高瓦斯礦井中通風(fēng)技術(shù)應(yīng)用

閆筱晨

（山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司唐安煤礦分公司，山西 晉城 048400）

瓦斯是一種無(wú)色、無(wú)味的氣體，難溶于水，在濃度比較高的情況下，給人們?cè)斐芍舷⒌母杏X(jué)，且遇到明火或者靜電會(huì)發(fā)生爆炸、燃燒的情況，危害人們生命健康。在礦井開(kāi)采中加強(qiáng)通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，降低瓦斯的濃度，發(fā)揮出通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，才能保障礦井開(kāi)采順利地完成。

1 高瓦斯的危害性

1.1 產(chǎn)生高溫

通過(guò)相關(guān)文獻(xiàn)分析了解到，在目前的礦井開(kāi)采事故中瓦斯直接或者間接所造成的事故占比在40%左右，而瓦斯燃燒或者爆炸的情況下礦井內(nèi)會(huì)產(chǎn)生較高的溫度，有研究學(xué)者統(tǒng)計(jì)其溫度在1850℃～2650℃之間。這種環(huán)境溫度之下，對(duì)于人員、設(shè)備會(huì)產(chǎn)生致命性的傷害，極易引發(fā)嚴(yán)重的事故。

1.2 產(chǎn)生高壓

瓦斯經(jīng)過(guò)燃燒或者爆炸后，單位空間內(nèi)的壓力會(huì)快速地升高，且會(huì)沿著礦井與巷道中形成巨大的沖擊波，其蘊(yùn)含著巨大的能量，直接把設(shè)備掀翻或者推移，人員會(huì)被沖擊到很遠(yuǎn)的地方，甚至直接引發(fā)人員的傷亡。而在爆炸后礦井內(nèi)產(chǎn)生的煙塵體量巨大，一旦遇到明火也會(huì)導(dǎo)致二次爆炸事故的發(fā)生，危險(xiǎn)性比較高[1]。

1.3 生成有毒氣體

礦井內(nèi)的空間相對(duì)比較小，也是密閉的形式，在瓦斯?jié)舛容^高的情況之下出現(xiàn)燃燒或者爆炸性事故，也會(huì)形成大量的有害氣體。從以往的工程案例展開(kāi)分析發(fā)現(xiàn)，瓦斯?jié)舛容^高的情況下，燃燒或者爆炸而形成的二氧化碳體積分?jǐn)?shù)在4%～8%之間，而一氧化碳體積分?jǐn)?shù)也有可能達(dá)到2%～4%。因此，在瓦斯事故發(fā)生后造成礦井內(nèi)的氧氣含量快速地降低，直接造成人員窒息，及時(shí)搶救也會(huì)造成傷害。

2 通風(fēng)技術(shù)應(yīng)用的意義

2.1 降低瓦斯?jié)舛?/h3>

在煤礦生產(chǎn)的環(huán)節(jié)瓦斯一般是開(kāi)采環(huán)節(jié)的副產(chǎn)物，瓦斯的組成部分中絕大多數(shù)都是烷烴，甲烷的占比是最高的，比例可以達(dá)到5%～16%，該物質(zhì)無(wú)色、無(wú)味，容易發(fā)生燃燒，尤其是在明火或者靜電的影響之下，危險(xiǎn)事故就此發(fā)生。通過(guò)使用合理的通風(fēng)設(shè)施，提高通風(fēng)效果，在系統(tǒng)內(nèi)建設(shè)循環(huán)系統(tǒng)快速排出瓦斯氣體，從而降低礦井內(nèi)瓦斯?jié)舛?，保護(hù)人們的生命安全。而通風(fēng)系統(tǒng)安裝變頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)，結(jié)合系統(tǒng)檢測(cè)獲取的瓦斯?jié)舛葋?lái)調(diào)節(jié)通風(fēng)系統(tǒng)工作頻率，促進(jìn)通風(fēng)效果的全面提升。

2.2 提高作業(yè)安全性

在礦井內(nèi)展開(kāi)作業(yè)時(shí)安全性是人們關(guān)注的重點(diǎn)，而很多礦井中的瓦斯?jié)舛群芨?，難以在短時(shí)間內(nèi)降低到合理的范圍內(nèi)，進(jìn)而造成安全事故的發(fā)生。在現(xiàn)場(chǎng)處理中通風(fēng)系統(tǒng)的合理建設(shè)，做出系統(tǒng)改進(jìn)與完善，從而可以降低瓦斯?jié)舛?。同時(shí)，通風(fēng)系統(tǒng)也可以在短時(shí)間內(nèi)完成空氣置換，給礦井內(nèi)補(bǔ)充足夠的氧氣，從而降低安全事故的發(fā)生率，保障現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的安全性[2]。

3 高瓦斯礦井采掘工程中通風(fēng)技術(shù)的具體應(yīng)用

3.1 均壓通風(fēng)技術(shù)

該技術(shù)的應(yīng)用，要做好如下兩項(xiàng)工作：

第一，確保風(fēng)機(jī)達(dá)到均壓的要求。風(fēng)機(jī)均壓操作很簡(jiǎn)單，安全性高，穩(wěn)定性強(qiáng)，如果在工作中發(fā)生故障問(wèn)題而出現(xiàn)暫停的情況，此時(shí)礦井內(nèi)的通風(fēng)風(fēng)道可以正常的通風(fēng)，這是因?yàn)橹魃蓉?fù)壓理論的應(yīng)用，且可以確保工作井瓦斯含量快速提高。如果風(fēng)機(jī)發(fā)生故障，在回風(fēng)邊的人員會(huì)及時(shí)地撤出，保障工作人員生命健康安全，礦井開(kāi)采有序的實(shí)施。

第二，風(fēng)機(jī)與風(fēng)窗聯(lián)合均壓。在風(fēng)機(jī)與風(fēng)窗聯(lián)合均壓的條件下，加強(qiáng)工作人員的培訓(xùn)和教育，有足夠的意識(shí)，落實(shí)各項(xiàng)工作。在出現(xiàn)故障問(wèn)題后要立即采取措施處理，如果系統(tǒng)需要停止通風(fēng)，應(yīng)開(kāi)啟回風(fēng)道調(diào)量門與溜子道截止門，從而防止瓦斯進(jìn)入到工作面內(nèi)，避免濃度升高而產(chǎn)生嚴(yán)重的事故。

3.2 B型通風(fēng)技術(shù)

在B型通風(fēng)技術(shù)應(yīng)用環(huán)節(jié)，應(yīng)做好下述工作：

第一，瓦斯含量較高的礦井內(nèi)，有比較多的巷道，長(zhǎng)度較長(zhǎng)，容易引發(fā)傷亡事故問(wèn)題。在B 型通風(fēng)技術(shù)應(yīng)用后，讓瓦斯可以順利地外溢出去，回風(fēng)巷上設(shè)置阻風(fēng)門，從而提高瓦斯的排放速度。

第二，礦井結(jié)構(gòu)中采空區(qū)是發(fā)生瓦斯泄漏的主要區(qū)域，應(yīng)用B型通風(fēng)技術(shù)能夠快速的降低區(qū)域內(nèi)風(fēng)速，將內(nèi)部形成的紊流帶轉(zhuǎn)化為空滲流帶。通過(guò)這種措施瓦斯可以快速地排出去，確保系統(tǒng)作業(yè)的安全性[3]。

第三，在新開(kāi)采的礦區(qū)范圍內(nèi)，出現(xiàn)瓦斯外溢的問(wèn)題，通過(guò)使用B型通風(fēng)技術(shù)提高通風(fēng)系統(tǒng)的性能，增加阻風(fēng)門，將其布置在回風(fēng)巷內(nèi)以達(dá)到縫壓力提升的效果降低外溢速度。

3.3 局部瓦斯積聚通風(fēng)處理

礦區(qū)開(kāi)采的范圍內(nèi)不同作業(yè)區(qū)域的瓦斯溢出速度會(huì)產(chǎn)生很大的差異，且局部存在有瓦斯積聚的問(wèn)題?；诖?，通過(guò)使用合理的技術(shù)展開(kāi)處理是保障安全性的關(guān)鍵。在實(shí)踐操作中要做好如下兩項(xiàng)工作：①礦井作業(yè)的范圍內(nèi)，工作面隅角的部位容易發(fā)生積聚瓦斯的情況，這時(shí)要做好該部位的處理，通常提前在該位置上安裝擋風(fēng)板，在通風(fēng)區(qū)域內(nèi)對(duì)正瓦斯的積聚位置，先進(jìn)行墻體結(jié)構(gòu)的密封性檢查，漏點(diǎn)的位置及時(shí)地清理掉，再應(yīng)用風(fēng)壓系統(tǒng)把積聚部位上的瓦斯全部都吹凈，從而達(dá)到系統(tǒng)安全性標(biāo)準(zhǔn)。

3.4 U型通風(fēng)技術(shù)

對(duì)于礦井內(nèi)瓦斯含量較高的情況下在系統(tǒng)通風(fēng)設(shè)計(jì)中，使用U 型通風(fēng)技術(shù)可以滿足要求。在該技術(shù)應(yīng)用中通過(guò)利用風(fēng)流壓差的原理，將該空間內(nèi)的進(jìn)、回風(fēng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚€(gè)風(fēng)流，一部分經(jīng)過(guò)工作面，在風(fēng)流的帶動(dòng)之下放到自然環(huán)境中；另外一部分直接排放到采空區(qū)內(nèi)，沿著線路正常的流動(dòng)，并進(jìn)行空氣交換處理，經(jīng)過(guò)持續(xù)性作用慢慢都返回到作業(yè)面，在隅角上積聚，從而減小瓦斯?jié)舛?。在現(xiàn)代開(kāi)采技術(shù)不斷應(yīng)用之下，礦井工作速度加快，這時(shí)極易發(fā)生采空區(qū)隅角瓦斯積聚的情況，造成安全事故發(fā)生，所以要避免這一情況，合理的采取通風(fēng)技術(shù)措施，特別是高速開(kāi)采時(shí)，重視現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，才能保障人員的安全性[4]。

3.5 Y型通風(fēng)技術(shù)

通風(fēng)系統(tǒng)正常運(yùn)行的條件下，Y型通風(fēng)技術(shù)也是比較常用的技術(shù)類型，這一技術(shù)在具體的應(yīng)用中，通常是從工作面上、下的部位上直接通入新風(fēng)，在高速的風(fēng)流傳輸?shù)阶鳂I(yè)面后，及時(shí)把瓦斯帶出作業(yè)面，從而實(shí)現(xiàn)礦井內(nèi)瓦斯?jié)舛鹊慕档?。特別是某些工作面范圍較大的情況，利用Y 型技術(shù)可以全面地解決瓦斯?jié)舛冗^(guò)高的問(wèn)題，也能預(yù)防出現(xiàn)瓦斯積聚的情況。在操作時(shí)，應(yīng)針對(duì)采空區(qū)展開(kāi)挖掘作業(yè)，建設(shè)合適的分流通道，并落實(shí)維護(hù)與管理措施，預(yù)防發(fā)生塌落的問(wèn)題，保持作業(yè)面的安全性，如圖1為Y型通風(fēng)系統(tǒng)示意圖。

圖1 Y型通風(fēng)系統(tǒng)示意圖

3.6 W型通風(fēng)技術(shù)

在礦井開(kāi)采作業(yè)環(huán)節(jié)使用W型通風(fēng)技術(shù)也比較普遍，這一技術(shù)在工作面長(zhǎng)度比較長(zhǎng)且瓦斯涌出量比較大的綜采面應(yīng)用。從系統(tǒng)應(yīng)用效果分析W通風(fēng)技術(shù)的供風(fēng)量很大，較之其他技術(shù)更加有優(yōu)勢(shì)。如果經(jīng)過(guò)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)礦井內(nèi)部的瓦斯?jié)舛冗^(guò)高，應(yīng)該在平巷內(nèi)鉆孔，從而滿足抽放瓦斯的效果。但是也要注意，W 型通風(fēng)技術(shù)使用時(shí)，不能應(yīng)用到瓦斯突出的工作面中，否則將會(huì)產(chǎn)生不利的影響。

3.7 J型通風(fēng)技術(shù)

在礦井內(nèi)通風(fēng)系統(tǒng)中，J型通風(fēng)技術(shù)也是必不可少的。在該技術(shù)應(yīng)用的環(huán)節(jié)需要在采空區(qū)提前預(yù)留好瓦斯排放的巷道，并且進(jìn)行順槽進(jìn)風(fēng)的處理，且要在回風(fēng)槽的處理環(huán)節(jié)。通過(guò)使用排瓦斯尾巷的方式實(shí)現(xiàn)回風(fēng)處理，以減小瓦斯的濃度，提高應(yīng)用的效果，如圖2所示為J型通風(fēng)系統(tǒng)示意圖。

圖2 J型通風(fēng)系統(tǒng)示意圖

4 實(shí)踐應(yīng)用

4.1 三管齊下治理措施

首先，上隅角埋管抽放瓦斯。因?yàn)樵诘V井工作面內(nèi)，選擇應(yīng)用的是U型通風(fēng)方式，這就容易在上隅角的位置上存在瓦斯積聚的情況，如果不能及時(shí)處理，極易導(dǎo)致安全事故的發(fā)生。在該煤礦的回采工作面上，安裝移動(dòng)抽放泵，并在需要在上隅角的部位上設(shè)置瓦斯抽放線路，從而使得積聚的瓦斯快速地抽排出去。這一技術(shù)的使用，最為明顯的優(yōu)勢(shì)就是避免上隅角出現(xiàn)瓦斯積聚的問(wèn)題，確保生產(chǎn)安全性，還能提高生產(chǎn)效率。上隅角瓦斯抽采技術(shù)本身也是一種輔助抽采的方式，在規(guī)定范圍內(nèi)使用，以預(yù)防出現(xiàn)上隅角瓦斯積聚的問(wèn)題。

其次，在該礦井范圍內(nèi)，開(kāi)采區(qū)域內(nèi)使用的是頂板走向鉆孔抽采技術(shù)，解決瓦斯含量高的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)全面的探索已經(jīng)可以滿足運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)，這一技術(shù)的操作環(huán)節(jié)，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)的工作面中瓦斯涌出的規(guī)律總結(jié)和分析，以明確最為精準(zhǔn)的鉆孔位置，從而提高瓦斯治理效果，滿足煤礦開(kāi)采的要求。最后，在礦井內(nèi)設(shè)置擋風(fēng)簾裝置。通過(guò)吊掛的方式安裝擋風(fēng)簾，工作人員還要合理地調(diào)整底板和底部的空隙，將其控制在合理的范圍內(nèi)，同時(shí)和封口柱子的距離超過(guò)0.5m 的情況下，要進(jìn)行倒掛設(shè)置，和煤壁相鄰1～5m 的空間內(nèi)進(jìn)行倒掛處理，通常應(yīng)該間隔0.5m 布置，并利用網(wǎng)絲進(jìn)行煤壁與頂部連接，在電纜安裝中，如果需要穿越風(fēng)簾的部件，工作人員應(yīng)用聯(lián)網(wǎng)絲進(jìn)行封口連接從而可以規(guī)避漏風(fēng)的問(wèn)題，同時(shí)吊掛按照流線型的方式設(shè)計(jì)，預(yù)防出現(xiàn)邊角部位的積聚問(wèn)題。在上隅角擋風(fēng)簾的布置中，工作人員結(jié)合礦井內(nèi)的具體情況做出位置的調(diào)整，如果風(fēng)簾的倒掛安裝位置不能達(dá)到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，則應(yīng)該進(jìn)行動(dòng)態(tài)化移動(dòng)吊掛裝置，且檢驗(yàn)人員積極組織開(kāi)展監(jiān)督與檢查的工作。

擋風(fēng)簾安裝前，必須做好各項(xiàng)準(zhǔn)備工作，一旦檢查存在問(wèn)題要及時(shí)采取處理措施。對(duì)于上隅角瓦斯檢測(cè)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，總計(jì)包含12 個(gè)測(cè)點(diǎn)，每班通常要檢查3 次，如果經(jīng)過(guò)檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)存在數(shù)值偏高的情況，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員要在原基礎(chǔ)之下適當(dāng)?shù)卦龃髾z查的頻率，并且及時(shí)向相關(guān)部門報(bào)告。在擋風(fēng)簾的移動(dòng)設(shè)置中，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員如果在綜采隊(duì)機(jī)尾20m 內(nèi)立即停止開(kāi)始作業(yè)，在全部完成移動(dòng)后才能繼續(xù)作業(yè)。上隅角部位上的作業(yè)人員必須加強(qiáng)擋風(fēng)簾的監(jiān)控管理，并且落實(shí)保護(hù)性措施，在移位操作時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)人員做好管理與控制，保證位置精度合格，移動(dòng)速度比較快，從而滿足當(dāng)前的運(yùn)行要求，預(yù)防發(fā)生安全事故[5]。

4.2 四位一體治理措施

該治理方案的應(yīng)用中發(fā)揮出主要作用的是地面永久瓦斯抽采泵站，同時(shí)建設(shè)符合系統(tǒng)運(yùn)行需要的井下移動(dòng)瓦斯抽采泵站，在該基礎(chǔ)之下，結(jié)合工作面中的風(fēng)量參數(shù)，選擇使用合理的調(diào)整性措施，發(fā)揮出U型通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，并且完善抽采工藝方案，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)展開(kāi)全面性覆蓋試驗(yàn)檢測(cè)，該技術(shù)的使用可以符合當(dāng)前的瓦斯治理效果，應(yīng)用價(jià)值比較高，具體包含下述幾個(gè)方面：

第一，重視本煤層鉆孔的抽采作業(yè)。該工作的應(yīng)用有效地去除煤層透氣性方面的不足，同時(shí)還能解決煤層厚度過(guò)大造成的不利影響，主要是工作人員通過(guò)科學(xué)設(shè)定煤層鉆孔長(zhǎng)度、間距、預(yù)抽采方式等，并根據(jù)“兩堵一注”的封孔技術(shù)實(shí)施鉆孔有效進(jìn)行，提高抽采的作業(yè)效果。同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員加強(qiáng)對(duì)于孔口復(fù)壓的控制，將其控制在15kPa 以上，預(yù)抽的時(shí)間通常在9個(gè)月以上，確保礦井內(nèi)的瓦斯?jié)舛冉档偷綐?biāo)準(zhǔn)的范圍內(nèi)，符合現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)和要求。

第二，施工高位定向抽采鉆孔?，F(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員綜合分析煤層的特點(diǎn)，分析現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)和要求，需要在工作面切眼之間相距500m的鉆場(chǎng)內(nèi)組織施工，并且在40～50m的不同層位上實(shí)施分支鉆孔作業(yè)，可以確保上隅角的瓦斯?jié)舛瓤刂圃诤侠淼姆秶鷥?nèi)，也能加強(qiáng)頂板裂隙瓦斯的處理。

第三，中位截流抽采鉆孔。該方法的作用是處理特殊階段的瓦斯問(wèn)題，比如拉架、放煤等，以滿足系統(tǒng)內(nèi)的抽采作業(yè)要求?，F(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員在連續(xù)性鉆進(jìn)環(huán)節(jié)，與工作面切眼間隔超過(guò)50m 的施工面上布置一個(gè)中位截流鉆孔，這樣可以滿足在頂板垮落現(xiàn)場(chǎng)的瓦斯，進(jìn)而可以有效地提升瓦斯抽采治理的效果，提高礦井作業(yè)的效果與安全，規(guī)避現(xiàn)場(chǎng)安全事故。

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)于高瓦斯礦井來(lái)說(shuō)選擇合適的通風(fēng)技術(shù)，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)測(cè)與管理，降低瓦斯?jié)舛?，確保現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)采作業(yè)順利實(shí)施。目前很多種通風(fēng)技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際中，技術(shù)人員考慮到現(xiàn)場(chǎng)的情況，選擇合適的通風(fēng)技術(shù)，并加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管控，從而提高礦井作業(yè)安全性，推動(dòng)采礦事業(yè)進(jìn)一步發(fā)展。