东山煤矿 黑龙江 鸡西 158100
【摘 要】介绍了以往气体排放的方法及原理，并逐条分析了其使用范围及优缺点，为以后使用提供了参考。论述了增压法排放有毒有害气体的原理及使用范围，表明在井下特殊地点其它方法无法排放气体时，增压法可有效排放，并对其进行了实证分析。
【关键词】增压；排放；有毒有害气体；限制条件；实证分析
煤矿井下有毒有害气体排放工作是煤矿井下安全生产工作的重要组成部分；而掘进工作面贯通老巷的气体排放工作，则是煤矿井下气体排放工作的重点内容。由于老巷内气体成分、浓度分布的难于测定性，巷道的几何形状、长度、支护方式、连通地点的各异性等诸多因素的影响，使老巷气体排放过程中易发生煤矿安全事故。
老巷因井下所处的位置、内部气体的组成成分不同，相应的排放方式也不尽相同。所以针对特殊地点老巷采用不同的排放方式，减小因排放对矿井生产的影响[1]，对煤矿安全生产有着重要意义。
1.以往井下有害气体的排放方法及优缺点
1.1井下有毒有害气体排放常用的方法
井下排放有毒有害气体较为常用的方法有局部通风机排放气体和全风压排放气体的方法[2]。其中局部通风机排放有毒有害气体又分为井下掘进巷道临时停风、停电排放有毒有害气体；巷道长时间封闭排放气体，及以往矿井老巷积聚气体的排放，以老巷排放气体危险性最大。
井下掘进巷道有毒有害气体排放方法较为常用的有扎风筒方法、挡局扇法、设三叉风筒法、断风筒法[3]。其中扎风筒方法是根据排放地点的有毒有害气体浓度，而人为的将风筒扎起来，通过孔口的大小控制风量进而控制排放气体的浓度，使巷道内的有毒有害气体整体向外移动的一种排放气体方法。当有毒有害气体进入全风压处，由于风量的增大，其浓度将被稀释，进入总排风道，并随着风机的运转，最终进入大气中。
挡局扇法与扎风筒法原理相似，都是控制排放有毒有害气体的风量的一种方法。挡局扇法是根据巷道内气体的浓度大小，用木板或其它硬质物件将局扇口挡上一部分，再启动局扇进行气体排放工作。当排放使整条巷道内气体浓度在合理范围内，等待30min，待系统稳定后将木板等遮挡物撤除，进行全风压供风。
设三叉风筒排放有毒有害气体的方法是在局扇前设一个三叉风筒[4]，平时用一叉风筒向工作供风，保证工作面的正常需风量；另一个叉扎紧，保证严密不漏风；当工作面需要排放有毒有害气体时，将平时绑扎的风筒打开使其进入风道，用另一个平时向工作面供风的风筒进行气体排放，这样就减少了工作面排放气体的风量，但有时也需要绑扎风筒。
断开风筒法多用于有毒有害气体浓度较小的巷道。断开风筒法是指在排放气体前，排放人员持有毒有害气体检测工具，向工作面检查有毒有害气体浓度；有毒有害气体浓度在一定范围内的地点（如甲烷浓度在1%处）将风筒断开，并启动风机；根据气体浓度将风筒半对接[5]，控制风量，直至整条巷道有毒有害气体全部排放到总排风道。使用这种方法还需在排放地点5-10m处，检查有毒有害气体的浓度。
1.2气体排放方法的优缺点
上述前三种方法的原理是通过调整向排放地点供风风量的大小，由于排放气体路径经过人员工作的巷道，所以还应保证排放气体的排放浓度限量排放；使巷道内的有毒有害气体整体向外推移，在全风压处得到稀释，最终通过总排风道排放到地面。其优点是简单易行、较为适合气体浓度较小的巷道气体排放。其缺点是由于受到排放气体浓度限值，排放风量较小，有毒有害气体整体向外移动慢；现代化矿井巷道一般1000-2000m，排放的时间将会过长；气体流动的时间不易掌握，需要工作人员经常到全风压处去检查有毒有害气体浓度，经常往返穿梭还容易接触高浓度有毒有害气体；调节风量不便，一般都要在风机处调节，噪音较大，不易联系；且受排放地点影响，如立眼或巷道角度较大，气体检查较为麻烦。
第四种方法的原理是减小向工作面供风，使有毒有害气体向外到全风压处稀释。断风筒法的优点是利用风机的全风压排放气体，时间较短；缺点是需要断开风筒，然后到外边启动风机；若井下遇到突发事件造成停电、停风，人员需要向外撤离，安全性较低。
2 增压法排放老巷气体及实证分析
2.1增压法排放老巷气体的原理及应用条件
增压法排放老巷气体是在风机前上两道临时增压设施，使增压设施下风侧气体的压力增大，进而使风流中分子的动能增大，通过压差把气体挤回涌出地点，或从其它地点将气体排出的一种方法。这种排放方法特点是气体不从排放人员工作巷道排出，减少了工人与有毒有害气体的接触时间；可全风压排放气体，而不受气体浓度限值，增加了气体排放速度。
增压排放法是在应用在井下特殊地点，其它正常的排放气体方法不能满足将巷道内有毒有害气体全部排出；或是因特殊原因不能从排放人员所在巷道排出而采用的一种方法。采用增压法排放有毒有害气体有其使用范围和特定的使用条件，不是在所有地点气体排放都能应用的。采用增压法必须有另外一个巷道能将气体排出，只有一个回风口的巷道将不能采用增压法排放有毒有害气体。
增压法排放有毒有害气体的优点是老巷内原有的有毒有害气体因温差等原因存在一定的压力，而采用增压法在克服老巷内气体压力的同时，仍剩余较大压力用于将气体压回涌出巷道，所以增压法排放有毒有害气体速度快，风量不受限制，可全风压排放。在其特定环境中，其它排放方法不能将其代替，有效的将巷道内的有毒有害气体排出。增压法排放气体的缺点是只能在特定环境中应用，有一定的限值，应用范围受条件影响较大。
2.2实证分析
某煤矿边界西侧与相邻煤矿，某煤矿在施工9203风巷时发现相邻煤矿有越界巷道进入我矿矿界内。老巷与我矿所施工的9203风巷交角在90°左右，某煤矿9203风巷为了继续向前施工需贯通老巷，并排放老巷内的有毒有害气体，具体情况见图1。
在工作面迎头距老巷10m处向老巷打超前探，测试老巷内的气体成分及浓度。通过取样化验分析得出，老巷内气体成分主要以CO为主，占95%左右，浓度在1000ppm以上。由于老巷与采空区相连，用以往的排放气体方法不但不能将有毒有害气体全部排出，还会因排放的原因使相邻煤矿采空区边缘处气体浓度逐渐减小；由于气体浓度差的原因，采空区深部高浓度的有毒有害气体将定向运动，向采空区边缘、老巷及9203迎头流动；不但使排放人员处在高浓度有毒有害气体的危险中，还因长时间的排放，采空区暴露时间长引发安全事故。相邻煤矿老巷具体情况如表1。
某煤矿根据相邻煤矿老巷与采空区相连的情况，且从表1中可以知道相邻煤矿越界巷道长度并不是很长，但有毒有害气体浓度较大等特点；利用正常的排放气体方法并不能完全将气体排放出来，而采空区的暴漏时间也将增长，危险性大等原因决定采用增压法排放气体。而上述条件正适合增压排放气体法，采用增压法将气体压入采空区后迅速封闭，压入气体时间短，且危害性小，具体情况如图2
如图2所示，某煤矿在贯通前6m时，在距迎头往后50m处砌筑两
道临时增压设施，两道设施之间相距8m。工作面备风筒150m，黄土320 m3，料石260m3。
在准备工作完成后掘进工作面开始进尺，贯通时并不是一次全断面贯通，而是先贯通迎头工作面右半侧，然后风筒迅速接入到右侧老巷内。由于上了两道增压设施，巷道内的压力大于老巷内的压力，有毒有害气体不会向工作面涌出。
首先排放迎头右侧老巷内的气体，由于是全风压排放气体，所以右侧36m巷道气体只用4.5min全部排放完毕。排完右侧巷道后甩一风袖子供风，并开始排放左侧巷道内气体。在将左侧老巷内气体压入到相邻煤矿采空区过程的同时，排放工人开始向老巷内运料石及混凝土，当全部气体刚被压入到采空区后立即进行封闭工作。而在砌筑密闭时，对风筒进行绑扎，控制流向相邻煤矿采空区内风量，将左侧气体压入到采空区用了7.2min。
当第一道密闭封闭完成后，迅速向里面填黄土夯实，夯实长度50m，然后砌筑第二道密闭。当左侧密闭全部砌筑完成后，砌筑右侧独头巷道密闭。砌筑完成后，稳定风流10min，拆除增压设施，待风流稳定30min后，检查贯通点左右两侧密闭前气体情况，若无变化开始进尺，具体情况如图3。
通过对某煤矿综掘2队贯通相邻煤矿老巷，采用增压法排放气体实例可以看出，在矿井井下的特殊地点，采用增压法排放井下老巷内的气体有着其它方法无法比拟的优点。由于使用增压法使工作面压力大于老巷内的压力，老巷及采空区内浓度较大的有毒有害气体流不经过工作面排放人员所在的巷道，使排放人员避免了与高浓度有害气体的直接接触可能，增加了工作人员的安全系数。高浓度气体被风机全风压风量直接压入采空区，排放时间短，避免了采空区及老巷暴露的时间。使用其它排放方法容易使采空区内的有毒有害气体因浓度变化产生定向流动，将采空区深部大量有毒有害气体排出，最终引发安全事故。
3 结 论
1）通过介绍以往使用排放有毒有害气体的方法及优缺点，可以明确各种排放气体的方法的适用范围及注意事项。
2）利用以往其它方法排放相邻煤矿老巷气体会使采空区边缘处气体浓度逐渐变小，由于气体浓度差的原因，采空区深部高浓度的有毒有害气体将作定向运动，向采空区边缘、老巷及9203迎头流动。
3）增压法排放有毒有害气体需在特定环境下使用，有一定的使用范围限制。
4）增压法使正常巷道内的气体压力大于老巷及采空区内的气体压力，使老巷内的高浓度气体在排放过程中不会向正常巷道涌出。
5）增压法排放气体的优点是利用风机的全风压排放，排放速度快，便于操作，也减少了采空区的暴露时间。
参考文献：
[1]王泰.低瓦斯矿井瓦斯排放方法的选择[J].北京工业职业技术学院学报，2003（2）：16.
[2]申富宏，张志平.矿井瓦斯排放方法安全性的探讨[J].矿业安全与环保，2001（2）：13-15.
[3]蔡日新.对煤矿积聚瓦斯安全排放的探讨[J].山西煤炭，2003（4）：18.
[4李丰亮.浅谈煤矿瓦斯的安全排放[J].科技情报开发与经济，2006（16）：287.
[5]谢劲松.煤矿井下盲巷排放瓦斯的技术探讨[J]，煤炭技术，2007（5）.
作者简介：张成东（1986-），男，黑龙江鸡西人，工程师，现为东山煤矿员工，从事安全工作。
论文作者:张成东
论文发表刊物:《低碳地产》2016年10月第19期
论文发表时间:2016/11/18
标签：气体论文; 巷道论文; 采空区论文; 有毒有害论文; 浓度论文; 煤矿论文; 工作面论文; 《低碳地产》2016年10月第19期论文;