基于有害气体监测的多作业面隧道通风管理研究

王乐

宁夏煤矿安全监察局安全技术中心，宁夏银川，750001

0 引言

矿井隧道通风是指在矿井开采作业过程中，采取多样化、科学化以及合理化的方式手段以实现向矿井下输送新鲜空气目的。与此同时，矿井隧道通风也是稀释和排出矿井内部作业所产生有毒气体的重要手段，比如瓦斯或粉尘等，通过有毒气体的有效稀释及排出，可为调节矿井下的氧气密度创造有利条件，保障矿井开采作业的正常开展。因而为了能够充分提升矿井开采作业的生产效益、经济效益以及社会效益，越来越多的矿井选择采用多作业面隧道通风的方式手段，以此提升通风效率，并改善矿井下的开采作业条件，同时确保开采作业人员的生产安全。但是，值得注意的是，在应用多作业面隧道通风的方式时相应也需要做好通风管理工作，从多个方面保障通风系统设备的安全可靠。故而，本文对有害气体监测的多作业面隧道通风管理具有一定意义。

1 多作业面矿井隧道通风的重要性

矿井隧道通风是指将空气通过隧道输入到矿井下，进而增加矿井隧道内、矿井中的氧气含量，以此达成改善矿井下作业环境的目的，同时也起到将矿井内有害气体有效排出的作用。煤矿生产具有一定特殊性，其大多数作业场所需要在地下完成，且生产工作环境较为狭窄、复杂，不利于空气的流通交换，在外界空气通过隧道进入矿井的过程中，或多或少会受到作业场所影响，掺入大量的粉尘与有害气体。且在这一过程中，由于受到地下温度、机械设备运作、井下作业人员数量以及其他因素影响，矿井下的空气浓度、环境温度、作业场所湿度等也会产生一定变化，一旦矿井下氧气浓度减少，有毒气体浓度升高，则会严重影响作业环境，影响矿井下工人生命安全，因此，应重视矿井隧道通风工作。

多作业面矿井隧道通风的重要性主要有以下四点：①利用多作业面矿井通风，有利于增加矿井隧道内空气流通，为矿井隧道内提供源源不断的新鲜空气，保证矿井下工作人员的氧气需要，确保矿井下工作人员生命安全。②利用多作业面矿井通风，能够有效排除矿井隧道内和井下粉尘、有害气体等，确保矿井安全生产、煤矿开采工作顺利运行。③利用多作业面矿井通风，能够有效调节矿井内部温度、湿度等环境，改善矿井工作环境，为矿井下工人提供温度适宜、湿度合理的工作环境。④一旦矿井下发生重大安全事故，多作业面矿井隧道通风能够发挥其重要作用，有效控制矿井隧道内空气流动，为后续的抢救工作创造一个良好的抢救环境。由此可见，多作业面矿井通风系统在矿井通风、减少矿井下有害气体、保护矿井内工人生命安全方面具有重要作用。

此外，开展多作业面矿井隧道通风评价指标和优化多作业面通风管理也具有重要意义。随着社会发展不断进步，矿井开采工作也在深入发展，矿井隧道长度越来越长、矿井深度越来越大，矿井隧道所需的通风规模也就越来越大，通风模式越来越复杂，因此，建立一个科学且合理的矿井隧道通风指标具有重要意义。同时，利用多作业面矿井隧道优化矿井隧道通风管理，能够打破传统矿井隧道通风管理模式，系统性调节矿井内风量，有效开展有害气体监测及风速监测工作，进一步实现矿井隧道通风管理网络化、自动化，保证矿井隧道通风系统的安全性与可靠性。总而言之，在矿井隧道施工中，开展有害气体检测和多作业面矿井隧道通风具体重大意义。

2 通风管理

2.1 有害气体及风速监测

有害气体及风速监测是矿井隧道内通风管理的重要手段。可采用两种办法开展有害气体监测工作。一方面，可采用人工监测方法[1]。监测人员利用便携式气体检测仪或手提式气体分析仪（型号：PTM600-10），对隧道施工处多处位置开展有害气体监测工作，如：探测隧道内有害气体排出口周围2～3m范围内的有害气体浓度、探测有害气体易聚集位置的有害气体浓度等。另一方面，可采取自动监测方法。将自动监测点位布置在各作业面、回风、转弯等位置[2]。根据各类气体密度原理，若有害气体密度大于空气密度，则应将监测点位布置在隧道腰部、底部；若有害气体密度小于空气密度，则应将监测点位布置在隧道顶部；若有害气体密度与空气密度一致，则应全方位布置监测点位。

可使用风速传感器开展隧道施工风速监测工作，应将该仪器全方位设置在隧道内部，实现多角度、全方位监测[3]。

2.2 通风措施

依据有害气体和风速监测结果，不断调整先前布置好的通风设备装套，包括通风设备的运行功率、通风方向、运行时间等。通过对通风设备开展实时管理，以此来实现隧道内通风动态管理。此外，应针对隧道施工中不同的气体状态、密度，开展针对性通风管理措施，具体如下：

（1）利用人工监测手段，判断矿井隧道有害气体探测口周边2～3m范围内的有害气体浓度，若该范围内气体浓度严重超标，应在该范围3～5m内设置强力风扇，使用局部增加风速等办法，降低该范围内气体浓度，使该范围内气体状态保持平稳[4]。

（2）利用自动监测手段，判断施工台、矿井下放转弯处等有害气体浓度，若出现有害气体浓度严重超标，或风速达不到隧道内气体流通要求，则应在该处设置风扇，同时应调整主要通风机的功率，加大该处送风量。此外，还应调整相应风机的运行功率，以此来增加该处空气流动，降低有害气体浓度[5]。

（3）利用自动监测手段，判断回风巷、总回风巷有害气体浓度，若该处有害气体浓度严重超标，或风速达不到隧道内气体流通要求，通风措施同上。应及时调整送风机和射流风机功率[6]。

2.3 通风施工管理

通风施工管理在多作业面隧道的有害气体监测中有着非常关键的作用，对有害气体监测的准确性、保障作业人员的安全性以及改善作业环境空气质量起着不容忽视的重要保障作用。因此，应对通风施工管理予以高度关注，从多个方面保障通风施工管理的合理性和可靠性。通风施工管理的主要内容有以下几个方面：

（1）在完成通风设施设备的安装后，务必进行全面且详实的检查验收并在现场进行试通风操作，确认通风效果与通风设计一致，且能够充分满足现场作业的实际需求后才能投入运行，同时应安排专人对通风设备进行管理维护，并且对通风设备管理人员进行培训指导，使其能够按照规定流程标准作业，严禁违规操作如随意启停机等。

（2）为保证通风系统与其他作业设备均能正常运转，避免因某一设备故障导致其他系统设备的无法正常运转，进而影响整体作业进度和通风效果，应为通风系统及附属设备单独设置电力变压器、配电线路和专用开关，并设置备用电源，全面保障连续不间断的有效通风。若对通风系统设备进行检修维护，作业环境内无法进行有效通风，则应提前将作业人员撤离，并布设警示标识和警戒范围，防止在无通风状态下出现安全生产事故。在完成检修维护后，恢复作业前，应全方位监测作业环境内的空气质量、有害气体类型和浓度，当一切监测指标均符合作业标准后才能继续作业。

（3）因作业环境的特殊性，通风系统所选用的风管需要具备阻燃性、抗静电性，防止因风管属性导致作业环境存在安全隐患。在挂设风管的过程中，应注重平、顺、直的施工作业要求，尽可能保障风管的完整性和密封性。遇转弯处需要对风管进行弯折处理时，应利用弯头进行过渡或是缓慢弯折，避免风管因弯折出现破损或是死弯的状况，进而影响整体的通风效果。此外，在选用其他通风设施设备时，既要满足通风设计要求，也要与实际作业环境相符，充分论证所选通风设施设备的可操作性，避免通风设施设备与实际情况脱离，进而影响最终的通风效果，且易造成人力、物力、财力的浪费损失。

（4）为保障通风效果的稳定性和可靠性，应结合实际工作情况，组建专业化的通风管理队伍，全权负责通风管理的所有工作，包括但不限于通风系统设备的安装、使用、检查、维护等。由通风管理队伍对作业环境内外的通风设备、风管通道以及电力保障设施等进行日常巡检，并且将巡检情况全面详实地进行记录，确保通风系统设备长期处于安全稳定的运行状态之下。与此同时，为强化通风管理力度，提高通风管理队伍的专业性和综合素质，应建立健全通风系统设备定期检查制度，结合实际工作情况，定期组织第三方专业人员对通风系统设备进行全面检查，及时发现通风系统设备中潜在的安全隐患或是故障问题，反馈至作业管理方并帮助其尽早尽快予以妥善处理，通风管理队伍也能通过第三方全面检查的形式，取长补短弥补自身存在的不足，有助于提高通风系统设备管理的专业性。

（5）通风管理需要针对有害气体进行专门监测，以确保作业环境的空气质量。因此，应及时组建有害气体监测队伍，并区别于通风管理队伍，仅开展有害气体监测及评估等相关工作。有害气体监测是一项兼具技术性和复杂性的综合工作，需要工作人员具备相应资质。在监测有害气体时，应严格按照监测要求开展具体作业，且应根据监测情况适时调整监测的频次、范围以及监测对象等，充分监测可能存在于作业环境中的有害气体，一旦发现某区域有害气体浓度超过作业允许范围，应尽快撤离作业人员并封闭该区域，妥善进行通风处理，减低有害气体的影响范围和危害程度，进而保障通风系统设备能够对稀释排除有害气体起到应有的作用。

3 可靠性评价

在有害气体监测基础上开展多作业面矿井隧道通风管理工作，建立科学、可行的通风评价体系，具体内容如下：

（1）建立通风设计可靠性评价。主要几类指标，如：隧道通风设计中原始资料的准确性，隧道通风设计中风速、气体浓度计算的真实性、可靠性，隧道通风设计中隧道所处地理位置、气候条件等。

（2）建立通风系统稳定性评价。主要包括两项指标，第一类指标是设备性能，包括通风设备送风量、设备运行效率、功率等参数，还包括设备的新旧程度、故常发生率等等。第二类指标是通风管道布置的合理性，主要包括管道安装位置、环境和管道铺设质量等。

（3）建立通风质量科学性评价[6]。主要包括隧道施工中所产生的供风量、风速、温度和有害气体浓度是否满足国家相关规定标准。我国对隧道施工中氧气、粉尘浓度、温度、有害气体浓度等均制定了一系列规范标准。深入探究我国隧道施工有害气体标准可知，现行的标准仅明确了隧道内二氧化碳、一氧化碳、瓦斯等含量指标，并没有明确H2S等有害气体指标。在建立通风质量科学性评价过程中，笔者依据现行的医疗卫生、石油等相关行业有害气体指标，增加了H2S、SO2等有害气体质量检测。明确了隧道施工过程中通风质量评价标准。主要包括：氧气浓度应＞19.5%；一氧化碳浓度应＜0.0024%；二氧化碳浓度应＜0.5%；H2S浓度应＜0.00066%；二氧化硫浓度应＜0.0005%；以二氧化氮为主的氮氧化物浓度应＜0.00025%；氢气浓度应＜4%。此外，还进一步完善了隧道内温度、隧道内个人空气供氧量、风速、坑内风速等通风质量标准。具体为：隧道内温度应＜28℃；隧道内个人空气供氧量应＞3m3/min；隧道内风速应＞0.15m/s、应＜6.00m/s；坑内风速应＞0.25m/s、应＜6.00m/s。本次隧道通风治疗评价测算仪器主要有三类，分别是气体检测传感器（主要型号有：PNT400、DR70C、AWW300、BH-4等）、温度计和风速传感器（主要型号：HQGFS）。

（4）建立通风管理可靠性评价。通风管理是完成通风设计、通风系统设备安装及调试之后的综合管理工作，对保障通风系统设备运行的安全稳定起着决定性的关键影响。因此，应及时结合实际工作情况，建立健全通风管理可靠性评价体系，其中应包含但不限于与通风管理相关的制度机制、人员安排、权责划分等内容细则，同时应在通风管理制度机制中对管理工作的流程、标准、要求以及注意事项等内容予以明确细化，一方面可以提高通风管理的可靠性和规范性，防止因流程不够完善，或是标准不够具体等导致通风效果下降，进而影响作业环境的空气质量和有害气体监测效果；另一方面也能规范通风管理工作人员的具体行为，促使其更加注重自身工作的规范性和标准性，减少因人为因素而导致通风效果下降的可能性，有助于进一步保障通风管理的可靠性。此外，在通风管理工作的权责划分方面，应做到具体设备对应具体人员，这样既能提高通风管理人员对系统设备维护管理的重视程度，促使其规范化、合理化、科学化开展维护管理工作，也能在通风系统设备出现故障问题时，及时找到对应的责任人，便于了解通风系统设备的具体情况，再结合具体故障问题制定具有较高可行性和可操作性的处理解决方案，以此可大幅提高通风系统设备故障问题处理解决的可靠性，同时便于通风管理人员对故障问题进行记录、总结以及分析，为提高通风管理工作成效提供重要的实践资料支持，从而进一步提高通风管理的可靠性[7]。

在有害气体监测基础上开展多作业面矿井隧道通风管理工作，通过建立多作业面分阶段通风系统，综合分析矿井隧道长度、地理环境、气候条件，选取成本低、效益高的通风方式，优化矿井隧道通风设计，依据有害气体及风速监测结果，采取科学且有效的通风措施，进一步建立可靠性评价。实践证明，在矿井通风过程中，人工监测和自动监测多次发现隧道内局部一氧化碳、二氧化碳等有害气体浓度超标问题，矿井隧道通风管理人员在问题发现的第一时间开展科学的应对措施，能够及时降低矿井隧道内有害气体浓度，减少隧道施工工作人员有害气体中毒、窒息事件。

4 结语

综上所述，矿井隧道通风在降低矿井内有害气体浓度方面起到了至关重要作用。通风管理是矿井隧道施工管理的重要组成部分，通过建立多作业面分阶段通风系统，优化通风系统设计可满足隧道作业对通风量的要求；通过加强隧道通风管理，开展有害气体及风速检测，能够准确判断矿井隧道及井下有害气体浓度，知晓其内部空气流通速度；通过开展有效的通风措施，利用可靠性评价，能够实现以有害气体监测为基础的多作业面矿井隧道通风动态管理，进一步实现全方位动态监测管理，提高矿井隧道及井下通风质量，保证隧道施工工人生命安全，减少因有害气体吸入而引发的隧道施工安全事故。