构建"一通三防"本质安全矿井的实践研究

引言：

当前我国煤矿安全生产形势虽总体稳定，但深部开采带来的瓦斯涌出量增大、煤尘爆炸风险上升等问题日益突出，传统"一通三防"技术依赖人工监测和经验判断，在复杂地质条件下存在响应滞后、防控盲区等技术瓶颈，随着《煤矿安全规程》的持续修订和智能化矿山建设的推进，矿井安全防控体系亟需向数据驱动、智能决策方向转型，物联网传感器、数字孪生等技术的成熟为通风网络动态调控、瓦斯浓度精准预测提供了新工具，但技术应用与安全管理体系的深度融合仍需系统性研究。

1.优化矿井通风系统网络结构，确保风流稳定可靠

流体动力学仿真与智能调控技术的深度融合，可建立适应复杂开采环境的风流稳定保障体系，采用计算流体力学数值模拟方法对通风网络进行三维建模分析，重点优化角联巷道与并联分支的风阻匹配度，确保各用风点风量分配均衡，工作面有效风量持续稳定在每秒15 立方米以上，基于风压平衡原理构建的多级调压风门系统，结合压力梯度动态调节实现通风网络的自适应调控，将主要通风机负压波动控制在 500 帕斯卡范围内。智能风量调节装置配备高精度风速传感器与电动执行机构，根据实时监测数据自动调整百叶窗开度，维持巷道风速在最佳除尘效能区间，通风阻力测定采用恒温热线风速仪多点同步采集技术，结合最小二乘法拟合获得摩擦阻力系数与局部阻力系数的精确参数，为网络解算提供可靠基础数据。拓扑分析算法识别通风系统中的冗余巷道与关键路径，封闭废弃巷道降低系统总风阻，同时保证通风网络具备足够的独立通路数，主通风机变频控制系统依据风网特性曲线自动调整运行工况点，使风机效率始终维持在高效区运行。分布式光纤测温技术实时监测采空区漏风通道温度场变化，结合反演计算定位漏风源并指导注浆堵漏工程。

2.强化瓦斯抽采钻孔施工质量，提高煤层气预抽效率

采用复合式定向钻机配合随钻测量系统施工大直径长钻孔，确保钻孔轨迹沿煤层顶板下方稳定延伸，终孔偏距控制在 0.5 米精度范围内，有效增加煤层揭露面积和瓦斯渗流通道，钻孔完井阶段应用高压水力冲孔技术，在孔周形成半径不小于 2 米的卸压扰动区，改善煤体裂隙发育程度将原始煤层的渗透系数提升两个数量级，智能钻参监测系统实时采集钻进过程中的转速、钻压和冲洗液流量等参数，运用机器学习算法识别煤岩界面并自动调整钻进参数，保证钻孔成孔质量，筛管完井工艺选用高强度不锈钢滤网，其开孔孔隙率与煤粉粒径分布相匹配，在保障气流通畅的同时有效抑制煤粉涌入孔道。钻孔密封采用膨胀式注浆封孔器，恒压注浆工艺使封孔段水泥结石体的抗压强度达到设计要求，确保抽采负压传导至煤层深部，分布式光纤传感技术沿钻孔全程布设，实时监测温度场和应变场变化，反演计算瓦斯抽采影响半径和抽采空白区，抽采管网配置文丘里流量计与激光甲烷传感器，构建多参数联锁调控系统，根据瓦斯浓度动态调节抽采负压与流量[1]。

3.完善防尘喷雾系统布置，降低采掘工作面粉尘浓度

优化喷嘴选型与安装位置，采用高压雾化喷嘴确保水雾覆盖范围达到设计要求的雾化粒径小于50 微米，同时结合工作面风流方向合理布置喷雾点，形成多层级立体降尘网络，有效捕捉悬浮粉尘，在综掘机截割部安装内嵌式喷雾装置，配合外喷雾系统形成双重屏障，使截割产尘点的粉尘浓度显著降低，采用智能控制系统实现喷雾启停与设备运行联动，根据采掘进度自动调节喷雾压力至 0.8 兆帕以上，确保雾流穿透力足以包裹尘源。

在运输转载点设置封闭式喷雾罩，配合导流板设计使含尘气流强制通过水雾过滤区，针对不同岩性产尘特性调整喷雾参数，对高硬度岩层掘进时增大喷雾流量至每分钟15 升，增强湿润效果，通风系统与喷雾系统协同运行，调节风速使水雾滞留时间延长至30 秒以上，提升粉尘沉降效率。

4.改进防火密闭墙构筑工艺，增强采空区隔离效果

新型复合材料应用与结构力学优化的协同创新，构建了具有多重防护功能的永久性密闭体系，采用纳米改性硅酸盐胶凝材料作为主要充填介质，其硬化后的抗压强度达到 40 兆帕等级，同时具备优异的耐高温性能，在800 摄氏度高温环境下仍能保持结构完整性，多层复合式密闭墙结构设计包含缓冲层、主密封层和加固层，不同材料的协同作用将气体渗透系数控制在极低水平，智能注浆系统配备粘度实时监测装置，当浆液流动度低于设定阈值时自动调节水灰比，确保充填体在巷道不规则空间内的自流平特性。墙体接茬部位采用高分子膨胀止水带进行密封处理，其遇水膨胀倍率满足巷道变形补偿需求，有效封堵周边裂隙漏风通道，分布式光纤测温系统沿密闭墙走向布设，实时监测温度场分布特征，当局部温度异常升高时自动启动注氮惰化保护程序，墙体稳定性监测采用微应变传感阵列，测量混凝土内部应力变化预警结构损伤，确保密闭墙在采动影响下的长期可靠性，快速构筑工艺研发了模块化预制构件，配合机械化施工设备将单日密闭进度提升至传统工艺的3 倍以上。

5.规范安全监测传感器布设，实现瓦斯浓度实时预警

采用激光光谱原理的甲烷传感器检测精度达到 0.01% VOL量级，配合抗干扰滤波算法有效消除水蒸气和粉尘对测量结果的影响，确保在复杂井下环境中仍能保持稳定的检测性能，基于流体动力学模拟优化传感器阵列的空间分布，在采煤工作面上隅角等重点区域形成双重冗余监测节点，使瓦斯积聚区域的探测响应时间缩短至行业领先水平[2]。智能校准系统内置标准气室，当传感器漂移量超过 50ppm时自动触发零点校准程序，维持监测数据的长期可靠性，分布式监测节点通过工业以太网构成环网拓扑结构，采用时间同步协议确保全网数据采集时差控制在毫秒级范围内，多源数据融合技术将瓦斯浓度、风速、温度等参数进行关联分析，支持向量机算法识别潜在的瓦斯异常积聚模式，本安型传感器外壳采用航空级铝合金材料，防护等级达到IP68 标准，适应高湿度、高粉尘的恶劣工况环境，应急联动系统当监测值超过预设阈值时，自动触发声光报警并联动切断工作面电源，形成多重安全防护机制。

结语：

构建"一通三防"本质安全矿井是煤矿安全生产领域的重大实践创新，其核心在于通过技术升级与管理变革形成主动防控能力，本研究证实，融合智能感知、大数据分析等现代技术的防控体系可显著提升矿井灾害预警时效性和处置精准度，未来随着 5G通信、人工智能技术的深度应用，"人-机-环"协同的安全防护网络将进一步完善，推动煤矿安全治理从被动应对向源头预防转型。

参考文献：

[1]乔石,董亚非,楚春. 煤矿“一通三防”工作的风险分析和规避措施 [J].内蒙古煤炭经济, 2024, (24): 109-111.

[2]甘路军,程震,赵国,等. 煤矿“一通三防”智能化技术问题探讨与展望[J]. 内蒙古煤炭经济, 2024, (23): 61-63.