在全球范圍內(nèi)煤炭作為傳統(tǒng)能源支柱，其開采與利用一直是能源工業(yè)的重點領(lǐng)域。然而，隨著煤炭開采的深入，煤礦井下的瓦斯問題逐漸凸顯出來，成為制約煤礦安全生產(chǎn)的重要因素。瓦斯作為一種高度易燃、易爆的氣體，在井下積聚不僅嚴(yán)重影響礦井的正常生產(chǎn)，更可能在瞬間引發(fā)災(zāi)難性的瓦斯爆炸事故，給礦工的生命安全和企業(yè)的財產(chǎn)安全帶來不可估量的損失。

近年來，隨著科技的進步和安全意識的增強，越來越多的研究開始關(guān)注煤礦井下的瓦斯預(yù)防治理。例如，在《煤礦安全規(guī)程》中，對于煤礦井下通風(fēng)瓦斯的預(yù)防治理有著明確的要求和指導(dǎo)原則[1]規(guī)程要求煤礦必須建立和完善瓦斯監(jiān)測和預(yù)警系統(tǒng)，定期進行瓦斯檢測，及時發(fā)現(xiàn)和處理瓦斯積聚的問題。規(guī)程還提出了具體的瓦斯防治措施，如局部瓦斯聚集處理、工作面瓦斯防治措施、頂部瓦斯處理方法、巷道通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化等，以確保煤礦井下的瓦斯得到有效控制。防止瓦斯爆炸事故的發(fā)生還有《煤礦瓦斯抽采與利用管理辦法》等一系列法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的制定與實施，為煤礦井下的瓦斯防治提供了有力的政策支持。

1煤礦井下通風(fēng)瓦斯預(yù)防治理的必要性

1.1 提高煤礦生產(chǎn)效率

煤礦瓦斯的有效治理對提高煤礦生產(chǎn)效率具有重要意義。瓦斯是煤炭開采過程中釋放的可燃性氣體，主要成分是甲烷。它的存在嚴(yán)重威脅著煤礦的安全生產(chǎn)，并對環(huán)境造成危害。據(jù)《中國能源報》的最新統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，我國煤礦瓦斯排放量較大，甲烷質(zhì)量濃度低于 0.75% 的煤礦風(fēng)排瓦斯中所含甲烷，約占我國煤礦瓦斯甲烷總量的 81% ，每年排放量相當(dāng)于西氣東輸一年的輸氣量，產(chǎn)生的溫室氣體效應(yīng)約為2億t二氧化碳當(dāng)量[2]。瓦斯治理不僅有助于降低礦井內(nèi)部的瓦斯?jié)舛?，減少事故發(fā)生的風(fēng)險，也為礦工提供了一個安全、舒適的作業(yè)環(huán)境。中國疾病控制中心研究表明，適宜的溫度對于保持礦工的正常生理狀態(tài)和工作效率至關(guān)重要。當(dāng)?shù)V井內(nèi)的溫度超過 時，礦工的體溫調(diào)節(jié)會出現(xiàn)障礙，鹽、水代謝紊亂，導(dǎo)致酸堿平衡和滲透壓失調(diào)，進而影響有機體的機能。

1.2降低瓦斯積聚的概率

在煤礦井下，瓦斯積聚會嚴(yán)重影響生產(chǎn)安全和效率，甚至造成人員傷亡。因此，降低瓦斯積聚概率是煤礦井下通風(fēng)瓦斯預(yù)防治理的重要任務(wù)。通風(fēng)系統(tǒng)的建立和完善是降低瓦斯積聚的基礎(chǔ)。合理的通風(fēng)系統(tǒng)能夠有效稀釋瓦斯，確保礦工生命安全，提高工作效率。通風(fēng)系統(tǒng)包括主通風(fēng)機、局部通風(fēng)機、風(fēng)門、風(fēng)橋、風(fēng)筒、密閉等通風(fēng)設(shè)施，它們協(xié)同作用，確保風(fēng)流穩(wěn)定且分布均勻。運用先進的瓦斯抽采技術(shù)是減少瓦斯積聚的有效途徑。抽采技術(shù)可以減少煤層中的瓦斯含量和壓力，避免瓦斯突出事故的發(fā)生。常見的抽采方法包括本煤層抽放、鄰近層抽放和采空區(qū)抽放等[3]。這些技術(shù)可以有效降低瓦斯?jié)舛龋瑴p少積聚的可能性。安全監(jiān)控系統(tǒng)的建立也是降低瓦斯積聚的重要手段。

1.3 確保工作人員的安全

在煤礦井下，工作人員的安全始終是首要考量。煤礦井下作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，危險因素眾多，瓦斯作為一種無色、無味、無臭的有害氣體，其積聚可能導(dǎo)致爆炸、室息和中毒等嚴(yán)重事故，對工作人員的生命安全構(gòu)成極大威脅。因此，確保工作人員的安全是煤礦井下通風(fēng)瓦斯預(yù)防治理工作的核心目標(biāo)。為了有效預(yù)防和控制瓦斯引發(fā)的安全事故，各國都制定了嚴(yán)格的煤礦安全法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)。例如，中國的《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，井下作業(yè)地點的瓦斯?jié)舛炔坏贸^ 1% ，若超過則必須立即停止作業(yè)，撤出人員，并采取措施消除隱患[4]。這些法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的制定和執(zhí)行，有力地保障了煤礦工作人員的生命安全。

2煤礦井下通風(fēng)瓦斯發(fā)生爆炸的原因

2.1瓦斯泄漏濃度達到一定閾值

煤礦井下通風(fēng)瓦斯發(fā)生爆炸的根本原因之一是瓦斯泄漏濃度達到一定量。甲烷，作為煤礦井下的主要瓦斯成分，當(dāng)其在空氣中的體積分?jǐn)?shù)達到5%～15% 時，便處于爆炸危險范圍。這個濃度區(qū)間是甲烷與空氣混合后的爆炸極限，一旦遇到點火源，如火花、明火或者高溫表面等，便可能引發(fā)爆炸。在煤礦井下，瓦斯的泄漏通常是由于煤層的自然特性、采掘作業(yè)中的破壞，或者是通風(fēng)系統(tǒng)的不完善所導(dǎo)致的。煤層中的甲烷氣體在壓力和溫度的作用下，可能會通過煤層的裂隙或孔隙逸出到井下空氣中。如果通風(fēng)系統(tǒng)無法及時將這些泄漏的瓦斯稀釋到安全濃度以下，瓦斯的濃度就會迅速上升，直至達到爆炸極限。

2.2周圍溫度達到最低燃燒點

甲烷的自燃溫度在 540～580^°C 之間。井下的溫度通常低于甲烷的自燃點，但在電氣故障、機械摩擦或煤塵自燃等情況下，局部溫度可能會迅速升高至危險程度。這種溫度的升高不僅可能導(dǎo)致甲烷自燃，還會加速燃燒反應(yīng)的速率，增加爆炸的強度和速度。盡管《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定井下溫度不應(yīng)超過 26°C ，實際操作中，由于地質(zhì)條件、通風(fēng)問題或設(shè)備故障，這一標(biāo)準(zhǔn)有時難以維持[5]。特別是在深井煤礦，地?zé)岷屯L(fēng)問題可能導(dǎo)致井下溫度自然升高或局部過熱，為瓦斯爆炸提供了條件。

2.3空氣中氧氣濃度

在煤礦井下，空氣中氧氣濃度是通風(fēng)瓦斯發(fā)生爆炸的另一個關(guān)鍵因素。甲烷與空氣混合后，只有在氧氣濃度處于一定比例范圍內(nèi)，才具備爆炸性，這個范圍通常被稱為爆炸極限。甲烷在空氣中的爆炸極限為 5%～15% （體積分?jǐn)?shù)），低于 5% 或高于15% 時，混合物就不會爆炸。氧氣濃度的高低直接影響著甲烷與氧的反應(yīng)速率。在氧氣濃度較低時，即使甲烷濃度在爆炸極限范圍內(nèi)，反應(yīng)也無法維持，因此無法發(fā)生爆炸。相反，如果氧氣濃度過高，不僅可以加速甲烷的燃燒反應(yīng)，還可能導(dǎo)致火勢蔓延，增加爆炸的危險性。煤礦井下的氧氣濃度受到多種因素的影響，包括通風(fēng)系統(tǒng)的效率、井下作業(yè)人數(shù)、煤層自燃等。理想情況下，井下的氧氣體積分?jǐn)?shù)應(yīng)該維持在 20.9% 左右，這是大氣中的正常氧氣濃度。然而由于井下環(huán)境復(fù)雜，氧氣濃度常常偏離這一理想值，從而影響瓦斯的安全性。

3煤礦井下通風(fēng)瓦斯的防治措施

3.1局部瓦斯聚集處理

在煤礦生產(chǎn)中，瓦斯的不均勻分布導(dǎo)致局部區(qū)域瓦斯?jié)舛壬?，形成安全隱患。為有效應(yīng)對這一情況，礦井必須進行細致的地質(zhì)勘探，了解瓦斯的分布規(guī)律，并通過定期監(jiān)測瓦斯?jié)舛葋砑皶r發(fā)現(xiàn)和處理潛在風(fēng)險。針對局部瓦斯聚集，礦井應(yīng)采取抽采措施，比如在瓦斯富集區(qū)進行鉆孔抽采和建設(shè)專用通風(fēng)巷道進行巷道抽采，以有效降低瓦斯?jié)舛龋乐贡ㄊ鹿?。瓦斯排放作為一種快速降低瓦斯?jié)舛鹊姆椒ǎ枰诳刂坪门欧艜r間和濃度的情況下進行，以免干擾礦井的正常通風(fēng)。通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化和通風(fēng)量的增加對于控制瓦斯?jié)舛韧瑯又陵P(guān)重要，它們不僅有助于稀釋瓦斯，還能有效散熱，降低礦井內(nèi)部溫度，減少瓦斯的生成[6。因此，礦井應(yīng)根據(jù)實際情況，綜合考慮地質(zhì)條件、生產(chǎn)需求和安全標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計并維護一個高效、穩(wěn)定的通風(fēng)系統(tǒng)，確保礦井安全生產(chǎn)和人員安全。

3.2 工作面瓦斯防治

強化通風(fēng)是控制工作面瓦斯的關(guān)鍵，通過增加風(fēng)量，降低瓦斯?jié)舛戎涟踩秶?。?yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計，確保風(fēng)流穩(wěn)定、均勻，避免局部瓦斯積聚。同時采用高抽巷和本煤層預(yù)抽巷等方式，提前抽放瓦斯，減少工作面瓦斯涌出量。在采煤過程中，采取合理的開采順序和回采工藝，控制瓦斯釋放。采用高位巷道抽放和采空區(qū)抽放等方法，及時處理工作面及回風(fēng)流中的瓦斯。另外，工作面瓦斯監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的建立和完善同樣至關(guān)重要。利用先進的監(jiān)測設(shè)備，進行 24h 瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測，實時掌握工作面瓦斯動態(tài)。設(shè)置瓦斯預(yù)警閾值，當(dāng)瓦斯?jié)舛瘸^預(yù)警值時，能及時采取措施，防止瓦斯事故的發(fā)生。及時更新和完善工作面瓦斯防治計劃，確保各項防治措施的針對性和有效性。

3.3 頂部瓦斯處理方法

頂部瓦斯主要來自煤層頂板和圍巖的裂隙，這些瓦斯由于受到地壓和采動的影響，會逐漸向工作面移動，聚集并形成高壓區(qū)域。因此，針對頂部瓦斯的處理，需要重點關(guān)注礦井的地質(zhì)條件，對煤層頂板和圍巖進行觀測和分析，找出瓦斯涌出的規(guī)律和通道，為制定防治措施提供依據(jù)。針對頂部瓦斯的處理，需要采取有效的抽采措施。根據(jù)礦井的實際情況，可以選擇使用機械抽采或者自然抽采方法。機械抽采主要是利用抽采泵和抽采管道，對瓦斯進行持續(xù)的抽采和排放。自然抽采則是利用礦井自身的通風(fēng)系統(tǒng)，通過增加通風(fēng)速度和改善通風(fēng)布局，促進瓦斯的流動和排放。還需要對抽采效果進行監(jiān)測和評價，及時調(diào)整抽采參數(shù)，確保抽采效果達到預(yù)期。

3.4巷道通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化

巷道通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化的主要目的是提高通風(fēng)效率、降低瓦斯?jié)舛龋_保礦井內(nèi)部的空氣質(zhì)量符合安全標(biāo)準(zhǔn)。優(yōu)化巷道通風(fēng)系統(tǒng)需要考慮礦井的地質(zhì)條件、生產(chǎn)規(guī)模和瓦斯涌出量等因素，合理設(shè)計通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)。通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計應(yīng)遵循礦井的生產(chǎn)布局和地質(zhì)條件，確保通風(fēng)阻力最小化和風(fēng)流穩(wěn)定，提高通風(fēng)效率。還需要考慮到通風(fēng)系統(tǒng)的可靠性和靈活性，確保在發(fā)生事故時能夠迅速調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)，保證礦工的生命安全。巷道通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化需要注重通風(fēng)設(shè)施的設(shè)置和維護，通風(fēng)設(shè)施主要包括風(fēng)門、風(fēng)窗、風(fēng)橋等，它們是通風(fēng)系統(tǒng)的重要組成部分，對于調(diào)節(jié)風(fēng)量和控制瓦斯具有重要作用。在實際操作中，需要定期對通風(fēng)設(shè)施進行檢查和維護，確保其正常運行。還需要根據(jù)礦井的生產(chǎn)變化，及時調(diào)整通風(fēng)設(shè)施，以滿足生產(chǎn)需要。通風(fēng)參數(shù)主要包括風(fēng)速、風(fēng)量、風(fēng)向等，它們是評價通風(fēng)效果的重要指標(biāo)。

4結(jié)語

煤礦井下通風(fēng)瓦斯的預(yù)防治理是確保煤礦安全生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。通過對局部瓦斯聚集的處理、工作面瓦斯防治、頂部瓦斯處理方法以及巷道通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化，能在很大程度上降低瓦斯爆炸的風(fēng)險，保障礦工的生命安全和礦井的財產(chǎn)安全。實踐證明，有效的通風(fēng)瓦斯防治措施，不僅提高了煤礦生產(chǎn)效率，還促進了礦井環(huán)境的改善。然而，瓦斯防治工作是一項長期、復(fù)雜的任務(wù)，需要持續(xù)關(guān)注礦井地質(zhì)條件的變化，不斷完善和調(diào)整防治策略。

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