矿井瓦斯排放作业及安全措施分析

李博勤

(铜川市耀州区煤炭工业局，陕西 铜川 727100)

0 引言

煤炭的开采和应用在创造巨大价值的同时，也伴随着各类生产事故的发生，而瓦斯灾害是最为常见的事故之一[1-3]。矿井瓦斯在经处理后可以作为燃料和工业原料，有一定的经济价值，进行有效开发和利用还能为环境保护事业作出贡献。因此，许多矿井开展了瓦斯抽放工作，以降低开采时的瓦斯涌出量预防各类瓦斯事故，且可以减少通风系统负担间接提升矿井生产效益[4-6]。然而，在技术条件和工程背景不能满足瓦斯抽放需要时，直接进行瓦斯排放不考虑瓦斯的回收利用，就成为了保证人员安全的必然选择[7-9]。例如，因种种原因造成的部分区域瓦斯积聚时，即需要进行瓦斯排放；比较典型的情境为主通风机停电或停风后，在井下全风压通风的采掘工作面瓦斯浓度超出安全生产的规定值。

为此，针对一定条件下的瓦斯积聚，具体分析瓦斯排放的作业计划和流程，并对排放方法进行探究，以期减少瓦斯灾害，更好地保障矿井安全生产。

1 编制作业计划

1.1 作业计划内容

在作业计划或是作业方案中，首先应确定参加瓦斯排放的人员及负责人，明确职责范围及协调配合机制。在排放方法的选择中，瓦斯排放针对的是因种种原因造成的瓦斯积聚，区别于瓦斯抽放的以能源利用为目的，瓦斯排放更注重保证矿井作业环境的安全性；因此，瓦斯排放方法的选择主要应结合作业位置和瓦斯的具体来源。此外，排放作业过程中的停电及撤人范围、站岗警戒地点、警戒人员及汇报地点、风流第1混合点瓦斯监测、参加排放的人员及职责等都应做出明确规定，并绘制排放瓦斯示意图，图中应标明瓦斯排放风流路线、站岗警戒地点等内容。

结合工程实践，针对采掘工作面、硐室等处的瓦斯积聚，瓦斯排放的一般作业流程如图1所示，图中组织机构因矿企自身设置不同而略有差异。

图1 瓦斯排放作业流程

1.2 技术要点

在作业计划定稿前，应当对排放区瓦斯积存量、排放瓦斯所需时间进行估算，瓦斯积存量按式(1)估算，所需时间的计算参照式(2)[10-12]。

Q=S·L·ω

(1)

式中，Q为预计排放瓦斯量，m3；S为巷道断面面积，巷道变形率取50%，m2；L为排放区巷道的长度，m；ω为平均瓦斯浓度，%。

T=Q/(Q扇×1%)

(2)

式中，T为排放瓦斯所需时间，min；Q为预计排放瓦斯量，m3；Q扇为局部通风机供风量，排放瓦斯时风筒出口风量，m3/min。

所有参加排放瓦斯人员必须认真学习排放瓦斯措施，明确各自职责，全面认真检查仪器、仪表及装备,确保完好。瓦斯排放前，要撤出排放瓦斯巷道内回风流经区域的全部人员，切断回风区域一切电源。全风压风流混合处悬挂甲烷传感器或便携式甲烷检测报警仪，报警浓度设为1%。通风机及开关附近10 m范围内风流中的瓦斯浓度只有在0.5%以下时，方可开启通风机。排放瓦斯前应向调度室汇报。

2 局部通风机排放瓦斯

矿井井下盲巷停电或停风后的独头巷道容易引起瓦斯积聚，从而导致瓦斯浓度超过规定值，在此情况下，选择局部通风机瓦斯排放法较为适宜[13-15]。

2.1 分级管理

2.1.1 级别划分

经检查巷道内最高瓦斯浓度不超过1%和最高二氧化碳浓度不超过1.5%，且局部通风机及其开关地点附近10 m以内风流中的瓦斯浓度不超过0.5%时，即可由当班电工会同瓦斯检查员人工开启局部通风机，恢复掘进巷道的通风。当临时停风的掘进巷道内瓦斯浓度超过1%或二氧化碳浓度超过1.5%，最高瓦斯浓度和二氧化碳浓度不超过3%时，由通风队跟班队长现场组织瓦斯检查员会同该地点电工采取安全措施，控制风流排放瓦斯。当临时停风的掘进巷道内瓦斯浓度或二氧化碳浓度超过3%时，必须成立瓦斯排放领导小组，由总工程师任组长，通防科科长或通风队队长任副组长，通风队、通防科、调度室、安监科、救护队、机电科、施工区队相关人员担任成员。排放瓦斯时由通防科科长或通风队队长现场指挥，矿井总工程师在调度室指挥，直到排放结束。

2.1.2 高浓度瓦斯排放前的检查

当巷道内瓦斯浓度或二氧化碳浓度超过3%时，排放瓦斯前必须做好以下5点。①总工程师或通防科科长组织对排放瓦斯流经区域内回风系统进行全面检查，发现问题及时处理，在回风系统存在较大安全隐患的情况下，严禁进行瓦斯排放工作；②必须在排放瓦斯地点两道反向风门外安装电话，并保持通讯畅通；③必须在排放瓦斯第1风流混合点下风侧3～5 m处安设甲烷传感器，当瓦斯浓度达到1.5%时，必须及时减小风量，降低瓦斯浓度；④由总工程师组织有关人员统一学习专项瓦斯排放措施并签字，瓦斯排放措施上报集团公司审批或备案；⑤电话和甲烷传感器安设不齐全的，严禁进行瓦斯排放。

2.1.3 注意事项

瓦斯排放到巷道末端且第1风流混合点瓦斯浓度稳定在1.0%以下30 min后，由排放瓦斯现场指挥人员、瓦检员和安监员共同进入巷道内检查通风、瓦斯等情况，确认无异常后方可结束瓦斯排放工作。瓦斯排放前、后，现场指挥人员必须及时向矿井调度室和通风调度汇报，参加排放的工作人员必须听从现场指挥人员命令，统一行动，严禁擅离职守。所有受停风影响的区域，必须立即切断电源，撤出所有作业人员；制定瓦斯排放措施，逐级恢复掘进工作面的正常通风。

2.2 方法比较

2.2.1 风筒错口法

对于临时停风地点或盲巷内预留有风筒的巷道，可采取在风门外安设风筒“三通”锁风控制风流或风筒错口对接控制风流等瓦斯排放方法。根据风流第1混合点瓦斯浓度，通过调节风筒“三通”或风筒错口面积控制排放巷道的风量，确保风流第1混合点瓦斯浓度不超过1.5%。在此期间严禁任何无关人员进入盲巷及其回风流经的区域。在排放瓦斯与新鲜风流混合回风口下风侧10～15 m处吊挂一个瓦斯便携仪，安排专人查看，达到或超过1%时及时通知调节人员减小供风量。瓦斯排放到巷道末端且第1风流混合点瓦斯浓度稳定在1.0%以下30 min后，由排放瓦斯现场指挥人员、瓦检员和安监员共同进入巷道内检查通风、瓦斯等情况，确认无问题后方可结束瓦斯排放工作。由于此种方法是风机开启后对接风筒，风机有效风量大，对接困难，不便于操作，但能有效控制回风流中的瓦斯浓度，是目前排放瓦斯常用的方法。

2.2.2 逐段排放瓦斯法

瓦斯排放时分别采用长度5 m、10 m、20 m的风筒，逐步从回风口向巷道深处排放。具体作业时，采用风筒错口法先接一节5 m长的风筒，取下5 m风筒；采用风筒错口法接10 m长的风筒，采用风筒错口法再接一节5 m长的风筒，取下15 m风筒，采用风筒错口法接20 m长的风筒。每一步骤结束后，必须检查风筒出风口后侧回风流中的瓦斯浓度，小于1.5%时方准进行下一步骤。以巷道回风口为起点，由外向里逐段排放，重复如上瓦斯排放程序直到排放完毕。采用风筒错口法直接接上10 m或20 m风筒操作时，必须确保风流混合点瓦斯浓度不超过1.0%。该方法能有效减少高浓度瓦斯区域内长距离往返运送风筒的工作量，然而在瓦斯由高浓度向低转化时增加了转换次数，因此安全系数较小，需结合现场情况研判后谨慎使用。

3 主通风机排放瓦斯

3.1 瓦斯积聚原因及应急处置

3.1.1 瓦斯积聚原因

主要通风机检修、矿井反风等原因造成全矿井或区域通风有计划或无计划停止供风,矿井因故障导致主通风机停电或停风后，在井下全风压通风的采掘工作面、钻场、硐室等全风压通风巷道可能会发生瓦斯积聚，从而引起瓦斯浓度超过规定值。

3.1.2 应急处置基本原则

所有受停风影响的区域，必须立即切断电源，撤出所有作业人员。应立即打开井口防爆盖和有关风门，充分利用自然风压通风。恢复矿井正常通风后，制定瓦斯排放措施，逐级恢复变电所、机电硐室和掘进工作面的正常通风。

3.2 风流短路法排放瓦斯

3.2.1 应用条件

当矿井井下主要巷道瓦斯浓度不超限且主要通风机出风口处瓦斯浓度不超1%时，可直接启动主要通风机恢复矿井通风系统，否则启动主要通风机前，应首先打开防爆门或井上下其他风门，采用风流短路的方法进行排放瓦斯，当主要通风机出风口瓦斯浓度不超1%时，逐渐减小短路风流至关闭。

3.2.2 操作流程

在采用主通风机排放矿井瓦斯时，应首先打开防爆门(防爆门若未开启)或其他风门。接着应确保主风机房内所有电器设备10 m范围内瓦斯浓度小于0.5%，才能开启主通风机，通过调节防爆门或风门开启大小控制风量短路大小，达到控制排放风流中瓦斯浓度大小的目的。矿井通风系统恢复工作后，应由瓦检员在瓦斯浓度降至1%以下时首先入井，在通风情况检查结果良好时，才能允许其他人员有序进入(瓦斯浓度低于0.75%)。

4 结语

排放瓦斯结束后，应由救护队、通风部门、安监部门等共同负责全面检查瓦斯排放区域内瓦斯情况，确认安全后，向调度室汇报，经煤矿总工程师同意后，方可进行其它工作。恢复正常通风后，由专职电工对巷道内电气设备进行安全性防爆检查，确认安全后，方可恢复送电。瓦斯排放本身就是一种消除安全隐患的安全措施，同样也是一件危险性大、影响面广、十分复杂的安全技术性工作，故从制定瓦斯排放措施开始,就必须引起高度重视，确保每次排放的安全，杜绝排放过程中的瓦斯事故。