu)化通風(fēng)設(shè)備的類型。適當(dāng)?shù)耐L(fēng)設(shè)備能及時排除氣體，避免氣體體積分?jǐn)?shù)過高引起爆炸。

3.5 通風(fēng)設(shè)備網(wǎng)格化管理，加快智能化系統(tǒng)建設(shè)

目前，較多的礦采企業(yè)在作業(yè)礦井中普遍缺乏甲烷傳感器等監(jiān)測機(jī)械系統(tǒng)，只有在氣體濃度超標(biāo)后才會發(fā)出報警，因此需要優(yōu)化通風(fēng)管網(wǎng)和智能系統(tǒng)的建設(shè)，具體如下：①礦采企業(yè)應(yīng)對通風(fēng)技術(shù)與管理技術(shù)積極研發(fā)、創(chuàng)新，積極開展瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)的技術(shù)研發(fā)，并結(jié)合“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)，實現(xiàn)對礦井作業(yè)現(xiàn)場內(nèi)全天候有害氣體監(jiān)測。②利用大數(shù)據(jù)技術(shù)和云計算技術(shù)，對氣體監(jiān)測采集的各種數(shù)據(jù)和圖片進(jìn)行匯總分析，實現(xiàn)全過程監(jiān)測，提前進(jìn)行預(yù)防性監(jiān)測，形成應(yīng)急預(yù)案。③采用智能監(jiān)控系統(tǒng)。當(dāng)通風(fēng)出現(xiàn)問題時，應(yīng)啟動應(yīng)急預(yù)案，及時停止損失，避免發(fā)生更大事故。

4 結(jié)語

加強(qiáng)礦采企業(yè)安全與通風(fēng)技術(shù)的管理，是保證高瓦斯采煤工程安全生產(chǎn)、提高良好經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵，因其在高瓦斯采煤環(huán)境的特殊性，當(dāng)瓦斯?jié)舛瘸^警戒線時，會導(dǎo)致安全事故，后果也很嚴(yán)重。為確保礦山工人的安全和工程的正常運(yùn)行，必須重視高瓦斯開采工程中的通風(fēng)技術(shù)問題，實施科學(xué)的通風(fēng)技術(shù)管理對策，加大資金投入，引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備，從而促進(jìn)高瓦斯礦井的順利運(yùn)行，確保高瓦斯技術(shù)開采的順利進(jìn)行，最終使我國煤礦行業(yè)走上安全、健康、穩(wěn)定的發(fā)展道路。