煤矿综采工作面"一通三防"安全保障的有效策略

引言：

当前我国煤矿开采逐步向深部延伸，瓦斯涌出量增大、地温升高、煤尘爆炸风险加剧等问题日益突出，尽管近年来矿井监测监控系统不断升级，但瓦斯超限、粉尘积聚、煤层自燃等灾害仍时有发生，现有"一通三防"管理主要依赖人工巡检与固定阈值报警，在实时性、精准性和联动控制方面存在明显不足，特别是在高瓦斯矿井和冲击地压矿区，传统防治手段已难以满足动态变化条件下的安全需求，诸多学者在智能传感、灾害预警模型等方面取得一定进展，但针对复杂地质条件下多灾害耦合防控的系统性研究仍显不足。

1.优化Y型通风系统实现工作面全风压均衡供给

运用计算流体动力学仿真技术对采空区漏风场进行三维建模，精确掌握风流在复杂巷道网络中的压力分布规律，在通风阻力调节方面，安装可调式风门与变频局部通风机组成协同控制系统，基于实时采集的瓦斯浓度梯度与风压差数据，通过模糊PID算法动态调整分支风路的风量分配比例，针对工作面推进过程中的风阻变化特性，开发了自适应风量补偿模块，当检测到上下隅角风压偏差超出设定阈值时，自动启动风量再平衡程序。为抑制采空区瓦斯涌出造成的风流紊乱，在Y型通风系统的关键节点布置旋流导风装置，利用空气动力学原理引导风流形成稳定的螺旋流动形态，智能调控平台集成数字孪生技术，实时映射物理通风系统的运行状态，对风网结构进行虚拟工况推演，提前预判可能出现的风压失衡区域并生成优化方案，在系统可靠性方面，采用冗余设计的分布式控制架构确保单点故障不影响整体风量调控功能，同时配备应急备用风道以应对突发性通风阻力突变。

2.实施穿层钻孔预抽技术强化瓦斯治理效果

定向钻进穿层钻孔穿透煤层及邻近岩层，有效扩大瓦斯抽采范围并提升抽采效率，在施工过程中需精准控制钻孔倾角与方位角，确保钻孔轨迹穿透目标煤层的顶底板岩层，形成稳定的瓦斯流动通道，采用高强度钻杆配合复合钻头可显著提升钻进效率，同时结合水力冲孔技术扩大钻孔卸压范围，进一步增加煤层透气性，瓦斯抽采系统采用大直径套管配合高负压抽采泵，抽采负压维持在15 千帕以上，抽采流量稳定在每分钟30 立方米，确保瓦斯快速解吸并高效抽采[1]。钻孔封孔采用高分子材料注浆工艺，封孔深度不小于20 米，封孔质量直接影响抽采浓度与持久性，实时监测钻孔瓦斯浓度与抽采参数，动态调整抽采方案，确保治理效果最大化，该技术可显著降低煤层瓦斯含量与压力，有效预防煤与瓦斯突出事故，同时为工作面安全回采创造有利条件，穿层钻孔预抽技术的成功应用依赖于地质勘探数据的准确性、钻孔轨迹的精确控制以及抽采系统的稳定运行，其综合治理效果已在国内多个高瓦斯矿井得到验证。

3.布置高压雾化降尘装置抑制综采设备产尘源

装置通过高压水泵将水加压至7 兆帕至12 兆帕，经精密雾化喷嘴形成粒径 10 微米至 50 微米的高效水雾颗粒，充分覆盖采煤机滚筒、液压支架移架区及刮板输送机转载点等主要尘源位置，实现粉尘的快速润湿与沉降，在综采工作面雾化喷嘴的布置需依据尘源分布特点与风流方向优化设计，通常沿采煤机摇臂每间隔0.8 米至1.2 米安装一组旋流式喷嘴，确保雾幕覆盖截割产尘区，同时在支架顶梁与护帮板交接处增设扇形雾化单元，抑制移架过程中的二次扬尘。高压供水系统采用防堵塞过滤装置与自动稳压控制技术，保证水压稳定在设定范围，流量调节范围控制在 30 升每分钟至60 升每分钟，以适应不同生产阶段的降尘需求，装置可集成红外感应或粉尘浓度监测模块，实现产尘区域智能启停，减少水资源消耗。

4.建立凝胶阻化剂防灭火系统控制煤自燃风险

凝胶阻化剂防灭火系统通过智能配比装置将高分子聚合物、交联剂和水按特定比例混合形成具有高黏附性和热稳定性的凝胶体系，有效抑制煤氧复合反应并降低煤体温度，采用分布式温度传感光纤实时监测采空区及煤堆内部温度变化，当检测到温度超过预设阈值60 摄氏度时自动触发阻化剂喷射装置，喷射压力稳定在 0.8 兆帕确保凝胶均匀覆盖煤体表面，基于多参数耦合预警模型综合分析氧气浓度、温升速率和CO释放量等指标，运用PLC控制系统动态调节凝胶注入量和覆盖范围，形成致密的隔氧保湿层。凝胶阻化剂具有纳米级孔隙结构可吸附大量水分，其热容值达到 4.2 千焦每千克开尔文，显著延缓煤体升温过程，系统配备双流体雾化喷嘴实现凝胶微米级雾化喷射，覆盖半径达15 米，同时集成红外热成像仪进行三维温度场重建，采用耐高温改性硅酸盐凝胶可在 300 摄氏度环境下保持结构稳定性，其膨胀系数控制在 1.2 以内避免因热应力导致开裂，结合工业物联网平台实现远程监控和数据分析，系统响应时间小于30 秒，并具备自动补液和故障诊断功能，相比传统注浆防灭火技术，凝胶阻化剂系统具有渗透性强、保水性能优异和环保无污染等特点，特别适用于易自燃厚煤层开采工作面的火灾防控[2]。

5.设置多级隔爆水袋组阻断爆炸冲击波传播路径

利用水介质的高比热容与不可压缩特性，有效吸收爆炸能量并破坏火焰传播链，隔爆水袋采用抗冲击聚乙烯材料制成，单个体积通常设计为 40升至80 升，按照巷道断面尺寸与爆炸风险评估结果进行分级布置，每组间距保持在 10 米至 20 米范围内，确保形成连续防护屏障，水袋安装高度依据瓦斯积聚层分布特点确定，一般距离顶板0.3 米至0.6 米处成排悬挂，每平方米巷道断面覆盖水量不少于50 升，在爆炸超压达到0.015 兆帕时即可触发水袋破裂机制。系统配套压力传感触发装置，当监测到冲击波前驱压力超过 5 千帕时，可联动相邻区域水袋实现毫秒级同步动作，形成立体水雾帷幕，该技术可使爆炸火焰锋面速度降低至60 米每秒以下，冲击波超压衰减率达行业标准要求，显著提升矿井抗爆能力，同时水袋组采用模块化快速更换设计，便于维护检修，与自动抑爆系统形成互补防护体系，为煤矿瓦斯爆炸灾害防治提供重要技术保障。

结语：

煤矿"一通三防"安全保障体系的优化升级是推动煤炭行业高质量发展的重要保障，随着物联网、大数据等技术的成熟应用，构建智能化、一体化的灾害防控系统将成为未来发展方向，技术创新与管理模式革新的深度融合，有望实现从被动应对到主动预防的根本转变，这不仅能够显著提升矿井抗灾能力，也为建设本质安全型煤矿提供了坚实的技术支撑，对保障能源安全供应和行业可持续发展具有长远意义。

参考文献：

[1]季凯. 煤矿综采工作面“一通三防”安全保障的有效策略剖析 [J]. 山西化工, 2023, 43 (05): 182-183+186.

[2]李珩. 矿井综采工作面“一通三防”安全保障的有效方法 [J]. 矿业装备, 2021, (06): 108-109.