小青礦密閉壓差與大氣壓關系的研究分析

路鵬++呂巍+++闞占和

摘 要：地面大氣壓變化引起井下風流絕對靜壓同步變化，使密閉內氣體呈“膨脹-收縮”的“呼吸”狀態，從而導致密閉內有毒有害氣體異常涌出，造成瓦斯超限；或含氧量高的氣體進入密閉空間內，增加密閉自然發火危險。通過分析這一過程的變化原因和規律，及時采取相應措施，從而有效控制閉前瓦斯超限和防治密閉內自燃等問題。

關鍵詞：大氣壓變化；井下密閉；密閉壓差；瓦斯防治

前言

大氣壓亦稱“大氣壓強”，是由于地球周圍大氣的重力而產生的壓強。其大小與高度、溫度等條件有關。對于同一地區，在一天之內的不同時間，地面的大氣壓值也會有所不同。大氣壓變化是人力不可控制的自然現象，然而其變化并非無規律可循，探索大氣壓變化影響密閉壓差的變化規律，探索大氣壓變化影響密閉瓦斯涌出的原因和其間的關系，采取合理的技術措施就可以有效地抵御或消除這種影響，保障煤礦安全生產。

1 基本情況

小青煤礦開拓方式為立井、多水平、分區、集中運輸大巷、采區石門、上下山開拓，整個礦井劃分為兩個水平開采，分別為一水平和二水平；一水平為現生產水平，水平標高為-447米，主采4-2、7煤層。二水平尚未開拓。工作面采用走向或傾斜長壁后退式綜合機械化采煤方法，全部冒落法管理頂板。

小青礦為兩翼對角通風方式，主要通風機工作方法為抽出式，中央主、副井入風，東、南風井排風。小青礦布置有主要入風巷和主要回風巷，各采區均采用分區通風，布置有入風中巷和專用回風巷，采煤工作面均采用U型通風方式。礦井絕對瓦斯涌出量為45.16 m3/min，礦井相對瓦斯涌出量為10.81m3/t。

2 大氣壓變化與井下密閉壓差變化關系分析

2.1 大氣壓變化與井下風流絕對靜壓變化關系分析

礦井主要通風機的機械風壓是克服井巷通風阻力的主要動力，在抽出式通風方式下表現為主要通風機通風靜壓（忽略自然風壓，主要通風機入風口的速壓較小且相對穩定，也視為定值忽略不計），即礦井通風負壓，如圖1所示。

其值應等于風硐外地表大氣壓與主要通風機入風口風流絕對靜壓之差。則有：

h通靜=h阻 （1）

h通靜= P0-P入 （2）

式中：h通靜-主要通風機負壓，（Pa）；h阻-井巷通風阻力，（Pa）；P0 -出風井口地表大氣壓，（Pa）；P入-主要通風機入風口風流絕對靜壓，（Pa）。

礦井正常通風過程中，井巷通風阻力是相對定值，則通風負壓也為相對定值，而地表大氣壓是隨時變化的，由式（1）、（2）可以看出，h通為定值而P0隨時變化，則P入必須與P0同步變化，則：主要通風機入風口風流絕對靜壓應隨大氣壓變化而同步變化。同理可以推斷：井下任意測點風流的絕對靜壓也是隨大氣壓變化而同步變化的，直至礦井進風井口空氣絕對靜壓P0也是與出風井口大氣壓P0同步變化的（忽略進出風井口間的高差，則P0=P0）。還可從另一方面理解這一觀點：井巷風流流動是因兩端存在相對壓差，各段井巷兩端相對壓差的累加和即為礦井總風壓，使井巷風流穩定流動，礦井通風系統正常運行，必須保持相對壓差不變，因此地面大氣壓變化時井下各點絕對靜壓必然同步變化，否則礦井總風壓將發生變化而引起通風系統紊亂。礦井通風管理中主要通風機實際運行參數也說明了這一點，不論地表大氣壓如何變化，礦井主要通風機機房中安設的水柱計或負壓傳感器顯示值為相對定值，并未隨大氣壓變化而變化。

2.2 大氣壓變化與密閉壓差變化之間的關系

地表大氣壓變化引起井下風流絕對靜壓同步變化，密閉內氣體的絕對壓力比較穩定，使密閉內氣體呈“膨脹-收縮”的“呼吸”狀態，從而導致密閉內有毒有害氣體異常涌出，造成瓦斯超限；或含氧量高的氣體進入密閉空間內，增加密閉自然發火危險。

3 大氣壓變化和密閉壓差變化實測分析

3.1 觀測點的布置情況

為充分了解地面大氣壓變化與井下密閉壓差變化之間的關系，小青煤礦在地面、井下設置的多組測點，地面安設壓力傳感器，井下在密閉觀察管上安設壓差傳感器，地面、井下數據傳至地面KJ2000煤礦安全監控系統，連續觀測大氣壓、密閉內與密閉外的壓差變化情況。

3.2 大氣壓變化實測數據分析

現選取W2-401運順聯絡道、N1-2#材料上山兩道永久密閉，以及地面大氣壓值進行分析，現場實測數據如表1所示。

通過圖2可直觀看出，大氣壓穩定時，無論大氣壓較高或較低，只要處于穩定狀態，密閉的壓差也處于穩定狀態，如3月5日16時至3月5日22時；大氣壓處于由高到低的變化狀態，密閉的壓差則處于由小到大的變化狀態，如3月5日10時至3月5日14時；大氣壓處于由低到高的變化狀態，密閉的壓差則處于由大到小的變化狀態，如3月6日8時至3月6日14時。大氣壓變化越快，密閉壓差也隨之變化越快。

3.3 密閉壓差變化的應對措施

3.3.1 防治瓦斯措施

調度每2小時對地面大氣壓力進行一次檢查，發現地面大氣壓力下降及時通知井下采取抽放、風排等有效措施進行處理。井下受大氣壓影響變化大的密閉前安設瓦斯傳感器，監視閉前瓦斯濃度，并在密閉前安設自動抽放閥門，當閉前瓦斯濃度呈上漲趨勢時，遠方操作開啟自動抽放閥門進行抽放。

3.3.2 防治自然發火措施

保證封閉質量，防止漏風。采煤工作面封閉要先充填砂帶，后砌永久密閉、噴混凝土，并有補充充填措施管。加強密閉的檢查維護，保證嚴密。密閉損壞或圍巖壓裂要及時采取措施進行處理，采用注白泥、加固劑進行封堵。抽放密閉內氣體時必須控制好抽放負壓和流量，不得長期抽放，并加強取樣化驗分析，防止密閉內自然發火。采取以上措施后，有效杜絕了井下各地點密閉瓦斯超限和自然發火現象。

4 結束語

（1）大氣壓變化導致密閉內瓦斯異常涌出，這一現象的根本原因是大氣壓變化引起井下風流絕對靜壓同步變化，使密閉內氣體體積發生“膨脹-收縮”的“呼吸”態變化。（2）根據長期觀察得出，導致大氣壓變化的原因主要有以下幾點。一是大氣的運動；風向為南風時氣壓較低，風向為北風時氣壓較高。二是大氣溫度和濕度的變化；經過觀察，低壓和陰天，降雨、降雪天氣相關，溫度變化較小，高壓和干燥晴朗的天氣相關，氣溫變化較大。（3）通過采取抽放、風排等有效措施進行處理，可有效防止瓦斯超限事故發生；通過控制抽放負壓和流量，加強取樣化驗分析，可有效防止自然發火事故發生。