高瓦斯矿井掘进巷道瓦斯超限预警与治理技术研究

摘要：进行巷道掘进时，高瓦斯矿井常出现瓦斯超限状况，极大威胁矿井安全的稳定性，因瓦斯超限引发的爆炸事故对人员生命和矿井设备危害极大，急需有效的预警与治理手段，研究探讨了高瓦斯矿井瓦斯超出合理区间的危害，还提出了依托传感器与数据分析的瓦斯预警模型以及优化通风、瓦斯抽采等治理办法，以技术创新与应用为途径，极大增强了矿井的安全水平，为瓦斯防控提供了切实可行的应对方案，研究表明，瓦斯预警与治理技术结合，显著降低了瓦斯事故发生几率。

关键词：高瓦斯矿井、掘进巷道、瓦斯超限、预警技术、治理措施

引言：

高瓦斯矿井鉴于瓦斯含量高且容易积聚，频繁面临瓦斯超限风险，引起矿井安全隐患，瓦斯超限不但加大了瓦斯爆炸的可能性，还可能引起设备毁坏与人员伤亡，正因为如此，有效的预警与治理措施意义非凡，国内外面向瓦斯超限的预警及治理技术不断演进，可依旧面临监测手段有漏洞、响应机制滞后等难题，文章结合高瓦斯矿井实际，提出瓦斯超限预警与治理技术优化举措，为矿井安全管理提供技术支持。

1、高瓦斯矿井瓦斯超限的危害与现状

1.1瓦斯超限的定义与特征

所谓瓦斯超限，即矿井内瓦斯浓度高于安全规定上限值，一般以“瓦斯浓度超过预设的安全标准”做衡量，依照国家标准，只要矿井瓦斯浓度超出规定安全值便视作超限，一般按照情况分为轻度、中度和重度超限不同等级，高瓦斯矿井的特点体现为瓦斯含量较高且易积聚，瓦斯积聚现象多在断层、裂隙、煤层等区域出现，鉴于这些区域瓦斯不易迅速排出，往往引发瓦斯超限情况。

1.2瓦斯超限引发的安全风险

瓦斯超限所造成的最直接安全隐患系瓦斯爆炸，要是出现瓦斯爆炸，不但会引起人员死亡，还会对矿井设备、通风系统及掘进巷道造成极大破坏，瓦斯爆炸显现出极大威力，会引发矿井内气流急剧变动，引起大范围的塌方、火灾等连锁变故，一旦瓦斯浓度超出合理范围，矿井当中氧气含量下降，工作人员处于高浓度瓦斯环境工作期间，极易引发中毒、窒息类事故，造成对掘进巷道及设备的直接损毁，引起矿井事故的发生概率上扬。

1.3高瓦斯矿井的特殊性与防控难点

高瓦斯矿井在地质条件、气候环境等方面显示出一定特殊性，地下水位、温度、压力等因素对瓦斯的释放与积聚有影响，致使瓦斯浓度的控制变得棘手，鉴于矿井目前通风条件复杂，矿井的空间十分窄小，瓦斯无法迅速逸散出去，易引发瓦斯积聚情形。在传统的防治方法里，如通风、抽采等技术，虽然普遍采用，但往往是因为技术滞后或执行未达要求，造成防控成效未达预期，难以切实遏制瓦斯超限现象产生，应对高瓦斯矿井的防控手段，依旧需要对技术、设备、管理等方面开展优化与创新。

2、瓦斯超限预警技术研究

2.1瓦斯监测系统的构建与优化

瓦斯监测系统成为高瓦斯矿井安全管理的核心，凭借精准探测瓦斯浓度，迅速针对潜在危险预警，监测系统大多由瓦斯传感器、数据采集模块和远程传输系统组成，传感器需具有高灵敏度、抗干扰能力良好、响应迅速的特点，惯用的瓦斯传感器有电化学传感器、红外传感器等，这些传感器可实时抓取矿井内各个监测点的瓦斯浓度数据，采用数据采集技术把信息送达中心控制系统。

就监测点布置而言，科学设计意义重大，监测点应把矿井主要作业区覆盖到，尤其涉及瓦斯易积聚的区域，像煤层、断层、裂隙等瓦斯积聚区域，布置监测点需把通风情况、矿井地质条件等因素纳入考虑范围，并按照实际状况落实动态优化方案。

2.2瓦斯超限的预警模型与算法

瓦斯超限预警模型主要借助实时数据分析与预测算法得以形成，传统预警方式采用固定的阈值设置，但随着技术呈现快速进步趋势，依靠大数据与人工智能搭建起来的预警系统已广泛普及，经由收集大量历史数据并采用机器学习算法，可建造更精准的预警模型。

数据分析与预测模型把时间序列分析、回归分析等方法纳入其中，通过探究矿井内瓦斯浓度变化走向，预估未来瓦斯浓度的变动，依托人工智能的算法可根据矿井环境改变，实时改变预警界限，事先揣想瓦斯超限的可能性，大幅提升预警的精准度与前瞻性。

2.3预警系统的实际应用与反馈机制

在实际应用开展期间，瓦斯预警系统除了要给出精准的预警信号，还需要有效的应对策略集，预警信号触发条件一般以瓦斯浓度超设定阈值为考量，又综合矿井通风形势、工作环境等要素，若预警信号开启，系统自动启动对应的安全保障手段，恰似调整通风量范围、开启抽采流程开启等，力求减少瓦斯的积聚现象。

预警系统还须跟矿井操作人员的应急响应流程深度结合，保障操作人员在接到预警信号后可迅速做出响应，系统操作界面凝简直观，方便工作人员实施操作，推动应急响应流程实现高效化。如表1所示。

以上数据表格体现出矿井不同监测点瓦斯浓度的变化状况以及预警系统的响应手段，便于更好地掌握监测与应急响应的实际运作。

3、瓦斯超限治理技术与措施

3.1通风系统的优化与改进

高瓦斯矿井的通风系统设计关键至极，优化设计可切实削减瓦斯浓度超限的潜在风险，传统通风系统往往按照固定通风量开展调节，但在高瓦斯聚集的矿井环境里，鉴于高瓦斯矿井中瓦斯分布不均，单一的通风模式往往难以达成安全要求，通风设计要依据矿井的具体地质条件、作业区域、实时瓦斯浓度实施动态优化。以增设通风量调节装置为手段，借助自动化控制系统按照瓦斯浓度的波动自动调节风量，使矿井内各区域瓦斯浓度稳定在安全范围，在高瓦斯矿井应用诸如高效空气净化、负压通风等先进通风技术，可以增进通风效果，降低瓦斯积聚的水平。

3.2瓦斯抽采与排放技术

瓦斯抽采是处理瓦斯超限的重要途径，提高瓦斯抽采效率可有效降低矿井内瓦斯浓度，伴随抽采技术日益革新进步，借助高效抽采设备（像高压泵、真空泵等）提高了瓦斯的抽采效率，可更快、更完全地把积聚的瓦斯排出，瓦斯回收技术应用逐渐步入成熟阶段，回收瓦斯可充当能源利用，带有经济效益和环境意义，从排放控制技术层面看，凭借搭建瓦斯排放管道、建设专门的瓦斯贮存库房等途径，管控排放的速度跟浓度，阻止超标排放对外界环境形成污染。

3.3巷道加固与封闭技术

在高瓦斯聚集的矿井中，巷道加固为防范瓦斯积聚与爆炸的关键手段，依靠加固巷道的结构，可有效抑制瓦斯的渗透和积聚，减少瓦斯爆炸的潜在风险，加固措施采用高强度钢材、喷射混凝土等材料对巷道进行加固操作，维持巷道的稳定性，瓦斯封闭技术采用设置瓦斯隔离屏障、闭合瓦斯积聚区域等方式，有力抑制瓦斯的弥散，在存有高浓度瓦斯积聚风险的区域，可采用封闭的密闭系统，防止瓦斯进入采掘面，维持矿井的安全水平。

结语：

借助开展高瓦斯矿井瓦斯超限预警及治理技术探究， 拟定了通风优化、提升瓦斯抽采效果、巷道加固及封闭等综合防控举措，有创新性的瓦斯预警模型跟智能化监测系统，极大提升了矿井安全管理水平，采用先进的技术手段，切实降低了瓦斯超限事故的发生率，后续研究需进一步优化预警算法、增进治理技术的智能水平，为矿井安全给予更精确、坚实的技术后盾。

参考文献：

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