＊高永强

（山西吕梁离石炭窑坪煤业有限公司 山西 033000）

1.煤矿通风瓦斯治理的理论基础

(1)煤矿通风瓦斯的形成和危害

①形成

A.煤炭的形成和分解：煤炭是由植物残骸在地质历史长期压力和高温作用下形成的。这些植物残骸被埋藏在地下，随着时间的推移，经过压力和化学反应，形成了煤炭。在这个过程中，有机物质中的碳被封存在煤炭中。

B.瓦斯生成和释放：煤炭中含有许多可燃气体，主要是甲烷（也称为瓦斯）。当煤炭受到破坏、开采或采煤工作面进一步暴露时，煤层中的瓦斯开始释放。瓦斯可以通过煤层的裂隙、煤层与周围岩石的接触面以及煤矿巷道和工作面进入矿井中。

②危害

A.爆炸和火灾风险：煤矿通风瓦斯主要成分甲烷是一种易燃气体，它与空气中的氧气形成可燃混合物。当瓦斯浓度超过其爆炸极限范围时，一旦遇到明火、电火花或高温源，极易发生爆炸。煤矿瓦斯爆炸不仅能造成巨大的破坏和伤亡，还可能引发火灾，导致矿井长时间失控，扩大事故范围和影响。

B.中毒风险：高浓度的瓦斯在矿井中积聚，会取代空气中的氧气，导致缺氧情况发生。当矿工在这样的环境中工作时，会出现头晕、恶心、呕吐和意识丧失等中毒症状。严重情况下，矿工可能会窒息或死亡。

(2)通风在煤矿安全生产中的作用

通风在煤矿安全生产中起着至关重要的作用。煤矿通风系统的设计和运行能够有效地控制煤矿内的气体浓度、温度和湿度，维持适宜的工作环境，确保矿工的安全和健康。首先，通风系统能够控制煤矿内的有害物质浓度，如瓦斯、煤尘和有毒有害气体。通过合理的通风布局和风量调节，能够及时排除煤矿内积聚的有害气体，避免气体积聚到可燃或有爆炸性的浓度，从而减少矿井瓦斯爆炸和煤尘爆炸的风险。其次，通风系统能够调节煤矿内的温度和湿度。煤矿地下作业环境通常狭小、密闭，而且由于机械设备和矿工作业产生的热量，矿井内温度往往较高。通过通风系统的运行，能够及时排除矿井内的热量，降低温度，提供相对较为舒适的工作环境。此外，通风系统还可以控制煤矿内的湿度，保持适宜的湿度水平，防止空气过于干燥或潮湿，对矿工的健康和舒适度具有重要影响。此外，通风系统还能够保持矿井内的新鲜空气供应。煤矿地下作业环境通常缺乏充足的自然通风，而且矿井内存在大量的有害气体和烟尘。通过通风系统的供风，能够及时将新鲜空气引入矿井，提供矿工所需的氧气，改善矿井内的空气质量，减少有害气体的浓度，保障矿工的健康和工作效率。

2.煤矿通风系统的构成和运行原理

煤矿通风系统是煤矿安全生产中的重要组成部分，其主要目的是保障矿井内空气的新鲜度、温度、湿度和氧气含量，以及排除有害气体和粉尘，为矿工提供安全的工作环境。煤矿通风系统通常包括以下两个主要组成部分：风机系统和风路系统。

（1）风机系统。风机系统是煤矿通风系统的核心，其主要任务是产生足够的风量和风压，将新鲜空气引入矿井并排除有害气体和粉尘。风机系统通常包括主通风机[1]、辅助通风机和局部通风机。主通风机负责产生主要风流，将新鲜空气通过主风井送入井下；辅助通风机和局部通风机用于增强通风系统的效果，将风量引导到特定区域，如工作面、回风巷道等。风机系统的运行原理基于风机的旋转，通过风叶的叶片运动产生气流，形成气流动力，并利用气流的动能将新鲜空气输送到矿井中，同时排出有害气体和粉尘。

（2）风路系统。风路系统是指风流在矿井内的传输路径，包括进风路、回风路和局部通风路。进风路负责将新鲜空气引入矿井，通常通过主风井或辅助通风井进入；回风路则负责排出废气和粉尘，通常通过回风巷道或回风井实现。局部通风路用于特定区域的通风，如工作面、掘进巷道等。风路系统的运行原理依赖于风路的布置和通风巷道的结构设计，以最大限度地利用风力，实现气流的有效输送和循环，保证矿井内空气的流通和质量。

3.煤矿通风瓦斯治理的现状分析

（1）煤矿通风系统的改进。煤矿通风系统是瓦斯治理的核心措施之一。近年来，随着科技的进步，煤矿通风系统的改进取得了显著进展。例如，采用新型风机和通风设备可以提高通风效率，减少瓦斯积聚的可能性。此外，智能化的监控系统可以实时监测瓦斯浓度和风速等参数，及时发现异常情况并采取相应的措施。根据国家煤矿安全监察局的数据，2019年我国煤矿通风系统改造的覆盖率达到了80%以上。2019年，全国煤矿通风系统能耗指标平均下降了15%，通风效率提高了10%[2]。

（2）瓦斯抽采技术的应用。瓦斯抽采是煤矿瓦斯治理的重要手段之一，通过将瓦斯从煤矿井下抽出，有效减少瓦斯积聚的可能性。现代瓦斯抽采技术的应用不断推动煤矿瓦斯治理的发展。例如，采用高效的抽采设备和管道系统，可以提高瓦斯抽采效率，降低瓦斯浓度，减少瓦斯爆炸事故的发生概率。据国际能源署的数据，全球煤矿瓦斯抽采设备的使用率从2005年的40%提高到了2019年的75%。据中国煤矿安全监察局的统计，2019年我国煤矿瓦斯抽采率达到了85%以上。

（3）瓦斯监测与预警系统的发展。瓦斯监测与预警系统对于煤矿通风瓦斯治理至关重要。通过安装瓦斯传感器和监测设备，实时监测瓦斯浓度和其他相关参数，及时发现异常情况并进行预警，可以有效降低瓦斯爆炸事故的发生。随着技术的不断进步，瓦斯监测与预警系统的功能和精度也在不断提高。

根据中国煤矿安全监察局的数据，截至2019年，全国煤矿瓦斯监测系统的覆盖率达到了90%以上。瓦斯监测与预警系统的平均误差率已经下降到3%以下。

（4）煤矿通风瓦斯的事故（图1）。煤矿通风瓦斯事故是指在煤矿开采过程中，由于瓦斯积聚和点火引起的爆炸或者瓦斯中毒事故。煤矿通风瓦斯是煤矿开采过程中产生的一种有害气体，主要成分是甲烷，它具有易燃、易爆和有毒的特性。

图1 2001—2020年突出事故起数、死亡人数及其占煤矿事故总死亡人数

煤矿通风瓦斯事故通常发生在以下情况下：

①矿井通风系统不完善：通风系统的设计、建设和维护不当，导致瓦斯在矿井中积聚无法有效排出，增加了事故发生的概率。

②矿工操作不当：煤矿作业中，如果矿工没有按照规定的操作程序进行作业，例如，使用不合格的电气设备、使用明火等，就可能引发瓦斯事故。

③安全措施不到位：煤矿安全管理不严格，缺乏有效的安全培训和监督，没有建立健全的安全管理制度和应急救援机制[3]。

④瓦斯检测设备故障：煤矿中的瓦斯检测设备如果故障或者不准确，就无法及时发现瓦斯积聚的情况，增加了事故发生的风险。

煤矿通风瓦斯事故的后果通常是严重的，包括矿工伤亡（表1）、矿井结构损坏、生产中断等。为了预防和减少煤矿通风瓦斯事故，煤矿企业应该重视瓦斯治理和通风系统建设，加强瓦斯检测和监控，加强矿工的安全培训和意识教育，确保安全操作规程的执行，建立健全的安全管理制度和应急救援机制。同时，政府和相关监管部门也应该加强对煤矿的监管和执法，提高安全生产的标准和要求。

表1 2011—2020年突出事故统计表

4.通风瓦斯治理技术的研究与应用

（1）通风系统设计与改进。通风系统设计是通风瓦斯治理的核心。设计师需要综合考虑矿井的地质条件、瓦斯涌出特点、工作面布置以及采矿方法等因素。合理规划通风系统包括确定通风巷道的位置、尺寸和数量，安排通风机的布局，确定通风流量和风速等参数。改进通风系统可以通过增加通风风量、优化通风网络、提高通风机效率等手段来增强通风系统的能力。

（2）瓦斯抽放与抽采技术。瓦斯抽放和抽采技术是控制矿井瓦斯的关键手段之一。瓦斯抽放是指通过井下钻孔或巷道将瓦斯排放到地面或瓦斯抽放设施中。常见的瓦斯抽放技术包括钻孔抽放、井下瓦斯抽放和巷道瓦斯抽放等。瓦斯抽采则是指在矿井工作面上采用机械设备主动抽采瓦斯，减少瓦斯对工作面的威胁。常用的瓦斯抽采设备包括瓦斯抽采机、瓦斯抽采装置和瓦斯抽采管道等。

（3）瓦斯检测与监控技术。瓦斯检测与监控技术是确保矿井安全的关键措施之一。瓦斯检测用于实时监测矿井中的瓦斯浓度和瓦斯涌出量，及时发现瓦斯超限情况。常用的瓦斯检测设备包括瓦斯传感器和瓦斯检测仪等。瓦斯监控系统可以实时监测和记录瓦斯浓度、风速、温度等参数，并通过数据分析和报警系统提供预警和决策支持。这些技术的应用有助于及时发现和应对瓦斯超限情况，防止瓦斯爆炸事故的发生[4]。

5.煤矿通风瓦斯治理效果评估控制策略

（1）瓦斯浓度监测与控制。瓦斯浓度的监测是煤矿通风瓦斯治理中至关重要的一环。通过在矿井各个区域设置瓦斯浓度监测仪器，可以实时监测矿井中的瓦斯浓度。常见的监测仪器包括瓦斯浓度传感器和多参数监测系统。监测结果可以通过数据采集和传输系统进行实时监控，并显示在监测中心或控制室的监测仪表上。瓦斯浓度的控制需要根据监测结果采取相应的措施。如果瓦斯浓度超过安全范围，应及时采取控制措施，如增加通风量、加强风流分配、调整通风系统参数等，以降低瓦斯浓度。

（2）通风系统评估与优化。通风系统是煤矿通风瓦斯治理的核心，对通风系统进行评估和优化可以提高通风效果和瓦斯抽采效率。评估通风系统可以通过监测矿井中的风速、风量、风压等参数来进行。常用的评估方法包括风速仪、流量计和压力计等设备。在评估的基础上，可以对通风系统进行优化。优化措施可以包括增加通风量，通过增设风井或改进风井布置来提高通风效果；调整风流分配，根据矿井不同区域的瓦斯浓度分布和工作面的瓦斯产量，合理分配风量，使瓦斯得到有效抽采；改进风井的结构和布置，减少风阻和风分流现象，提高通风效率等[5]。

6.结束语

本文对煤矿通风瓦斯治理进行了综合性的探究，深入分析了煤矿通风瓦斯治理的理论基础、通风系统的构成和运行原理、治理技术的研究与应用，并提出了治理效果评估和控制策略。煤矿通风瓦斯治理是一项复杂而又关键的工作，需要多方面的努力和合作。希望通过本文的研究，能够引起广大矿山管理者和相关从业人员对煤矿通风瓦斯治理的重视，提高其安全生产水平，确保矿工的生命财产安全。未来的研究可以进一步深入探讨新的治理技术和方法，以适应煤矿安全生产的需求。