基础防控是煤矿瓦斯安全的保障

来源:科普时报 作者:张铁岗 2020-08-08 14:15

煤矿瓦斯是煤矿生产过程中,从煤岩内涌出的以甲烷(CH4)为主的各种有害气体的总称,甲烷虽无毒,但其浓度若增大到一定程度,会严重威胁人的呼吸与生命安全。同时,瓦斯集聚到一定浓度时能够发生燃烧爆炸,在煤矿采掘过程中瓦斯在一定的含量压力等条件下就会发生瓦斯喷出或煤与瓦斯突出,造成重大安全生产事故。所以,在煤矿生产过程中瓦斯检测与预防是重中之重的工作。

煤矿的瓦斯以两种状态存在,一种是自由解析出的方式称作游离瓦斯,另外一种是被吸附在煤岩体中的称作吸附瓦斯。巷道中瓦斯含量的大小,主要取决于巷道中煤层瓦斯的自然赋存条件和开采方式与巷道布置等。

煤是一种多孔物质,对周围的气体有吸附作用,对瓦斯的吸附是一种物理吸附,靠两者间分子作用力,这种吸附是比较弱的。煤层如果所处的地质层较浅或有更多的煤层面裸露在地表长时间与大气相通,煤层表面的瓦斯就会慢慢地放散出煤层,进入大气。时间长了煤层中的瓦斯含量就逐渐下降,煤层的裸露表面越大,煤层中瓦斯向外放散出的就多,相应煤层中的瓦斯含量就会减小。

煤层在很深的地质结构下面,瓦斯很难自由解析进入大气,所以在采矿的时候必须进行巷道的通风,首先是对采煤巷道进行合理的设计,保证其有可靠的排风通道,能够把巷道中进的瓦斯不间断地带出巷道,使巷道中的瓦斯保持不超限状态。煤层埋藏深度相同时,煤层倾角的大小不同,煤层的厚度不同,生成年代不同,煤的其瓦斯含量也不一样。

在进行煤矿采掘时,由于改变了煤岩的受力情况,周围煤层中的瓦斯在其应力的作用下向采掘巷道运移,随着瓦斯流出,煤体里面的瓦斯压力下降,这就破坏了原有的平衡。一部分吸附瓦斯将解吸转化为游离瓦斯并涌出,随着采掘工作的不断扩展,煤体和围岩受采动影响的范围不断扩大,瓦斯动平衡破坏的范围不断扩展,所以瓦斯能长时间地持续从煤体中释放出来。

瓦斯排到大气对大气污染严重,瓦斯虽然是灾害源同时又是一种资源,是不可再生的资源。近年来,我国各地煤矿科学的大量抽采瓦斯发电,为国家实施绿色开采作出了贡献,同时也保障了矿井瓦斯事故的骤然下降。

目前,我国煤矿瓦斯综合治理技术已走到了世界采矿业的前沿。加强对可能有瓦斯积存的部位监测,发现瓦斯积存,及时进行处理,主要是采煤工作面上隅角,独头掘进工作面的巷道隅角,顶板冒落的空洞区、低风速巷道的顶板附近、停风暗巷中、综采工作面放煤口及采空区未塌陷空间,以及采掘机械切割部分周围等,对这些有瓦斯集聚的关键部位进行全方位监测、发现有瓦斯集聚的情形及时采取措施,防患于未然。

采用先进的防爆电气设备,保证设备运行产生的热能正常的散发;对工作中容易产生高温的设备实施智能化管理,保证其工作面安全;加大对热源设备工作场所的风量供给;对煤矿的机电设备,尽可能采用低电压、低电流设备,使其产生的热量不至于引起瓦斯爆燃。在做好这些基础防范工作的同时,加强人员安全教育,不断加大新技术、新设备的投入,利用传感遥控技术和计算机控制系统进行井下瓦斯监控,及时发现安全隐患,有效防止瓦斯爆炸事故发生。

(作者系中国工程院院士、原平煤集团公司总工程师)