煤矿瓦斯管系统：通风安全保障的核心要素与技术解析

 

一、系统设计：构建“四位一体”的通风安全框架

1. 独立通风系统：从源头阻断瓦斯积聚

煤矿必须建立独立、完善的通风系统，形成“进风井→采区→工作面→回风井”的闭合回路。例如，高瓦斯矿井需设置专用回风巷，确保瓦斯直接排入总回风道，避免与其他用风地点交叉污染。山西某矿通过分区通风设计，将采煤工作面与掘进工作面隔离，使瓦斯浓度超限率下降82%。系统合理性体现在：

 

风路优化：采用U型或Y型布局，平衡各作业区域风量分配，确保采煤工作面供风量不低于每吨煤3立方米/分钟；

设施完好：风门、风窗等设施需实现联锁功能，主要风门安装开关传感器，实时监测状态；

风量充足：通过通风网络解算技术，精确计算各地点需风量，避免无风、微风作业。

2. 抽采系统：从“被动防御”到“主动治理”

瓦斯抽采是降低煤层瓦斯含量的根本手段。贵州盘江矿通过“地面垂直井+井下顺层钻孔”联合抽采，将煤层瓦斯压力从1.2MPa降至0.5MPa以下，实现“消突”目标。关键技术包括：

 

长钻孔定向钻进：千米钻机成孔效率提升7.8倍，配合水沙填充护孔工艺，孔壁坍塌率稳定在4‰以内；

封孔材料革新：有机硅聚合物封孔材料使渗气量下降72%，配合压力震荡致裂法，浓度稀释效率达75秒均值；

多级抽采网络：穿层钻孔抽采本煤层瓦斯，高位钻孔抽采邻近层瓦斯，采空区埋管抽采残留瓦斯，形成立体化治理体系。

3. 监测系统：从“人工巡检”到“智能预警”

现代煤矿普遍部署激光监测仪表与物联网传感器，实现瓦斯浓度、风速、温度等参数的实时采集。河南某矿通过智能调度中心，将数据更新间隔压缩至15秒，结合瓦斯扩散数学模型，可在超标后16秒内激活应急隔离门和断电保护装置。监测系统需满足：

 

全覆盖布局：在采煤工作面上隅角、掘进巷道回风流等关键点设置传感器；

高精度传感：红外瓦斯传感器与CO传感器联合使用，浓度异常升高至0.8%时立即停采撤人；

预警机制：基于大数据分析，当瓦斯涌出量呈非线性增长趋势时，系统自动推送预警信息。

二、技术突破：破解高瓦斯矿井治理难题

1. 均压通风技术：控制压差，抑制瓦斯溢出

均压通风通过调节通风区域两端压差，防止瓦斯向作业面聚集。山西某矿在掘进工作面应用该技术，将溜子道调节门与风机联动控制，当瓦斯浓度超限时，调节门自动关闭，风机转为泄压模式，使瓦斯浓度从1.2%降至0.3%以下。技术要点包括：

 

调量窗设计：根据风压分配需求，精确计算调量窗面积，避免风压不均；

风机选型：采用大功率对旋局部通风机，配合直径500毫米负压风筒，确保风量稳定；

动态维护：每日检查风筒破口，及时粘补，逢环必挂，保持平直。

2. B型通风技术：构建瓦斯转移“安全通道”

B型通风通过架设通风联络巷，形成瓦斯转移通道，利用风巷阻力控制瓦斯浓度。阳泉某矿在采煤工作面应用该技术，将瓦斯浓度从0.9%降至0.4%以下。技术优势体现在：

 

瓦斯定向控制：通过联络巷将瓦斯引导至专用回风巷，避免向作业面扩散；

阻力调节：在联络巷设置可调风门，根据瓦斯涌出量动态调整阻力；

系统简化：减少通风设施数量，降低漏风风险。

3. 智能化抽采：从“经验驱动”到“数据驱动”

智能化抽采系统通过物联网技术，实现抽采参数的实时优化。贵州某矿部署的智能抽采平台，可自动调节抽采泵频率，使抽采效率提升30%。核心技术包括：

 

传感器网络：在抽采管路安装压力、流量、温度传感器，实时采集数据；

数据分析模型：基于机器学习算法，预测瓦斯涌出量，动态调整抽采量；

远程控制：通过手机APP或PC端，远程启停抽采泵，调整抽采参数。

三、应用实践：从“单一治理”到“综合防控”

1. 采煤工作面：动态调控，应对瓦斯瞬时释放

综放工作面生产时，瓦斯瞬时释放量可达停工期的3.6倍。郑州某矿通过安装双头喷气引流装置，配合负压抽采，将瓦斯浓度控制在0.5%以下。具体措施包括：

 

割煤区抽采：在割煤机后方设置移动式抽采模组，实时抽采割煤产生的瓦斯；

上隅角治理：采用沙袋封堵上隅角，配合引风筒将瓦斯引导至回风巷；

湿式振弦监测：安装湿式振弦报警系统，当瓦斯浓度超过0.95%时自动报警。

2. 掘进工作面：双风机双电源，保障连续供风

掘进巷道是瓦斯事故高发区域，占较大以上瓦斯事故的60%。某矿通过“三专两闭锁”技术，实现掘进工作面不间断供风：

 

专用变压器：为局部通风机提供独立电源；

专用开关：实现风电闭锁，当主风机停风时自动切断工作面电源；

专用线路：确保通风机供电可靠性，避免无计划停电；

双风机切换：主风机故障时，备用风机10秒内自动启动。

3. 采空区治理：封堵与抽采结合，消除自燃风险

采空区瓦斯积聚易引发自燃发火。内蒙古某矿通过“金属面加固+埋管抽采”技术，将采空区瓦斯浓度降至0.3%以下：

 

封闭技术：采区封闭时，金属面加固率需达100%，防止漏风；

埋管深度：抽采管埋入深度穿透塌落带岩层至少11米，确保抽采效果；

惰性气体保护：向采空区注入氮气，降低氧气浓度，抑制自燃。

四、未来展望：智能化与绿色化的双重升级

1. 智能化升级：构建“透明矿井”

通过5G+工业互联网技术，实现瓦斯管系统的全要素数字化。山东某矿部署的“透明矿井”平台，可实时显示瓦斯浓度、风速、设备状态等信息，支持VR模拟演练，提升应急响应能力。

 

2. 绿色化发展：瓦斯资源化利用

瓦斯不仅是安全隐患，更是清洁能源。山西某矿通过瓦斯发电项目，年发电量达5000万度，减少二氧化碳排放40万吨。未来需进一步拓展瓦斯利用场景，如制氢、供热等，实现“变害为宝”。

 

3. 标准化建设：推动行业规范发展

国家矿山安全监察局发布的《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》等文件，为瓦斯管系统设计、施工、验收提供了标准依据。未来需加强标准宣贯与执行，提升行业整体安全水平。

 

结语

煤矿瓦斯管系统是通风安全保障的“神经中枢”，其设计合理性、技术先进性、应用实效性直接决定矿井安全水平。通过构建“通风可靠、抽采达标、监测有效、管理到位”的综合治理体系，结合均压通风、B型通风、智能化抽采等技术创新，煤矿企业可实现从“被动防灾”到“主动控险”的转变。未来，随着智能化、绿色化技术的深度融合，瓦斯管系统将成为煤矿安全生产的“智慧大脑”，为行业高质量发展保驾护航。