路鵬++呂巍+++闞占和

摘 要：地面大氣壓變化引起井下風(fēng)流絕對(duì)靜壓同步變化，使密閉內(nèi)氣體呈“膨脹-收縮”的“呼吸”狀態(tài)，從而導(dǎo)致密閉內(nèi)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(jìn)入密閉空間內(nèi)，增加密閉自然發(fā)火危險(xiǎn)。通過(guò)分析這一過(guò)程的變化原因和規(guī)律，及時(shí)采取相應(yīng)措施，從而有效控制閉前瓦斯超限和防治密閉內(nèi)自燃等問(wèn)題。

關(guān)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(chēng)“大氣壓強(qiáng)”，是由于地球周?chē)髿獾闹亓Χa(chǎn)生的壓強(qiáng)。其大小與高度、溫度等條件有關(guān)。對(duì)于同一地區(qū)，在一天之內(nèi)的不同時(shí)間，地面的大氣壓值也會(huì)有所不同。大氣壓變化是人力不可控制的自然現(xiàn)象，然而其變化并非無(wú)規(guī)律可循，探索大氣壓變化影響密閉壓差的變化規(guī)律，探索大氣壓變化影響密閉瓦斯涌出的原因和其間的關(guān)系，采取合理的技術(shù)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(chǎn)。

1 基本情況

小青煤礦開(kāi)拓方式為立井、多水平、分區(qū)、集中運(yùn)輸大巷、采區(qū)石門(mén)、上下山開(kāi)拓，整個(gè)礦井劃分為兩個(gè)水平開(kāi)采，分別為一水平和二水平；一水平為現(xiàn)生產(chǎn)水平，水平標(biāo)高為-447米，主采4-2、7煤層。二水平尚未開(kāi)拓。工作面采用走向或傾斜長(zhǎng)壁后退式綜合機(jī)械化采煤方法，全部冒落法管理頂板。

小青礦為兩翼對(duì)角通風(fēng)方式，主要通風(fēng)機(jī)工作方法為抽出式，中央主、副井入風(fēng)，東、南風(fēng)井排風(fēng)。小青礦布置有主要入風(fēng)巷和主要回風(fēng)巷，各采區(qū)均采用分區(qū)通風(fēng)，布置有入風(fēng)中巷和專(zhuān)用回風(fēng)巷，采煤工作面均采用U型通風(fēng)方式。礦井絕對(duì)瓦斯涌出量為45.16 m3/min，礦井相對(duì)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(guān)系分析

2.1 大氣壓變化與井下風(fēng)流絕對(duì)靜壓變化關(guān)系分析

礦井主要通風(fēng)機(jī)的機(jī)械風(fēng)壓是克服井巷通風(fēng)阻力的主要?jiǎng)恿?，在抽出式通風(fēng)方式下表現(xiàn)為主要通風(fēng)機(jī)通風(fēng)靜壓（忽略自然風(fēng)壓，主要通風(fēng)機(jī)入風(fēng)口的速壓較小且相對(duì)穩(wěn)定，也視為定值忽略不計(jì)），即礦井通風(fēng)負(fù)壓，如圖1所示。

其值應(yīng)等于風(fēng)硐外地表大氣壓與主要通風(fēng)機(jī)入風(fēng)口風(fēng)流絕對(duì)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(fēng)機(jī)負(fù)壓，（Pa）；h阻-井巷通風(fēng)阻力，（Pa）；P0 -出風(fēng)井口地表大氣壓，（Pa）；P入-主要通風(fēng)機(jī)入風(fēng)口風(fēng)流絕對(duì)靜壓，（Pa）。

礦井正常通風(fēng)過(guò)程中，井巷通風(fēng)阻力是相對(duì)定值，則通風(fēng)負(fù)壓也為相對(duì)定值，而地表大氣壓是隨時(shí)變化的，由式（1）、（2）可以看出，h通為定值而P0隨時(shí)變化，則P入必須與P0同步變化，則：主要通風(fēng)機(jī)入風(fēng)口風(fēng)流絕對(duì)靜壓應(yīng)隨大氣壓變化而同步變化。同理可以推斷：井下任意測(cè)點(diǎn)風(fēng)流的絕對(duì)靜壓也是隨大氣壓變化而同步變化的，直至礦井進(jìn)風(fēng)井口空氣絕對(duì)靜壓P0也是與出風(fēng)井口大氣壓P0同步變化的（忽略進(jìn)出風(fēng)井口間的高差，則P0=P0）。還可從另一方面理解這一觀點(diǎn)：井巷風(fēng)流流動(dòng)是因兩端存在相對(duì)壓差，各段井巷兩端相對(duì)壓差的累加和即為礦井總風(fēng)壓，使井巷風(fēng)流穩(wěn)定流動(dòng)，礦井通風(fēng)系統(tǒng)正常運(yùn)行，必須保持相對(duì)壓差不變，因此地面大氣壓變化時(shí)井下各點(diǎn)絕對(duì)靜壓必然同步變化，否則礦井總風(fēng)壓將發(fā)生變化而引起通風(fēng)系統(tǒng)紊亂。礦井通風(fēng)管理中主要通風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行參數(shù)也說(shuō)明了這一點(diǎn)，不論地表大氣壓如何變化，礦井主要通風(fēng)機(jī)機(jī)房中安設(shè)的水柱計(jì)或負(fù)壓傳感器顯示值為相對(duì)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(guān)系

地表大氣壓變化引起井下風(fēng)流絕對(duì)靜壓同步變化，密閉內(nèi)氣體的絕對(duì)壓力比較穩(wěn)定，使密閉內(nèi)氣體呈“膨脹-收縮”的“呼吸”狀態(tài)，從而導(dǎo)致密閉內(nèi)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(jìn)入密閉空間內(nèi)，增加密閉自然發(fā)火危險(xiǎn)。

3 大氣壓變化和密閉壓差變化實(shí)測(cè)分析

3.1 觀測(cè)點(diǎn)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(guān)系，小青煤礦在地面、井下設(shè)置的多組測(cè)點(diǎn)，地面安設(shè)壓力傳感器，井下在密閉觀察管上安設(shè)壓差傳感器，地面、井下數(shù)據(jù)傳至地面KJ2000煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)，連續(xù)觀測(cè)大氣壓、密閉內(nèi)與密閉外的壓差變化情況。

3.2 大氣壓變化實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析

現(xiàn)選取W2-401運(yùn)順聯(lián)絡(luò)道、N1-2#材料上山兩道永久密閉，以及地面大氣壓值進(jìn)行分析，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)如表1所示。

通過(guò)圖2可直觀看出，大氣壓穩(wěn)定時(shí)，無(wú)論大氣壓較高或較低，只要處于穩(wěn)定狀態(tài)，密閉的壓差也處于穩(wěn)定狀態(tài)，如3月5日16時(shí)至3月5日22時(shí)；大氣壓處于由高到低的變化狀態(tài)，密閉的壓差則處于由小到大的變化狀態(tài)，如3月5日10時(shí)至3月5日14時(shí)；大氣壓處于由低到高的變化狀態(tài)，密閉的壓差則處于由大到小的變化狀態(tài)，如3月6日8時(shí)至3月6日14時(shí)。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(yīng)對(duì)措施

3.3.1 防治瓦斯措施

調(diào)度每2小時(shí)對(duì)地面大氣壓力進(jìn)行一次檢查，發(fā)現(xiàn)地面大氣壓力下降及時(shí)通知井下采取抽放、風(fēng)排等有效措施進(jìn)行處理。井下受大氣壓影響變化大的密閉前安設(shè)瓦斯傳感器，監(jiān)視閉前瓦斯?jié)舛?，并在密閉前安設(shè)自動(dòng)抽放閥門(mén)，當(dāng)閉前瓦斯?jié)舛瘸噬蠞q趨勢(shì)時(shí)，遠(yuǎn)方操作開(kāi)啟自動(dòng)抽放閥門(mén)進(jìn)行抽放。

3.3.2 防治自然發(fā)火措施

保證封閉質(zhì)量，防止漏風(fēng)。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(bǔ)充充填措施管。加強(qiáng)密閉的檢查維護(hù)，保證嚴(yán)密。密閉損壞或圍巖壓裂要及時(shí)采取措施進(jìn)行處理，采用注白泥、加固劑進(jìn)行封堵。抽放密閉內(nèi)氣體時(shí)必須控制好抽放負(fù)壓和流量，不得長(zhǎng)期抽放，并加強(qiáng)取樣化驗(yàn)分析，防止密閉內(nèi)自然發(fā)火。采取以上措施后，有效杜絕了井下各地點(diǎn)密閉瓦斯超限和自然發(fā)火現(xiàn)象。

4 結(jié)束語(yǔ)

（1）大氣壓變化導(dǎo)致密閉內(nèi)瓦斯異常涌出，這一現(xiàn)象的根本原因是大氣壓變化引起井下風(fēng)流絕對(duì)靜壓同步變化，使密閉內(nèi)氣體體積發(fā)生“膨脹-收縮”的“呼吸”態(tài)變化。（2）根據(jù)長(zhǎng)期觀察得出，導(dǎo)致大氣壓變化的原因主要有以下幾點(diǎn)。一是大氣的運(yùn)動(dòng)；風(fēng)向?yàn)槟巷L(fēng)時(shí)氣壓較低，風(fēng)向?yàn)楸憋L(fēng)時(shí)氣壓較高。二是大氣溫度和濕度的變化；經(jīng)過(guò)觀察，低壓和陰天，降雨、降雪天氣相關(guān)，溫度變化較小，高壓和干燥晴朗的天氣相關(guān)，氣溫變化較大。（3）通過(guò)采取抽放、風(fēng)排等有效措施進(jìn)行處理，可有效防止瓦斯超限事故發(fā)生；通過(guò)控制抽放負(fù)壓和流量，加強(qiáng)取樣化驗(yàn)分析，可有效防止自然發(fā)火事故發(fā)生。