煤礦瓦斯通風(fēng)中安全隱患與防范措施

煤炭井下通風(fēng)瓦斯的預(yù)防治理緊密關(guān)聯(lián)著煤礦安全生產(chǎn)和礦工健康。隨著工業(yè)化進(jìn)程的加快，煤炭作為主要的能源來源之一，在全球能源結(jié)構(gòu)中占有重要地位。然而，煤礦生產(chǎn)過程中的瓦斯（主要是甲烷)積聚是引發(fā)礦難的主要原因之一。因此，有效的通風(fēng)和瓦斯預(yù)防治理技術(shù)對于保障煤礦安全至關(guān)重要。根據(jù)中國國家統(tǒng)計局和國家礦山安全監(jiān)察局的數(shù)據(jù)可知，中國是世界上最大的煤炭生產(chǎn)和消費國，擁有豐富的煤炭資源，但同時也面臨嚴(yán)峻的煤礦安全挑戰(zhàn)[1]。2022年，全球煤炭產(chǎn)量為88.03億t，比上年增長 7.9% ；全球煤炭消費量為161.5艾焦耳，比上年增長 0.6% 。2022年，中國煤炭產(chǎn)量45.6億t，同比增長 10.5% ，占全球總產(chǎn)量的51.8%^[2]

1煤礦井下通風(fēng)瓦斯的基本理論

1.1 通風(fēng)系統(tǒng)的組成和作用

煤礦井下通風(fēng)系統(tǒng)是保障礦井安全生產(chǎn)的核心，其功能是提供新鮮空氣、稀釋排放有害氣體，并調(diào)節(jié)井下氣候，確保作業(yè)環(huán)境適宜。系統(tǒng)由主通風(fēng)機(jī)、輔助通風(fēng)機(jī)、風(fēng)筒、風(fēng)門、風(fēng)障和測風(fēng)站等構(gòu)成[3]。主通風(fēng)機(jī)是關(guān)鍵，負(fù)責(zé)推動礦井空氣流動，其性能直接影響通風(fēng)效果和能耗。輔助通風(fēng)機(jī)針對特定區(qū)域通風(fēng)，風(fēng)筒作為空氣輸送通道，其材質(zhì)和質(zhì)量對通風(fēng)效率至關(guān)重要。風(fēng)門和風(fēng)障用于調(diào)控空氣流向，測風(fēng)站則監(jiān)測通風(fēng)參數(shù)，為系統(tǒng)調(diào)整提供數(shù)據(jù)支持。通風(fēng)系統(tǒng)不僅負(fù)責(zé)瓦斯排放，還負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)井下溫度、濕度，控制粉塵和其他有害物質(zhì)，同時提供必要氧氣，防止火災(zāi)和瓦斯爆炸，確保礦工生命安全和健康。通風(fēng)系統(tǒng)的有效運行是礦井安全生產(chǎn)的重要保障。

1.2 通風(fēng)方式及優(yōu)缺點

通風(fēng)方式在礦井安全生產(chǎn)中扮演著關(guān)鍵角色，主要分為對角通風(fēng)、壓入式通風(fēng)、抽出式通風(fēng)和混合式通風(fēng)[4]。對角通風(fēng)，依靠自然地形和溫差實現(xiàn)空氣流動，雖然成本低廉且無需機(jī)械設(shè)備，但其通風(fēng)效果受自然條件限制，難以滿足大型礦井穩(wěn)定通風(fēng)的需求，且在控制瓦斯和有害氣體方面效果有限。壓人式通風(fēng)，通過主通風(fēng)機(jī)將新鮮空氣壓入礦井，有效控制瓦斯和粉塵，通風(fēng)效率高，適合大型現(xiàn)代化礦井，但缺點是能耗大，運行成本高，且通風(fēng)管道的布置和維護(hù)要求嚴(yán)格。抽出式通風(fēng)通過井下抽出風(fēng)機(jī)排風(fēng)，降低瓦斯?jié)舛龋m用于瓦斯涌出量大的礦井，但同樣面臨能耗問題和風(fēng)機(jī)性能要求。混合式通風(fēng)結(jié)合了壓人式和抽出式的優(yōu)點，能夠根據(jù)礦井實際情況靈活調(diào)整通風(fēng)策略，既有效控制瓦斯，又節(jié)約能源，但設(shè)計和管理的復(fù)雜性也隨之增加[5]。這種綜合性的通風(fēng)方式雖然提高了通風(fēng)系統(tǒng)的靈活性和適應(yīng)性，但也對礦井的通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計和管理提出了更高的要求。

1.3 瓦斯的物理化學(xué)性質(zhì)

瓦斯主要成分是甲烷（ CH₄ ），是一種無色、無味的可燃?xì)怏w。在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，其密度約為 0.717kg/m³ ，小于空氣，不易溶于水。在煤礦中，瓦斯積聚于煤層和巖層，是井下重大安全隱患，遇火源可引發(fā)爆炸，且能排擠氧氣導(dǎo)致人員室息。瓦斯泄漏極易在通風(fēng)不良的礦井中發(fā)生，可造成礦工中毒，表現(xiàn)為頭痛、惡心等癥狀，嚴(yán)重時危及生命。因此，煤礦生產(chǎn)中必須嚴(yán)格監(jiān)測和控制瓦斯?jié)舛龋_保通風(fēng)系統(tǒng)有效運行，以防事故發(fā)生。

1.4瓦斯爆炸的原理

瓦斯爆炸是甲烷與空氣的混合物遇到點火源時迅速燃燒的反應(yīng)，伴隨熱能和氣體體積的急劇釋放，形成壓力波和高溫。爆炸需滿足“爆炸三角”：可燃物(甲烷）氧氣(空氣)和點火源(如電氣設(shè)備、明火、摩擦火花)。甲烷與空氣混合比例在 5% 215% 為爆炸極限，低于 5% 為貧氣，高于 15% 為富氣，均不易爆炸。瓦斯爆炸速度極快，釋放巨大能量，對人員、設(shè)備和結(jié)構(gòu)有毀滅性影響。

2瓦斯事故的危害和影響

2.1 瓦斯事故的危害

2.1.1 爆炸危害

爆炸產(chǎn)生的高溫可以瞬間達(dá)到數(shù)千攝氏度，這足以熔化金屬，使礦井內(nèi)的一切物質(zhì)瞬間氣化或燃燒。爆炸伴隨的沖擊波具有強(qiáng)大的破壞力，能使礦井的支護(hù)結(jié)構(gòu)失效，引發(fā)礦井坍塌，將礦井掩埋在地下。除了直接物理破壞之外，瓦斯爆炸還會產(chǎn)生大量有害氣體，如一氧化碳、硫化氫等，這些氣體會迅速擴(kuò)散到礦井的各個角落，對幸存的礦工造成室息和毒害。即便礦工在爆炸后僥幸逃生，這些有毒氣體也可能導(dǎo)致他們在后續(xù)的救援行動中遭受二次傷害。

2.1.2 突出危害

當(dāng)煤層中積累的瓦斯壓力超過煤層的承載能力時，瓦斯便會突然釋放并伴隨煤與瓦斯共同涌出，這種現(xiàn)象被稱為瓦斯突出。瓦斯突出不僅會導(dǎo)致大量瓦斯快速釋放，而且常常伴隨著煤的噴射，對礦井安全構(gòu)成極大威脅。瓦斯突出的直接后果是造成礦井內(nèi)的瓦斯?jié)舛燃眲∩撸坏┻_(dá)到爆炸極限，極易引發(fā)瓦斯爆炸，造成人員傷亡和財產(chǎn)損失。即使沒有發(fā)生爆炸，高濃度的瓦斯也會導(dǎo)致礦工室息，危及生命安全。同時，瓦斯突出還會破壞礦井的正常生產(chǎn)秩序，導(dǎo)致生產(chǎn)中斷，給企業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)損失。瓦斯突出還會對礦井的通風(fēng)系統(tǒng)造成破壞，降低通風(fēng)效率，增加其他安全風(fēng)險。煤與瓦斯的共同涌出可能會堵塞巷道，使得救援工作變得困難，增加了救援難度和危險性。

2.2 瓦斯的影響

瓦斯在煤礦等地下作業(yè)環(huán)境中的存在，對工作人員健康、安全以及整個礦井運營都有著深遠(yuǎn)的影響。瓦斯中含有的甲烷是無色無味氣體，在一定濃度范圍內(nèi)與空氣混合后極易發(fā)生爆炸，對礦工的生命安全構(gòu)成巨大威脅。即便不發(fā)生爆炸，瓦斯的積聚也會導(dǎo)致缺氧環(huán)境，礦工在這樣的環(huán)境中工作容易出現(xiàn)頭暈、乏力等癥狀，嚴(yán)重時甚至可能導(dǎo)致室息死亡。甲烷作為一種溫室氣體，使全球變暖潛能遠(yuǎn)高于二氧化碳，因此，礦井中的瓦斯泄漏會加劇全球氣候變化。在經(jīng)濟(jì)層面，瓦斯事故會導(dǎo)致礦井停產(chǎn)整頓，影響煤炭的正常供應(yīng)，給礦業(yè)公司帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。同時，為了防止瓦斯事故的再次發(fā)生，礦業(yè)公司需要投入大量資金用于瓦斯的監(jiān)測和治理，增加生產(chǎn)成本。社會影響方面，瓦斯事故往往伴隨著人員傷亡，這不僅給遇難者的家庭帶來無法彌補(bǔ)的傷痛，也會對社會穩(wěn)定和公眾信心造成沖擊。

3煤炭井下通風(fēng)瓦斯治理的防范措施

3.1 控制瓦斯反應(yīng)條件

在煤炭井下生產(chǎn)中，瓦斯治理和防突是安全工作的重點。控制瓦斯反應(yīng)條件，尤其是瓦斯?jié)舛群鸵紲囟龋瑢︻A(yù)防瓦斯爆炸事故至關(guān)重要。瓦斯?jié)舛仍?7%～8% 時最易發(fā)生爆炸，其引火溫度范圍在650～750^°C 之間。因此，煤礦企業(yè)必須對井下工作人員進(jìn)行安全生產(chǎn)知識培訓(xùn)，確保他們遵守操作規(guī)程，避免使用明火。同時，企業(yè)需定期對生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行檢查和維護(hù)，特別是礦井通風(fēng)系統(tǒng)，以確保其穩(wěn)定運行，從而有效降低瓦斯?jié)舛龋瑴p少安全事故風(fēng)險。此外，企業(yè)應(yīng)設(shè)立專門崗位，負(fù)責(zé)監(jiān)測瓦斯異常區(qū)域，及時發(fā)現(xiàn)并處理問題，防止瓦斯積聚。同時，還需安排專人對通風(fēng)設(shè)備進(jìn)行巡查，保障通風(fēng)效果。值得注意的是，當(dāng)空氣中的氧氣體積分?jǐn)?shù)降至 12% 以下時，瓦斯不會發(fā)生燃燒和爆炸，這也是控制瓦斯反應(yīng)條件的一個重要參考。通過這些措施，煤礦企業(yè)能夠更有效地管理礦井通風(fēng)，保障井下作業(yè)人員的安全。

3.2 加大監(jiān)管工作力度

煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)管機(jī)構(gòu)承擔(dān)著對礦井資料、設(shè)備等情況的及時掌握和監(jiān)管責(zé)任，以確保煤炭企業(yè)的日常生產(chǎn)安全。監(jiān)管機(jī)構(gòu)應(yīng)建立完善的監(jiān)管體系，對煤礦企業(yè)進(jìn)行定期的安全檢查和評估，包括對礦井的通風(fēng)系統(tǒng)、瓦斯監(jiān)控設(shè)備、安全防護(hù)措施等方面進(jìn)行全面檢查，確保企業(yè)符合安全生產(chǎn)的要求。同時，監(jiān)管機(jī)構(gòu)要督促企業(yè)及時更換老舊或存在問題的設(shè)備，按照計劃做好瓦斯監(jiān)控設(shè)備的日常維修和檢查，以保障設(shè)備的正常運行和準(zhǔn)確性。企業(yè)應(yīng)制定嚴(yán)格的安全生產(chǎn)管理制度，針對各類細(xì)節(jié)性問題和常態(tài)化問題進(jìn)行管理，建立合理、完善的安全生產(chǎn)責(zé)任制。監(jiān)管機(jī)構(gòu)要確保企業(yè)制度的有效執(zhí)行，通過完善的制度規(guī)范現(xiàn)場施工、管理等工作，確保各類人員能夠嚴(yán)格遵循相應(yīng)的操作規(guī)程。對于嚴(yán)格遵守安全生產(chǎn)規(guī)定的企業(yè)，給予獎勵和表彰，激勵企業(yè)持續(xù)改進(jìn)安全生產(chǎn)水平。而對存在安全隱患和違規(guī)行為的企業(yè)，應(yīng)采取相應(yīng)的處罰措施，促使其及時整改，保障礦工的生命安全和煤礦的生產(chǎn)安全。

3.3堅持先抽后采原則

在煤炭井下通風(fēng)瓦斯治理及防突問題處理中，堅持先抽后采原則是至關(guān)重要的。在開采部署工作中，要充分利用當(dāng)前條件，將各處的瓦斯進(jìn)行抽排，減少其對煤礦生產(chǎn)安全的不利影響，提升煤礦日常生產(chǎn)效率，保證人員生命、財產(chǎn)安全。在實際操作中，煤礦企業(yè)需要對瓦斯抽采工作進(jìn)行嚴(yán)格管理和監(jiān)督，確保抽采工作的質(zhì)量和效率。企業(yè)應(yīng)建立健全的瓦斯抽采管理制度，對抽采設(shè)備、抽采工藝、抽采效果等方面進(jìn)行全面的監(jiān)控和管理。同時，企業(yè)還需要加強(qiáng)瓦斯抽采技術(shù)的研究和創(chuàng)新，引進(jìn)先進(jìn)的瓦斯抽采技術(shù)和設(shè)備，提高瓦斯抽采的效率和安全性。煤礦企業(yè)還應(yīng)加強(qiáng)與科研機(jī)構(gòu)、高校等合作，開展瓦斯抽采技術(shù)的研究和交流，借鑒和引進(jìn)國內(nèi)外先進(jìn)的瓦斯抽采技術(shù)和管理經(jīng)驗。

4結(jié)語

有效的煤炭井下通風(fēng)瓦斯預(yù)防治理，對保障礦工生命安全和煤礦生產(chǎn)穩(wěn)定至關(guān)重要。通過深人理解煤礦井下通風(fēng)瓦斯的基本理論，包括通風(fēng)系統(tǒng)的組成與作用、不同通風(fēng)方式的優(yōu)缺點、瓦斯的物理化學(xué)性質(zhì)以及瓦斯爆炸的原理，可以更好地制定有效的防范策略。瓦斯事故所帶來的危害和影響不容忽視，包括爆炸和突出等危害類型，以及對生產(chǎn)和人員安全造成的直接影響。為了有效應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，煤炭井下通風(fēng)瓦斯治理及防突問題處理需要采取一系列有效措施，如控制瓦斯反應(yīng)條件、加大監(jiān)管力度以及堅持先抽后采原則等。只有通過全面落實這些措施，才能最大程度地降低煤礦井下瓦斯事故的發(fā)生概率，確保礦工的人身安全和煤礦的穩(wěn)定生產(chǎn)。

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