CN1438405A - 一种用于防止煤矿井下瓦斯煤尘爆炸的方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种用于防止煤矿井下瓦斯、煤尘爆炸的方法，快速排除煤矿井下掘进、采煤工作面及所属巷道内和采空区的瓦斯积聚和巷道顶板瓦斯层，由于矿井通风瓦斯防治技术是一项极其复杂的网络及系统工程，而采掘工作面严格限制风速，因此，涌出量最大的瓦斯这个无色、无味、无臭、无毒达到一定浓度遇明火即可爆炸的除氢气以外最轻的有害气体只有随采掘工作面巷道内的低速风流缓慢流动，因此，极易形成巷道顶板瓦斯层和瓦斯积聚，给瓦斯煤尘爆炸留下极大隐患，利用本发明的均衡气蚀孔隙压力差法这个空气流动动力学原理能快速消除巷道顶板瓦斯层和巷道瓦斯积聚，广泛应用于煤矿井下采煤、掘进工作面及所属巷道内和采空区的瓦斯防治。

Description

一种用于防止煤矿井下瓦斯煤尘爆炸的方法

本发明为采用均衡气蚀孔隙压力差通风技术将涌入煤矿井下采煤掘进工作面巷道内的瓦斯等有毒有害气体和飞扬的煤尘细小颗粒快速排出采煤工作面、工作面进回风道、采空区和掘进巷道，以防止这些巷道内瓦斯煤尘爆炸，改善采掘工作面作业环境、保障煤矿井下安全生产的正常进行。

在煤矿井下已有的通风技术中的所采用的通风方法有：一是自然通风方法；二、是机械通风方法。

一、自然通风方法是：靠两井口高差和季节变化的温度差在矿井中产生的自然风压来实现矿井通风的，这是因为由于进风井与出风井口高低不同，温度不同，井筒中空气柱受热条件不同，因而空气密度不同，形成井筒间产生的空气柱重量差而形成的自然风压，单一并筒在冬季岩石温度高于空气温度，因而靠近井壁的空气温度要高一些，所以能使空气从井筒中间向下流，从靠近井筒璧四周往上升(夏季则相反)因而形成自风流，自然通风方法法简单，不需要通风机械设备，没有通风费，不增加生产成本，但因风压低、风量小，可作通风机之补充，对于煤炭产量、掘进工作量较大和有瓦斯涌出的矿井，不管瓦斯涌出量大小，此种通风方法不可单独使用。

二、机械通风方法是：就是利用电动机带动扇风机旋转的机械动力风流形成井口之间的空气压力差，促使空气在井下巷道内流动，机械通风机有主要通风机和局部通风机两类，其工作方式都有压入式通风和抽出式通两种，压入式通风把扇风机安装在地面的进风井口一侧或井下掘进巷道切眼口迎全风压风流一侧，扇风机工作时不断把新鲜空气送入井下和采掘工作面，有毒有害气体从回风井口排出。压入式通风使用的扇风机将空气吹入井下，使井下空气压力大于地面空气压力，风筒内压力高于巷道内空气压力，所以叫正压通风。抽出式通风是把扇内机安装在地面出风井口一侧或局部通风机安装在掘进巷道口对右侧风筒敷设在掘进工作面巷道内，将井下有毒有害气体从出风井口抽出，从进风井口自动流入新鲜空气，风筒抽出工作面掌子头炮烟、瓦斯气体和煤尘，这种通风方法使井下空气压力低于地面空气压力，所以又叫负压通风，虽然正压通风和负压通风通过的风流路线相同，但正压通风时主要通风机一旦停转，井下采掘工作方面及其所属巷道内空气的压力就会降低，因而采空区富集瓦斯和采掘工作面及所属巷道内煤层瓦斯可能会大量涌出，不利于安全生产，负压通风的井巷风流处于负压状态，如果主要通风机一旦停转，井下巷道内的空气压力会升高，可以暂时抑制或放慢采空区及巷道顶部冒落带积聚的瓦斯涌向巷道，还可以减少电耗降低通风成本，因此，井下一般都采用抽出式通风。

矿井通风的目的是给采、掘工作面提供新鲜风流，供氧、工作面降温、随风流带走有毒有害气体，如炮烟、瓦斯、煤尘等，改善工人作业环境。在正常生产的矿井中，通风设计虽然经过通风阻力计算，合理分配了风量，达到了采掘工作面日常生产所需风量，人们没有感到因氧气缺少而不适，这对于有良好通风系统的低瓦斯矿井可行，但对于瓦斯涌出量较大的高压斯矿井，通风不良的小矿井和有煤(岩)瓦斯(二氧化碳)突出矿井，可能会造成采掘工作面及所属巷道中风速太低或基本无风流而不利于安全生产，无论新老《煤矿安全规程》都规定，采掘工作面允许最低风速为0.25米、排瓦斯仅为0.5米，实际能达到的风速也仅为1米左右，能达到最高允许风速的基本没有，这是因为采掘工作面的工作环境限制了风速，提高风速会使煤尘飞扬，恶化工人工作环境。

由于煤矿井下采煤、掘进工作面的巷道中严格限制风速，而瓦斯又是煤矿井下普遍存在的因成煤阶段衍生的大量气体，因并田开拓、煤岩的开采而大量积聚在掘进巷道内及采煤工作面进风巷、采煤工作面、工作面回风巷、采空区及上、下隅角内，这些瓦斯随风流速度只能以缓慢扩散流动的方式汇合到工作面回风巷中流出，从而造成工作面回风巷道中积聚成较高浓度的瓦斯层，在瓦斯体积力和风流紊流作用下，甚至充满整个巷道断面，只是巷道顶板部分瓦斯浓度相对高一些，巷道中心及下部瓦斯浓度相对低一些，并和相邻采区回风巷和工作面回风巷中排出的瓦斯相汇合。一般情况下，采煤工作面进风巷、采煤工作面、工作面回风巷、采空区及上、下隅角都有瓦斯涌出，由于采空区煤、岩挎落不实，工作面进风巷及采煤工作面向采空区漏风且风流不畅，因此采空区内瓦斯更容易积聚，瓦斯量可达50％，随着工作面向前推进采空区增大，这个含量还会增大。

造成煤矿采煤工作面及工作面回风巷道内瓦斯层及瓦斯积聚的另一个主要原因巷道内的风流沿巷道中轴线(中心线)的方向作一维运动，而采掘工作面巷道壁都不是光滑壁面，大多为钢、木材质的有棚梁腿的有间距的梯形凹凸支护形式，可以增大风流摩察力和风流阻力，由于空气的粘性性质，即使在同一巷道横断面上，风流速度也不是相同的，即巷道中心风速最大，巷道周壁风速最小，最小和最大风速的差别可在0.7-0.8倍。另外，由于瓦斯气体又是煤矿井下除氢气以外最轻的气体，比重仅为空气的0.554，一般每立方米仅为0.719kg，而空气为1.293kg/m³，在矿井低速风流作用下，可以成为水平方向和倾斜、垂直上浮运动，水平方向为低速风流带走，倾斜、垂直上浮则形成顶板瓦斯层，而瓦斯的涌出又是连续的不间断的，因此，煤巷侧壁和底板的瓦斯涌出量也是较大的，由于瓦斯气体比空气轻得多，粘性比较大，流速干扰造成瓦斯层在有棚梁腿支护巷道周壁的流速仅为巷道中心平均风速的0.5-0.7倍，形成了巷道风流中多种有毒有害气体存在，但瓦斯流动滞后，即瓦斯气体移动速度不能超过巷道内的低速风流速度，而只能以采掘工作面巷道中的低速风流作为载体，瓦斯气体在风流中缓慢滞后移动，在瓦斯浓度较大，瓦斯体积力(密度)作用下，瓦斯和混合气体又会在巷道中心作共同等速流动。

井巷愈深、巷道断面愈小、离井口愈远、通风阻力愈大。而井筒巷道断面设计的变化，虽然是控制巷道风量的措施，但采掘工作地点都是远离主要通风机，而且断面相对较小，通风阻力最大，如：井筒(斜巷)主要进回风道，采区运输、通风石门，采煤工作面进风道，采煤工作面及工作面回风道的设计断面是大、中、小、中、大，所以在这些巷道的通风阻力是小、中、大、中、小，因而风速也是快、中、慢、中、快，由此可以看出，采煤工作面三道，断面小，风阻大，风速慢，同时又是人机活动工作场所，人、机均占用一定巷道通风空间，又是瓦斯涌出量最大的地点，又由于支架型号各异和采煤机械设备类型有关，如；掩护式液压支架，摩擦金属支架木支架的空间断面要小于柱式液压支架，钢支架单体液压支架等，更加增大通风阻力，因而瓦斯积聚不可避免，煤巷掘进巷道因初次揭煤，瓦斯涌出量更大，在各种因素的矿山压力和瓦斯体积力作用下，可发生煤岩与瓦斯突出。

在所有的矿井通风设计计算风量时，都考虑了各种漏风因素并增加了相应的风量，但在生产实践中，由于因通风网络中有众多的风墙、风门、风桥等通风构筑物，人员、设备、车辆的频繁出入，风门的频繁开启，开启一个风门，另一风门必然增大漏风量，如果二个风门都同时开启，则会造成该时间内的风流短路，撞坏的风门不能及时修复，也会增大漏风量，虽然时间有长有短，但对整个通风系统的危害极大，可以使本来风速很低的采掘工作面及所属巷道内此时风量严重不足或风流停滞瓦斯大量积聚，在采掘工作面有效的风路断面内，人员、物料、矿车、机械、设备，采场支架形式和矿山压力等，人为地或自然地质因素减少有效风路断面，某些局部的塌方冒顶，如果不及时处理或方法不当，会给瓦斯积聚创造条件，风路中某一局部地点有问题或不通畅，都会影响采掘工作面或整个采区乃至井田一翼的通风系统，这些在矿井通风设计中均未体现，由于矿井通风网路是一个非常复杂的系统工程，牵一发而动全身，这也是风网的特殊性。虽然短时间内的风量不足或停滞，也能使瓦斯大量积聚，此时如有引火源，便会引起瓦斯爆炸，瓦斯爆炸冲击波抛起煤尘遇残爆火源，便会引起煤尘爆炸，如风流受阻，爆炸冲击顶层采空区冒落，瓦斯大量释放到巷道中，还会引起连续爆炸和特大爆炸，如77年4.14的辽宁抚顺老虎台矿连续发生5次瓦斯爆炸，死亡83人，伤35人，龙凤矿由于自然发火引起瓦斯爆炸，一昼夜连续爆炸43次，死亡人数最多的是1942年的本溪煤矿是世界上最大的一次瓦斯煤尘炸炸伤亡1795人，其中死亡1549人，残废246人，死亡千人的还有1919年抚顺胜利矿西井死亡917人(瓦斯爆炸)1906年的法国古利耶尔矿煤尘爆炸死亡1099人，1963年的日本人三池煤矿伤亡1290人(死亡458人，伤832人)，死亡在百人上下更是数不胜数，如发生在60-70年代的我国徐州矿务局的大黄山煤矿和韩桥夏桥煤矿的特大瓦斯爆炸，2002年山西省12.2 临汾阳泉沟煤矿 的几次和2003年1月1日的黑龙江省宝兴煤矿特大瓦斯爆炸，以无数众多中小煤矿，死亡人数最多，瓦斯爆炸次数最多，可达全国总数的80％以上，这些瓦斯煤尘爆炸的惨痛教训都是因为通风不良造成的。由此可见，瓦斯煤尘爆炸的重大特大灾害事故所造成的危害死亡人数之多财产损失巨大是任何其他行业所未有的，因此瓦斯煤尘爆炸就是矿难，由于采掘工作面活动空间狭小黑暗，人们时刻都处在煤矿的五大灾害威协在各种有毒有害气体的狭小空间中从事工作。由于工作地点在几十米、几百米，甚至千米的地下，灾害具有极大的隐蔽性，由于自然的和人为的隐瞒事故真相给国家宏观安全监察管理造成混乱，但引起爆炸的实质乃是瓦斯煤尘达到爆炸的临界浓度才发生的，通风方法不良乃是使瓦斯煤尘达到爆炸的临界浓度才发生的，通风方法不良乃是通风方法有缺陷，实际上负压通风，并联通风都是优化的全风压通风方法，所谓有缺陷乃是矿井全风压通风风流与瓦斯流动的机理没有弄清楚，虽然加大风量可以减少巷道内的瓦斯含量，但也不是正比关系，更何况为了改善工人工作环境，风量和风速都受到限制，这个矛盾应该有一个完善的方法来解决，另外，从瓦斯爆炸大部分发生在煤巷掘进工作面说明煤巷掘进巷道由于初次揭煤打开原始层位瓦斯涌出量大，使用机械通风方法不当，巷道内风流速度缓慢投易造成巷道顶板瓦斯层和瓦斯积聚，即虽有局部通风机的高速风流，但冲不散重量比空气轻一半的有害气体瓦斯，冲不散的依据是指整个煤巷掘进巷道全长的和掘进掌子头，冲散了只是风筒口附近几米以内，这些从掌子头吹出的瓦斯，炮烟等，还是以缓慢的速度从巷道内流出挤出，加上从巷道内煤壁及顶底板涌出的瓦斯，也需依靠局部通风机的风流带走，千里万马过独木桥。无论是煤巷内还是掌子头，瓦斯的涌出是源源不断的，虽然巷道内保持允许的瓦斯浓度，一旦有瓦斯(二氧化碳)涌出异常，更使巷道顶板瓦斯层浓度和瓦斯量迅速增加，而产生瓦斯大量积聚，立即达到瓦斯爆炸所需危险的浓度，即使使用混合式通风效果也是不太显著，因为抽出式局部通风机的风筒口在掘进头，而瓦斯涌出并不是全在掘进头，即整个煤巷内都有瓦斯涌出。

虽然人们对瓦斯爆炸的浓度为5-16％这个爆炸界限有大量的实验数据，但瓦斯爆炸界限并非固定不变，例如巷道中有瓦斯气体时又有乙烷(C₂H₆)乙烯(C₂H₄)一氧化碳(CO)硫化氢(H₂S)氢(H₂)等，均可降低爆炸界限，混有爆炸性的煤尘，可降低爆炸下限；引火源温度越高面积越大时间越长，爆炸界限就越扩大。

一些单独使用局部通风机通风的小矿井和独眼井其通风机理同大中型矿井煤巷掘进通风的机理相同，和矿井具有正常通风系统的高瓦斯煤巷掘进工作面通风方法一样，造成瓦斯积聚的危险性更大，一些小煤矿的采煤方法简单落后，在工作面内构不成通风系统，采煤工作面及其巷道内基本无风流或风流很小，基本能满足工人呼吸但风流带不走煤尘瓦斯，因此更容易造成大量瓦斯层和瓦斯积聚，瓦斯爆炸产生的大量CO(2-4)％，即使不被瓦斯爆炸致死，也大多数会由于CO中毒致死，致死量(0.4％)，很少有人幸免于难。由于瓦斯气体无色、无味、无臭、无毒的性质，抓不着看不见，极易被安全意识较差没有进行安全培训的工人和其矿主的所忽视，冒险作业，因此，瓦斯爆炸的潜在性极大，所以良好的通风技术完善的通风方法，对小煤矿的安全生产意义更大，是保障安全生产防止瓦斯爆炸避免人员伤亡的重大措施。

由于矿井通风瓦斯防治技术是一项非常复杂的系统工程，使得瓦斯治理极为困难，以致使许多有完善通风系统的风量和风速都通过严格设计计算的中大型煤矿，瓦斯、煤尘爆炸事故也接连不断的发生，而更大数量通风系统不完善通风不良和构不成通风系统的小煤矿，更是瓦斯具备，只欠火源，只要有引火源随时随地都可引起瓦斯、煤尘爆炸，由于瓦斯爆炸灾害极为惨重，一次十几人、几十人、几百人的死亡，经济损失巨大几十万、几百万财产损失，因此，无论大、小煤矿，在使用现有通风技术无法达到防止瓦斯超限的情况下，虽然采取许许多多措施严禁火源，但瓦斯爆炸防之又防而防不胜防的时有发生，我国煤矿因瓦斯煤尘爆炸而死亡的人数每年都在万人左右，伤者更多，数万个中小煤矿死亡人数最多，占死亡人数的80％以上，财产损失每年都在数亿元、数十亿元。因此我国最新颁发的(2001.11.11)《煤矿安全规程》因瓦斯涌出量大，用通风方法解决瓦斯问题不合理和开采有煤与瓦斯突出危险煤层的，必须建立地面永久抽放瓦斯系统或井下临时抽放瓦斯系统，但经抽放瓦斯(抽放率25％以上)和增大风量已达到最高允许风速后，其回风巷风流中瓦斯浓度仍不能降低到1.0％以下时，可允许最高允许浓度为1.5％，还可采用专用排瓦斯巷，并规定专用排瓦斯巷瓦斯浓度不得超过2.5％(137条)除此井下瓦斯防治的瓦斯抽放和专用排瓦斯巷以外，还有采煤工作面上隅角瓦斯积聚的通风方法和情性气体，卤化烷类抑制阻止瓦斯爆炸等几种方法。

1、瓦斯抽放

瓦斯抽放的方法是在煤层钻孔和敷设专用的抽放瓦斯管路及专用瓦斯巷道把瓦斯抽放出来，按照含瓦斯煤层的赋存形状，可分为本煤层抽放相邻煤层抽放采空区抽放，具体抽放瓦斯工作步骤是：(1)利用已掘专用瓦斯巷道予抽煤层瓦斯；(2)向煤层钻孔抽放本煤层及邻近煤层瓦斯；(3)采取各种形式的“边采边抽”，为了加大抽放煤层瓦斯数量，又采取增加钻孔的密度、深度、增大孔径、改进布孔方式、增加封孔深度，提高封孔质量，提高抽放负压等，另外有的还采用注水挤出煤层瓦斯，水力压裂煤体，水力割缝，松动爆破等，目的是使煤体游离瓦斯尽快释放出来，对于这些煤层瓦斯的治理方法，虽然影响生产进度，有时会造成采掘失调，增大生产成本，这对防治煤(岩)瓦斯(二氧化碳)突出有一定的效果，虽然抽放的游离瓦斯量只占煤层总瓦斯含量的7-10％，但可以减少瓦斯压力，减少煤与瓦斯突出的岩爆和煤炮次数，实践证明，虽然抽放瓦斯技术对于防止煤(岩)瓦斯突出有效果，但对高瓦斯矿井没有抽放出来的瓦斯总含量的80％以上的吸附和吸收状态的瓦斯和部分游离瓦斯，只有在落煤时(机采、综采、综放、炮采、风镐和人工采煤)瓦斯才会从煤体中释放出来，就是占瓦斯总量不到20％的游离瓦斯，也受到钻孔的密度(不能象煤巷锚杆那样密度)钻孔的深度的限制，不可能全部释放出来，只有落煤时游离瓦斯才会全部释放出来，扩散到回采工作面并随风流涌入回风道中，同风流方向相反的煤炭运输道(溜子道、皮带道)中，随着刮板运输机的快速旋转，落煤被迅速带走，煤块中的吸收和吸咐瓦斯在运输过程中被解析，因此运煤的进风巷道中也仍有大量的瓦斯随风流扩散到运煤进风巷道中，加之采空区放顶煤、岩大量跨落，这些没有密实的顶板冒落区里大小空隙造成采空区顶底板中及冒落区大量积聚的游离瓦斯同时又是采空区漏风的通道，在缓慢漏风风流的驱赶下，逐渐向采空区上部移动，最后又积聚在采空区上部及上隅角，在瓦斯浓度和体积力的作用下，而逐渐缓慢扩散出去到工作面回风巷，有些封闭在采空区冒落区内，虽然采空区上隅角瓦斯量、浓度最大，但整个采空区内包括采空区冒落煤岩的顶部煤岩块缝隙中及下隅角都有大量的瓦斯积聚，如果本层煤采空区距离上层煤采空区较近，(分层开采)那么上层煤的采空区长期积聚的大量瓦斯随本层煤采空顶板冒落产生的空隙裂缝或空洞涌入本层采空区。有的采取灌浆灭火措施，但灌浆不实的地方仍是瓦斯积聚之处。因此采空区的瓦斯含量可达到50％，随着采煤工作面向前推进采空区扩大，50％的瓦斯含量还会增加，因此对瓦斯抽放技术防治瓦斯的结论是：

(1)抽放瓦斯，对于防止煤、岩及瓦斯突出有效，可以减少突出次数，但不能完全防止煤(岩)及瓦斯突出。

(2)能抽出部分煤层吸附的游离瓦斯，为瓦斯含量的7-10％也要半年到一年时间，要达到地50％的抽放率要8-10年时间，而且抽放工艺极难做到。

(3)投入巨大，经济不合理，增大生产成本，因要掘进专用瓦斯巷道安装抽放管路，瓦斯抽放泵(二套)等，机械、设备、电力、人员管理等，投入巨大，得不偿失。

(4)可造成采掘失调，影响生产，增加的开拓工程量为生产的附属巷道只能防治瓦斯对直接生产无益。

(5)专用排瓦斯巷因瓦斯浓度太高(2.5％)可视为采煤工作面的瓦斯库火药库，对安全生产的管理造成更大的压力。

(6)瓦斯抽放，并不是瓦斯防治唯一技术但不太有效的方法。

2、采煤工作面上隅角瓦斯积聚的通风方法

消除采煤作面上隅角瓦斯积聚其通风方法和技术装备有双旋转脉冲通风技术和矿用液压双旋转脉冲局部通风机，此种通风机采取对采煤工作面上隅角积聚瓦斯具有强力扩散效果的双旋转脉冲风流消除积聚瓦斯。此通风方法虽然采煤工作面上隅角瓦斯积聚减小了但瓦斯却被风流冲散到工作面回风道中去了，就是排入采区回风巷或主要回风巷，对整个采煤工作面三道和采空区的瓦斯防治技术来说，单为防治采空区上隅角瓦斯意义不大，更何况上隅角只为采空区局部小部分，增加了工作面回风道中瓦斯层的浓度。

一般的来说采煤工作面放炮和正常生产落煤时，瓦斯涌出量最大，其游离瓦斯和吸咐瓦斯都会扩散到回风风流中去，其煤尘量也较大，由于煤炭运输与风流方向相反，所以在工作面进风巷，采煤工作面，工作面回风巷都有瓦斯层存在，而采空区及上、下隅角，由于漏风风流较小，瓦斯在体积力的作用下向采空区上部移动，积聚在采空区上部及上隅角，实际采煤工作面瓦斯应为二部分，一部分为采煤工作面煤壁(包括落煤)及进、回风道煤壁及顶底板涌出的瓦斯，另一部分为采空区瓦斯，它包括顶板冒落带上部裂隙带的瓦斯，如果冒落区和顶分层采空区相通，瓦斯涌出量将会大大增加，短时间内便会达到纯瓦斯爆炸的浓度。由于采空区漏风风流很小甚至无风流，瓦斯便会在此外积聚，而冒落的煤、岩块作为空隙的骨架，空隙内又是瓦斯积聚的区域所以瓦斯浓度最大瓦斯量也大，日常及生产中落煤时三道中产生的瓦斯随风流缓慢流动，三道中以工作面回风道中瓦斯浓度最大，工作面次之，工作面进风道中瓦斯含量最小，因而，瓦斯含量在三道中的依次是小、中、大。而采空区及上隅角也最大，因此冲散上隅角的瓦斯却跑到回风巷道中去了，使原本通风阻力较大的工作面回风巷瓦斯层又增加了从上隅角冲散出来的瓦斯，加大了工作面回风巷中瓦斯量和瓦斯浓度，即使把上隅角瓦斯单独抽排出工作面回风巷，但对采煤工作面三道中涌出的瓦斯及落煤放炮中释放的瓦斯及全部采空区顶板落涌出的瓦斯，单一冲散抽放上隅角瓦斯对这些大量瓦斯防治意认不大，因为矿井通风瓦斯防治技术是一个极其复杂的系统工程，瓦斯的防治的重点是采煤、掘进工作面及所属巷道中，而瓦斯又是井下普遍存在的有害气体，采空区上隅角只是这些地点的局部，只是面积小瓦斯多，而对于巷道长体积大面积大，瓦斯并不少的大多数煤巷内瓦斯治理来说，局部治理意义不大。

3、情性气体卤化烷类

情性气体，卤化烷类都能抑制阻止瓦斯的爆炸，如加入25.5％的CO2或36％N₂可以使何浓度的瓦斯失去爆炸性，但CO₂达到10％即是人窒息死亡的浓度，因此，此方法是向封闭的采区注N₂、CO₂灭火的方法。

卤化烷类，如加入4.2％的二溴二氟甲烷(CF₂BI₂)或6.1％的三氟一溴甲烷(CF₃BI)即能阻止瓦斯爆炸，由于煤矿井下瓦斯(CH₄)是普遍存在的有害气体，采、掘工作面又需通风、供氧、降温，大量使用CF₂BI₂或CF₃BI有其技术经济及实用性的原因。

4、专用回风巷专用排瓦斯巷

根据2001年11月1日实施的新版《煤矿安全规程》(113条)高瓦斯矿井，有煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出危险的矿井的每个采区和开采容易自燃煤层的采区必须设置至少一条专用回风巷，低瓦斯矿井开采煤层群和分层开采采用联合布置的采区，必须设置一条专用回风巷(137条)和采煤工作面瓦斯涌出量大于或等于20m³/min。进风巷道净断面8m²以上，经过抽放瓦斯(抽放率25％以上)和增大风量已达到最高允许风速后，其回风巷中风流瓦斯浓度仍不能降低到1％以下时，机采、水采和煤层厚度小于0.8m的保护层采煤工作面，回风巷风流中瓦斯最高允许浓度为1.5％或采用专用排瓦斯巷，但该回风风流中的瓦斯浓度不得超过2.5％。

施工专用回风巷和专用排瓦斯巷虽然避免瓦斯气体专走工作面回风巷，避免千军万马走独木桥，但专用排瓦斯巷，专用回风巷造价较高，专用来防治瓦斯，对直接采煤生产无益，而且大大增加吨煤生产成本，经济效益不好，由于允许专用排瓦斯巷的瓦斯浓度高达2.5％，无疑给瓦斯爆炸带来更大隐患，给煤矿安全生产管理造成更大压力，这么高的瓦斯浓度，应该把专用排瓦斯巷当作采煤工作面的火药库、瓦斯库，如果专用回风巷排瓦斯巷内同时混入瓦斯、煤尘和H₂S、CO、H₂、NA₃、NH₃等有毒有害易爆炸的气体，可降低瓦斯的爆炸界限，所以使专用瓦斯巷随时处于瓦斯爆炸的危险，一旦有引火源，即可引可起瓦斯、煤尘爆炸。这不但是象采掘工作面那样瓦斯爆炸防不胜防，防之又防的问题，而是此法不可防，另寻他法防的问题，即对煤矿采掘生产所必须的通风系统以外专为解决瓦斯问题对煤炭生产无益而有害的可视为采掘工作面增加一个瓦斯库火药库、危险异常，所以不能运料，安装装电气设备还不能行人的专用回风巷，专用排瓦斯巷，因瓦斯浓度太高，时刻都有发生瓦斯爆炸的危险，因此专用回风巷、专用排瓦斯巷，没有存在的意义。

5局部通风和康达风筒

在煤矿井下掘进巷道中现有的通风方法，有的采用矿井全风压通风，更多的是采用局部通风机通风，局部通风机是以电动机作为动力，接入风筒进行工作的通风设备，改变转叶的方向，又可分为压入式局部通风机和抽出式局部通风机，按工作性能，又分为离心式局部通风机和轴流式局部通风机，其在掘进工作面的通风方式也分为压入式通风和抽出式通风，如果一台压入式通风机和一台抽出式通风机同时使用在一条掘进巷道中的为混合式通风，混合式通风又可分为长压短抽式通风和长抽短压式通风，还有的采用康达效应的通风方式，虽然现场使用的局部通风机，风筒内风速较大，但这些风量吹散到掘进掌子头可以满足工人呼吸的需要，几乎所有矿井通风设计大多是以工作面最多人数计算风量的，也有的采用按炸药量，瓦斯涌出量和排尘风量、允许风速计算风量等，事实是，不论用何种方法计算风量，实际巷道内的风量也是如此之多，即工人呼吸可以满足，对瓦斯的排除就显得不足，可以从炮烟的排除速度可以看出是很缓慢的，何况瓦斯涌出是整个巷道断面周壁掌子头煤壁及落煤体及全部巷道长度，如果迅速排除这些瓦斯炮烟及有毒有害气体，巷道内的风速达到最大允许风速还不足，这将大大增加局部通风机的风量，掘进工作面的工作环境将会恶化，工人也会感到不适，这是一个很大的矛盾，从最低排瓦斯的允许风速仅0.5m/s可以看出，达到或超过3倍，即为极限允许风速，这实际上一般都达不到的，掘进巷道内无论何种通风方式，人们都认为，工作地点在掘进掌子头，所以防治瓦斯和供风都集中在掌子头，所以风筒口都接入在工作面掌子头，风量和风速的最大值也都在掌子头，风筒的漏风被认为是有害的并取各种措施防止的，无论巷道何种形状(掘进煤巷时多为梯形巷道)风流的方向都是沿巷道中轴线(中心线)作一维运动。

康达风筒是在压入式风筒口装入闸门，风筒上的切口或小孔装上罩套，气流从装上罩套的喷口喷出射流在康达效应的附壁效应的一射流运动中，接近壁面便出现不易离开而沿壁面流动的现象的作用下沿风筒外壁流动，但康达风筒口由于关闭闸门造成风筒口闸门外无风即掘进工作面掌子头无风，虽然康达风筒内喷出风流全部到达巷道内，由于掘进掌子头无新鲜风流或风流很小，那么更容易造成掌子头的瓦斯积聚，如果是有一台抽出式风筒，抽出式风筒抽出风量，便是巷道中的污风和康达风筒喷出的新鲜风流的混合气体，可使风流从巷道外部向掘进掌子头流动的掘进工作面风流倒流现象，如果打开闸门，也会出现此类现象，这是违背矿井掘进工作面通风原则的。所以现有掘进巷道通风方法，无论是压入式、抽出式、混合式、康达风筒，小煤矿的通风机在地面的抽出式压入式都会使巷道内的低风速(0.25m/s排瓦斯0.5m/s)不能很快排除巷道内(包括掌子头)的瓦斯而造成的巷道内瓦斯层和瓦斯积聚，从瓦斯爆炸大多发生的掘进工作面的情况看，不良的通风方法是造成掘进巷道内瓦斯积聚引起瓦斯爆炸的首要原因。

综述以上几种现有的通风方法存在的问题和不足，可见瓦斯防治何其艰难，这是因为瓦斯这个煤炭在成煤时期的衍生物无处不在，只是表现在古代植物种类的沉积、炭化、变质期、覆盖物，和埋藏深度的不同而其瓦斯含量大小而已，回顾人类及自然界的历史，有矛必有盾，生物链、食物链、宇宙链，这是大自然的法则，也还会有更有效的方法来解决，现有的机械总风压通风虽然风量比较大，因瓦斯气体的性质，使主要回风巷的排瓦斯功能没有充分发挥，这受到采掘工作面风量和风速的限制有关。

本发明的目的和任务是：因瓦斯积聚爆炸造成的后果是极其严重的，一次少则数人，几十人，几百人甚至千人死亡的重大特大人身伤亡事故，同时造成巨大的财产损失，因此迅速排除采掘工作面涌出的瓦斯，防止瓦斯爆炸，其意义非常重大因瓦斯爆炸又可引起煤尘燃烧和爆炸，煤尘煤炸可引起瓦斯爆炸，连续爆炸更加剧被坏力加重灾害程度，引起更大的伤亡和财产损失，因此寻求探索新的更加完善的通风方法，改善工人工作环境，防止瓦斯、煤尘爆炸是本发明的目的和任务。

本发明要解决的技术难题是，有完善的矿井全风压通风的采、掘工作面因风流太小风流不畅而造成的采、掘工作面及工作面进、回风巷，采空区及上、下隅角瓦斯浓度较高和采区回风道，主要回风道，总回风道瓦斯浓度极抵的问题即最有效地利用矿井通风的全风压风流带走瓦斯，即解决了这些巷道的风速高低不同(相差达16-60倍)利弊与矛盾，小矿井则采用新的通风方法，防止瓦斯在采、掘工作面及所属巷道中积聚。

无论大小矿井的采、掘工作面都必须解决能引起爆炸的有毒有害气体CH₄、H₂S、CO、H₂、C₂H₆、C₂H₄和煤尘的含量降低到最低爆炸含量(1％)以下，也是已有的矿井通风技术没有攻克和无法攻克的重大技术难题，无论大小煤矿，无数的瓦斯、煤尘爆炸的事实教训人们，瓦斯层和瓦斯积聚是瓦斯、煤尘爆炸的首要根源，而没有爆炸的原因是人们防之又防了引火源，如果能从降低采、掘工作面及所属巷道中的瓦斯、煤尘含量的方法上有所突破，则瓦斯矿井的安全性将大大提高，即使非人为因素的引火源(如煤炭自燃)也不会引起瓦斯爆炸。

新版《煤矿安全规程》(2001.11.1实施)规定，采煤工作面瓦斯涌出量大，经抽放瓦斯和增大风量已达到最高允许风速后，其同风巷中瓦斯浓度仍不能降低到1％以下时，可采用专用排斯巷，并规定该巷回风风流中的瓦斯浓度，不得超过2.5％，风速不得低于0.5m/s，值得人们注意并引起高度警惕的是，此规定已经超过瓦斯最低爆炸界限数倍，可以认为，专用排瓦斯巷是成为能引起瓦斯爆炸的火药库，危险异常，在矿井下、不能用于行人，运料和通车的专用回风巷，没有其存在的意义。

虽然纯瓦斯气体爆炸限为5-16％，但当含有瓦斯气体的空气中同时混入其他可引起爆炸的气体如H₂S(爆炸界限4-46％)，CO(爆炸界限13-75％)，H₂(爆炸界限4-74％)，而H₂、H₂S、C₂H₆、C₂H₄、CH₄均为可燃气体，可使瓦斯爆炸下限大大降低。固体颗粒煤尘的爆炸界限为30-2000g/m³，当瓦斯、煤尘同时存在且含量不同，爆炸界限变化很大，如煤尘含量为5g/m³时瓦斯爆炸下限降低到3％，煤尘含量为8g/m³时瓦斯爆炸下限降低到2.5％，煤尘含量达到20g/m³时，瓦斯爆炸下限降低到1％，当煤尘含量达到30g/m³时，瓦斯爆炸下限降低到0.5％，掘进工作面的煤巷掘进爆破和采煤工作面的机采落煤，松动爆破的煤尘量是很大的，如果装药不规范，封泥太少，放明炮，爆破窜出火焰，都可引燃瓦斯，引火源温度愈高，时间愈长，面积愈大，愈容易引起瓦斯爆炸。

根据煤矿瓦斯爆炸大部分发生在煤巷掘进工作面，一部分发生在采煤工作面事故中分析，发生瓦斯、煤尘爆炸的原因，一是爆炸物(气体和固体)含量和爆炸指数，二是通风系统不良，方法不当，风流不畅，瓦斯层交汇，因而事故扩大，后果严重，造成这些矛盾的主要原因是：

(1)风量不足，风速太小

虽然所有煤巷掘进设计计算风量大多是以满足人的呼吸量或以炸药量等计算，此风量能满足工人对工作环境的需要，过量则恶化工人工作环境，但此风速风量不足以快速冲散煤巷内瓦斯及炮烟，瓦斯在煤巷内流出的速度等于巷内风流速度并滞后，虽然风筒内及风筒口气流为高速气流，但出了风筒口有效几米以内流速便锐减为扩散气流。

(2)瓦斯的性质是无色、无味、无臭、无毒而有害的气体，又最轻是巷道内除氢气以外最轻的气体，抓不着看不见，一般不易发觉它的存在，只有使用专用的瓦斯检定仪，才能检查出来发现其踪迹，因而其隐蔽性危害性极大。

(3)煤巷掘进时掌子头是煤巷揭煤前进地点，瓦斯涌出量最大，压入式局部通风机的风筒口距离掌子头较远，风流不足以快速吹散掌子头全部瓦斯，或吹动瓦斯气体几米远，又在巷道中滞留积聚。风筒口距离掌子头太近，容易吹起煤尘影响工作，同时掌子头风流方向与风筒口风流方向相反，风向相反，使风流能量损失较大。

(4)高瓦斯煤巷掘进巷道内，从工作面掌子头低速缓慢流出的瓦斯和巷道侧壁和顶底板中涌出的瓦斯会合而加大巷道内瓦斯量，如有瓦斯喷出或突出则巷道内瓦斯量更大。

(5)混合式通风，其风流能量多发生在掘进掌子头，特别是抽出式通风，风流能量全部都在掌子头，巷道内瓦斯治理，只靠压入式通风机风流的一维运动，无其他通风措施。

(6)煤巷掘进巷道在未贯通之前因构不成风流系统，巷道愈长风阻愈大，风速愈小愈易积聚瓦斯，巷内容积与风筒风量构不能成正比关系，而瓦斯涌出量与巷内容积却是正比关系。

(7)造成瓦斯在采煤工作面及所述巷道及采空区积聚的重要现象是往往为人们忽视的通风系统的风路失衡现象，是通风风路中的反常风压，即正压通风系统的负压区，负压通风系统的正压区此种现象虽然只会出现在局部地点，但对瓦斯积聚的危险性不容忽视，造成此类现象的原因：一是通风系统的某些风路设计的不合理；二是因为地质因素(矿压采煤地表塌陷裂缝漏风直达地面，采空区挎落速度，透老塘等)；三是风门设计的缺陷在风路中的位置等因素；四是人为的或自然的因素造成反常风压，无论何种因素都会瓦斯煤尘爆炸带来隐患，危及正常通风系统出现严重的后果。

(8)由于采煤工作面三道及采空区涌出的瓦斯量汇合后增大，这些大量瓦斯只能通过工作面回风巷的矿井全风压风流缓慢排出，并无其他有效的瓦斯治理措施而造成积聚。

(9)由于采煤工作面三道断面比总回风道小，风流路线最远，通风网络分流因而造成风阻大，风量少，风流小。

(10)采煤工作面一般是全煤空间，瓦斯大量富集于煤层内及巷道顶底板的岩石中，当工作面形成后，采煤工作面、采煤工作面进回风道，成为风流唯一通道，整个采煤工作面三道通风系统复杂而又多变，又是人、机活动及工作地点，复杂的是当风流从采区进风巷向工作面进风巷(运输巷)进风时，以连续4个90度的急转弯使风流阻力增大，而三道断面大小不一，又大多是梯形、矩形、梁柱的木、钢支架，其风流阻力、摩探力损失，因矿山压力巷道支架下沉，又由于三道是采煤工作场所，人员、车辆、机器设备，也会形成通风巷道内风流阻力，因工作面支架型号各异对风流影响较大，加上风流向采空区漏风，又减小了采煤工作的风量会使采空区积聚的瓦斯因体积力和漏风风流的缓慢作用而转移到采煤工作面及回风巷内，造成工作面回风巷中瓦斯含量增大，因此，风流中的能量损失和可达30％以上，这对瓦斯的防治极为不利，无论何种采煤和顶板管理方法，采空区冒落的岩石及顶板煤层不可能立即将采空区填满，总存在一定空隙，一些急倾斜薄煤层，顶底板坚硬的岩石采空区空隙更大，这些空隙给瓦斯积聚和流动创造条件，因此，采空区瓦斯的含量可达采煤工作面总瓦斯含量的50％，随着采煤工作面向前推进，采空区增大，这个含量还要增加，落煤时因煤层解体，含瓦斯煤层内80％的吸咐瓦斯和20％游离瓦斯的大部分立即扩散到进回风风流中，采煤工作面上、下隅角又是通风系统中风流盲区，因无风流或风流太小，采空区富集的瓦斯便会在采煤工作面风流的冲击下形成涡流，在瓦斯体积力的作用下以缓慢运动的形成或向回风巷中扩散移动。

通风系统的多变是指矿井通风风路断面的变化，风速和风量的需要是设计的唯一相对要素，通风设计人员为了使采煤工作面能够得到足够的新鲜风量而设计了合理的巷道断面，而实际采煤工作面通风断面的大小又受支架形式的制约，如柱式液压自移支架，掩护式液压自移支架，单体液压支架，金属摩擦支架，木、钢材支架等规格不同，因而支撑所形成的风路断面也不同，采煤工作面的人员多而集中而又频繁运动，割煤机等机器又占用巷道断面一定的空间，矿车及巷道内某些堆积物料也阻碍风流，因矿山压力顶底板移动，支架下沉，缩小了原设计的有效风路断面，巷道及采煤工作面内某些冒顶处不能立即处理，风流受阻风量减小这些是在通风设计中是没有的，也无法预料和计算出来，在风路断面缩小的情况影响下，采煤工作面三道，采空区及上下隅角风流中的瓦斯气体会以层流，紊流、旋流和涡流复杂的流动形式运动，在采掘工作面内爆破产生的CO、CO₂、NO₂、SO₂及煤炭自然产生的C₂H₄、C₂H₆煤体中施放的H₂S这些有毒有害气体均比CH₄重的多，而体积含量均比CH₄少的多，由于巷道中心风速较大而成为混合气体，一般的说，巷道上部瓦斯上浮为层流状态，直巷内遇人体和某此阻碍物，巷道转弯处，瓦斯成紊流状态，某些冒顶处和较大物体矿车等阻碍，瓦斯成旋流状态，采空区上、下隅角，瓦斯呈涡流状态，由于有时有些风路中风速较小，这些流动状态有时又难以区分而成混合紊流状态流动，因此瓦斯难于治理的主要原因是量多而又轻，如烟如雾而又不同于烟雾，三道内无论什么地方，瓦斯上浮是一定的，只是空间大小瓦斯含量和风速决定层位的高低。防止瓦斯在采煤工作面，工作面进风巷，采空区及上下隅角，工作面回风巷和掘进掌子头及巷道内的瓦斯积聚，把瓦斯控制在最低爆炸下限1％以下是采掘工作面通风研究的重大课题。

本发明的主要任务和解决的技术难题其一就是解决在矿井正常全风压通风状态下，能快速排除采、掘工作面及所属巷道采空区及上下隅角内涌出的瓦斯，发明实用性强经济效益好的通风方法，其二就是解决通风系统不良的小煤矿井下巷道及采、掘工作面的瓦斯层和瓦斯积聚，发明能快速排除小煤矿井下巷道内和采掘工作面的瓦斯层和瓦斯积聚的方法。

本发明技术方案是采用均衡气蚀孔隙压力差的通风方法，消除采煤工作面、工作面进、回风巷、采空区及上下隅角、掘进巷道全长及掌子头的瓦斯层和瓦斯积聚，使其降低裂爆炸下限1％以下，所谓均衡则是以通风方法同时作用于采、掘巷道全长段，气蚀则是利用风筒内的高速风流吹动和吸走瓦斯、炮烟、煤尘和其他有毒有害气体，克服现有混合式通风只用用于掌子头的掘进通风方法和采煤工作面除网络风流外三道无其他加强风流，能迅速排除巷内瓦斯的措施，使采掘巷道内的一维风流变为二维、三维风流。

本发明通风技术同人们日常生活中的换气扇、抽油烟机和吸尘器的工作原理近似，在生活中随着人们生活质量的提高，那些封闭的厨房内加工食物的油烟气和水蒸气污染空气，于是人们发明了换气扇，能快速排除油烟气和水蒸气释放到室外大气中，保持室内空气新鲜，后来人们又作了改进，使用效率更高的吸油烟机，同时派生了能吸进固体尘埃颗粒的吸尘器。

换气扇的安装方法是平行于上升的烟气流，安装在墙壁空洞内，依靠电风扇的高速运转风流吸入上升的油烟气和水蒸气，而吸油烟机平面垂直于上升的烟气流，安装在更靠近锅灶的地方，直接捕捉烟气流，因此排除烟气流的速度更快，吸尘器是依靠高速气流吸入固体颗粒的尘埃和杂物，把换气扇、吸烟烟机和吸尘器的工作原理优化应用于井下防治瓦斯煤尘，是最为理想的防治采掘巷道内瓦斯层和瓦斯积聚的方法，虽然人们已利用局部通风机向掘进工作面通风供氧，并由压入式、抽出式演变为混合式的长抽短压和长压短抽式通风，但由于巷道太长，断面又大，瓦斯又是普遍存在的量大且最轻的气体，巷道愈长瓦斯量愈大，则排除瓦斯的能力愈不足。

本发明的均衡气蚀孔隙压力差的通风方法设计时，根据瓦斯矿井的等级和测定的瓦斯浓度计算排瓦斯风量，选定规格的风筒上每隔一定距离切开一细长缝隙或孔洞，柔性风筒应在切缝或孔洞上加固，以防撕裂风筒扩大孔隙，无论刚、柔性风筒，都要在均缝或孔洞处都要有控制风量大小的措施。依靠采掘巷道全长段的风筒切缝或孔隙的高速风流，同时吹动和吸入有毒有害气体，形成采掘巷道全长段，长距离巷道断面内的风流小气候，无论压入式还是抽出式局部通风机，还可以利用风筒接头处的缝隙，变害为利，使得已有通风方法风流沿巷道中心线方向平行流动，改变为平行流动和垂直横向流动，即由一维流动变为二维、三维流动方式，这是本发明的矿井风流理论与传统的矿井风流理论的重大区别之处。

使用均衡气蚀孔隙压力差法的通风方法在煤巷掘进巷道中，应采用混合式均衡孔隙风筒的通风方式，即在掘进巷道开切眼时，迎全风压进风口安装压入式局部通风机和柔性风筒，巷道口另一侧安装抽出式局部通风机，和刚性、刚柔性风筒，即压入式通风机接入的均衡气蚀孔隙风筒可采用普通造价低廉的孔隙柔性风筒，工作面贯通形成全风压通风系统后全部折除。另一侧安装的抽出式局部通风机接入的均衡气蚀孔隙风筒应采用刚性风筒或刚筋作骨架的塑料布刚柔性风筒。采煤工作面贯通形成矿井全风压通风系统后，高瓦斯矿井和有瓦斯突出的矿井仍需保留抽出式局部通风机和刚性、刚柔性风筒，维护采煤工作面进、回风道，如自燃发火严重的矿井采取灌浆灭火措施的只维护工作面回风巷，均衡气蚀孔隙风筒在已维护的回风巷内可以抽排出采空区涌出的瓦斯，当该采煤工作面回采结束时，(即采终)再拆除风筒回收支架，无论那种材质和规格的风筒，都必须在风筒上切缝或打孔，给风流流出和吸入瓦斯留有一定的通道，切缝或打孔的数量以该风筒总流出或吸入风量的20％-40％为宜，过多则掘进掌子头风筒风量不足，如果巷道较长，则需增加通风机的风量，增加的风量要等于或大于巷道内的所有孔隙风量的总和，不是中央式开采，通风巷道太长或瓦斯浓度太大可在采区最近地表垂直钻进一大直径钻孔安装管道将瓦斯直接抽排入地面大气中，使用抽出式的刚性孔隙风筒其接头是螺丝固定的，可在接头处留一定的缝隙，也可以用在垫圈上作缺失切口，用螺丝固定拧紧，切口大小可根据风量需要加工。

在煤巷瓦斯涌出量较大的掘进巷道应用均衡气蚀孔隙压力差办法风筒上的切缝或孔洞，压入式风筒在巷道全长提供新鲜风流吹动瓦斯，抽出式风筒，吸入瓦斯、炮烟等有毒有害气体，即使风筒重叠段因巷道内有风流流动，也不会产生风流停滞现象，且二个风筒工作性质不同，也不会产生循环风，风筒上切缝的长度和切缝之间的距离及孔洞的直径和孔距，可根据实际风量的需要进行切缝和打孔，可以只切缝不打孔，也可以只打孔，不切缝，也可以又切缝又打孔，因有孔洞的漏风，应增大的风量达到能满足巷道内和掌子头足够的新鲜风流，并能吹动、吸入、瓦斯、炮烟为宜，其通风的风量应以孔隙风筒到达掘进掌子头的风量为主、为大，巷道内孔隙风筒口吹出和吸入的风量为辅比例为3∶7或4∶6，改善工人劳动环境，掘进巷道的均衡气蚀孔隙压力差法通风，可加快掘进掌子头和巷道内空气置换速度，快速排除巷道内涌出的瓦斯，克服了已有混合式通风方法风流排瓦斯能量均发生在掌子头的缺陷。根据需要，二个风筒口到掌子头的距离，要尽可能保持在有效吸程和有效射程以内，要求出风口的高速气流不能吹起煤尘，不影响工作为限，吸入风筒口尽可能靠近掌子头，以能吸入掌子头全部炮烟和瓦斯，这些污蚀风流排入采区回风巷、回风石门后会随全风压风流快速流入主要回风巷、总回风巷后排入大气。小煤矿巷道较短，通风机可安装在地面，污风直接排入地面，如果煤炭产量较大或高瓦斯小煤矿，应使用混合式均衡孔隙压力差通风方法，局部通风机也可以安装在井下巷道中。

采用均衡气蚀孔隙压力差通风方法应用在采煤工作面、工作面进、回风道和采空区排出瓦斯体法时，因已有矿井全风压通风，可单独使用抽出式通风方法，一般来说，采煤工作面发生瓦斯爆炸是在矿井全风压通风方法不能冲淡排除大量涌出的瓦斯而产生的积聚，单独靠加大风量效果并不十分显著，且增大风量又受到采煤工作面实际最高允许风速的限制，一般讲采煤工作面通风系统，应该是工作面进风巷(运输巷)、采煤工作面(机采、综采、综放、炮采、风镐、手镐采煤法等)工作面回风巷，同时还应包括采空区及上下隅角，这些都是采煤工作面通风风流必经之路和容易漏风的地点，因是全煤工作面是瓦斯量最大且容易积聚的地点，在矿井正常通风时的全风压风流向采空区漏风，因风流不畅，造成大量瓦斯积聚在采空区及上、下隅角，在安装均衡气蚀孔隙压力差法的局部通风机时，可以将通风机机头安装在工作面回风巷道外侧与之相联接的采区回风道或回风石门内，距离工作面回风巷口外侧10米以外的地点，把有切缝或孔洞的风筒吊挂在工作面回风巷上部棚梁右臂部位以不防碍行人和运输为准，风筒的长度在工作面回风巷中应为巷道全长，即初次采煤时采煤机的机头、机尾位置，走向长壁后退式采煤法采煤时应维护工作面回风巷，只有在该采煤工作面回采完毕工作面密闭前才可逐段(节)拆除风筒，回收支架，如果是高瓦斯矿井和煤与瓦斯突出矿井，在采煤工作面的倾向斜长也应安装小些直径的孔隙风筒，并与工作面回风巷中的孔隙风筒每节接头处以三通连接，工作面的小直径风筒应使用可弯曲的有刚性骨架的柔性风筒，并在风筒上切缝或打孔，以快速吸入采煤工作面涌出的瓦斯，小直径内筒的长度应到达采煤工作面最下部的下隅角为好，采煤工作面使用小直径孔隙风筒的优点是虽然风筒内风速较高，但风筒与煤壁或采煤机距离较远，不会大量吸动煤尘而造成煤尘飞场，小直径风筒安装在自移液压支架、单体液压支架、摩擦金属支架二立柱中靠的顶板部位，水平面上以铁丝固定在横向支架二柱上，支架移动时，自移液支架内的孔隙风筒可随支架共同移动，单体液压支架和金属摩擦支架，移柱时，应先放掉靠近工作面一侧支柱，把风筒前移，再放掉另一侧支柱和顶梁。

在走向长壁后退式采煤工作面，大多采用上行风下运输的开采方式，高瓦斯矿井和煤与瓦斯突出矿井，工作面进风巷也应该安装均衡式气蚀孔隙风筒，在采煤时维护工作面进风巷，风筒长度直达采空区维护段巷道全长，在有煤层自燃发火的采空区进行灌浆灭火时，可以不维护工作面进风巷只维护一条回风巷，孔隙风筒的长度，在回采工作面只达采空区下隅角为止，在下隅角回柱前，把风筒前移以便通风，急倾斜煤层如用倒台阶采煤法，水平分层下行垮落采煤法，可将均衡气蚀孔隙压力差风筒安装在区段运输平巷和回风平巷中或采区运输石门、采区回风石门中。

小煤矿因为距离地表较近井下巷道较短，有的不具备通风系统或通风系统不完善，因为是独眼井通风困难，只有一个安全出口，安全性差而国家明令禁止开采，一般的小矿井采煤掘进工艺简单，通风线路较短，瓦斯量较大，使用全风压通风系统健全的小煤矿安装均衡气蚀孔隙压力差式风筒的方法同大中型煤矿相同；通风系统不健全或构不成通风系统的小煤矿安装均衡孔隙压力差式风筒安装方式方法同大中型矿井的掘进工作面和采煤工作面巷道内的安装方法相同，为了防止循环风只是必须把混合式的二台通风机机头安装在地面，相距10米远以外的地方，其孔隙风筒沿井筒巷道直达采、掘工作面掌子头和采煤工作面内，为了便于安装二台通风机，井筒断面较小的小煤矿，井筒应设计成矩形，正方形一侧作为提升井口，断面较小一侧可作不二台通风机风筒安装使用，从井口直达采、掘工作面的风筒，只有在并筒落平后的平巷才可以使用切缝或打孔的风筒，二个风筒应接入到采、掘工作面，以不吹起煤尘的距离为准。由于小煤矿采煤工艺简单，通风路线较短而井巷断面较小，极易产生巷道瓦斯的层和瓦斯积聚，为了快速排除采掘工作面及巷道内的瓦斯，因此构不成通风系统的小矿设立二台局部通风机，一台为压入式局部通风机从地面供给新鲜空气，另一台抽出式局部通风机排除巷道内和采煤工作面瓦斯层、积聚瓦斯、炮烟等有毒有害气体，井筒为斜井的小煤矿安装方法同立井相同，但均衡气蚀孔隙风筒应安装在斜井巷道上部一侧或二侧，应不防碍行人通车为准，如果井型很小，通风路线很短，瓦斯涌出量较小，也可以单独使用一台压入式或抽出局部通风机，但采煤工作面及所属行人巷道中瓦斯浓度必须小于0.5％时才允许使用，否则，则使用二台部通风机同时工作向工作面通风供氧降温和排除瓦斯等有毒有害气体。

已构成通风系统的小矿井如果开采范围较大井巷较长，已使用的矿井全风压通风，但采掘工作面及回风巷中瓦斯浓度较大有瓦斯爆炸危险，同样也应使用均衡气蚀孔隙压力差风筒，安装在采煤工作面和回风巷中。

在煤矿井下采掘工作面使用的均衡气蚀孔隙压力差式风筒和局部通风机，可以使用轴流式局部通风机，也可以使用离心式局部通风机，但在瓦斯量大或有煤与瓦斯突出的矿井采掘工作面的抽出式通风最好使用离心式局部通风机。

如果采、掘工作面巷道较长，一台局部通风机风压不足，可采用串联二台局部通风机的方法增加风压，使用此项瓦斯防治技术，是在只需维护进、回风巷，不增加掘进工程量的情况下设计的，维护进、回风巷同工作面采煤的超前支护效果一样，对保障采煤工作面的安全生产极有好处，如果井田采用边界式通风，或高瓦斯煤矿因通风路线长，风阻大，对排瓦斯不利，采区回风道中瓦斯超限1％，此时可在采区回风道附近从地面垂直钻孔安装抽排瓦斯管路，把从采煤工作面回风道抽排出的瓦斯炮烟等有毒有害气体直接抽排到地面，此项技术对抽出式矿井全风压通风系统通风方法更有利，对于压入式矿井全风压通风系统，应增加全风压的风量，否则风量分流会使主要回风道，总全风道风量减小，对矿井通风系统不利。

在高瓦斯矿井掘进巷道内安装混合式局部通风机是瓦斯防治技术之必须，面在采煤工作面回风巷中保留已安装抽出式局部通风机虽然有矿井全风压通风，但也是瓦斯防治技术之必须，此部抽出式局部通风机是在煤巷掘进时已经安装完毕，只不过是在掘进巷道贯通后没有及时拆除，要等到整个采煤工作面回采完毕，在密闭前拆除，因此不增加局部通风机和风筒的安装费机器设备费和材料费，增加局通风机的运转电费和巷道维护人工费和部分材料费，因此与瓦斯抽放专用瓦斯巷的瓦斯防治技术相比费用较少。

为了提高风筒口的通风质量，无论是压入式或抽出式局部通风机的风筒口都应有减小风筒口通风断面的措施，如可在风筒口安装闸门其他可减小风筒口断面的方法，也可在未节风筒接入一节小直径风筒的方法，如未节风筒口安装闸门风筒，闸门应放开1/3、1/2、2/3风流断面，不可全开或全关闭闸门，以利于通风。

均衡气蚀孔隙压力差法风筒在煤层巷道内每节风筒都要切开细长缝隙或打孔(洞)，根据瓦斯量大小，孔隙数量可以是几个、十几个、几十个风筒的材质可以是刚性的薄铁板，塑料和其他刚性材料的风筒，也可是加筋塑料布、帆布等柔性风筒或金属圈作刚性骨架的塑料布风筒，在风筒上可以打孔或切缝，也可以只打孔不切缝或只切缝不打孔，孔隙风筒的直径一般为200mm-1000mm，常用的为300mm-600mm，孔隙切缝和孔洞应采取加固措施防止风流撕裂风筒，方法是在孔隙处加装可关闭或开启的能左右移动的闸板或其他控制风流的措施，孔隙切缝的长度，宽度和孔洞的直径为1-300mm，一般常用的为10-100mm。

为了尽量少占用巷道横断面空间，巷道宽便于安装吊挂，便于行人运料和通过矿车刚性和刚柔性孔隙风筒的横断面可加工成椭园形、正方形、长方形、园形矩形等任意形状。

本发明同现有采、掘工作面通风技术相比，具有极大的优越性，无效的瓦斯煤尘爆炸事故都是由于通风不良的原因而发生的，所谓不良，即通风方法不良，通风技术有缺陷，需要改进或完善采掘工作面的通风技术就属此类，即需改进和完善的技术，此项发明成果即可弥补这一技术的不足。

根掘瓦斯气体的性质，极易造成瓦斯积聚尽管人们采取了许许多多防治瓦斯的措施，如从利用自然通风发展到机械通风，并尽可能的加大风量，有些已经达到最高允许风速，但巷道内的瓦斯层和瓦斯积聚的现象仍十分严重，这就说明瓦斯在煤层内涌出和空气在井巷内流动的机理和瓦斯的性质这些矛盾还没有得到调合调整和缺少解决矛盾的方法，缺少必要的技术和装备可以高效快速地排除瓦斯，即仅靠加强通风，增加风量来解决巷道瓦斯层和瓦斯积聚的矛盾，这不但是一个经济的问题，更重要的是井下不同用巷道断面的变化和不同用风地点的风速限制，这个矛盾不可调合，而采用均衡气蚀孔隙压力差通风法，可以有效的解决这个难以调合的矛盾，即增大的风量，提高了风速，只在风筒内进行，而且可以根据瓦斯涌出量大小，巷道的长度任意增加或减小风量，只要达到巷道内瓦斯量尽可能的少，即巷道内无论涌出多少瓦斯都能及时排出巷道，而不会在巷道内积聚，本发明技术的关健是充分利用主要回风巷，总回风巷的高风速、大风量的排瓦斯功能，利用机械风压强行将瓦斯气体抽放到大断面，高风速的主要回风巷道中，然后利用主要回风巷，总回风巷中的高速风流(10m/s)将瓦斯快速排到地面。事实巷道内瓦斯层乃是瓦斯积聚的另一种积聚形式它和无风地点的瓦斯积聚同属一种性质，只不过是在低速风流缓慢流动的一种层聚瓦斯，其危害性是很大的，即达到一定浓度，遇到火源即可引起瓦斯爆炸，仅从瓦斯含量虽然为0.5％，但有煤尘量达到30克/m3，即可引爆瓦斯引起爆炸的危险性看，能够引起爆炸的概率相当大的，在生产中放炮崩落煤尘量是很大的，这时如果放炮不规范，不按要求装药封泥(孔)那么放炮窜出的火焰也可引爆瓦斯。

现有巷道掘进工作面中，现有的通风技术，无论是抽出式通风，压入式通风或者是混合式通风，风流在巷道这个狭窄的空间的流动方式都是平行于巷道中心线方向，风筒的漏风是认为有害的并采取各种措施加以防备的，更重要风筒的出风口，进风口均在巷道掌子头，以其出、进风流，吹散和吸入掌子头的瓦斯和炮烟，虽然高瓦斯矿井煤巷掘进工作面、掌子头由于新揭煤体瓦斯涌出量较大，但人们往往忽视了全煤巷道即煤层巷道的侧壁及巷道顶底板的整个巷道全长断面都会更大更多的瓦斯涌出量，对于处理这些大量瓦斯，现有通风技术均无特殊处理措施，只靠掘进掌子头风筒口风流的作用，向外挤压的风流带走瓦斯，风流只作用掘进工作的掌子头，风筒口和巷道内风速比相差太大，可以想象其冲淡巷道内瓦斯层的风流工作机理是何其的缓慢，产生巷道瓦斯层乃至瓦斯积聚也就不足为怪了。

本发明的气蚀孔隙压力差方法的通风技术，可以解决采煤、掘进工作面风速和风量的限制，即无论增加多少风量提高多少风速都不会只发生在掘进掌子头和采煤工作面，对工作面的生产环境没有影响，因此在技术经济都允许的情况下，合理地增加风量，提高风速，对防治瓦斯极为有利，因此，风量、风速和工作环境对于防治瓦斯的矛盾可以解决了，所以，在采掘工作面使用均衡气蚀孔隙压力通风技术后的采掘工作面，瓦斯含量可大大减小，工作环境大大改善，因风流可以在巷道内横向流动，可以改善采掘工作面巷道这个狭窄空间小气候使巷道内风流流动由一维变为二维三维流动，这是本发明同现有通风技术的重大发现，有不可比的优越性，根据巷道内瓦斯含量，调整风量使之达到最佳效果，即能够快速排出炮烟，瓦斯、煤尘等有毒有害气体。

在经济效益方面，对于高瓦斯和煤尘瓦斯突出矿井的瓦斯抽放技术，虽然抽放瓦斯可以减少一些巷道瓦斯涌出量及减少煤与瓦斯突出次数，但在抽放后的煤层内掘巷瓦斯量仍然很大，即只能抽放煤层内占瓦斯总量20％游离瓦斯的20-30％，即瓦斯总量的7-10％可以被抽出，余下的90％的游离和吸附瓦斯只在机组落煤时，才大量释放出来，何况抽放后的煤层不可能完全杜绝煤与瓦斯突出，只不过瓦斯抽放后煤与瓦斯突出次数相对少一些罢了。根据《煤矿安全规程》第145条采掘工作面瓦斯涌出量大，用通风方法解决瓦斯问题不合理或开采有煤与瓦斯突出危险煤层必须建立地面永久抽放瓦斯系统或井下临时抽放斯系统。但抽放瓦斯的方法的不足是，一投放时产间长，要达到投放50％瓦斯，需6-8年时间，减少抽放瓦斯量，最少也需要半年到一年，抽放效率低，如果予抽煤层瓦斯，有时会影响工作面正常接续或影响正常生产，抽放工艺落后，需投入大量资金用于购买设备和专用瓦斯泵(二套)安装瓦斯管路，掘进瓦斯巷道，大量抽排瓦斯钻孔及电力、人工管理等，因受钻孔密度限制，仅能投放部分游离瓦斯(即瓦斯总含量20％的游离瓦斯的一部分，最多也就7-10％)，而80％的吸附瓦斯，只有落煤时才能煤体中释放出来，因此，抽放瓦斯，投入巨大部分有效，只能起到事倍功半效果，得不偿失，虽然抽放瓦斯可使煤与瓦斯突出次数减少，但瓦斯突出并不等于瓦斯爆炸，如果严格控制引火源，使用最有效的通风技术，突出的瓦斯能快速随风流带走，消灭瓦斯积骤，则瓦斯爆炸可以防止，即使发生煤与瓦斯突出，根据预兆采取措施，及时预防，可以把瓦斯突出造成的损失降低到最低限度，因此对于抽放瓦斯系统而言，使用均衡气蚀孔隙压力差通风技术，同样是用于防治瓦斯技术相比，抽放瓦斯时间长，新方法立竿见影，抽放瓦斯投入资金巨大，本专利技术只需抽放瓦斯系统投入的30％资金，可节省70％的资金便可达到防治瓦斯的效果，如果使用专用排瓦斯巷，则抽放系统投入更多，本均衡气蚀压力差技术是在已掘巷道中敷设掘进、采煤二用，可节省大量资金，因此，采用均衡气蚀孔隙压力差通风技术投入少、效率高、安全可靠，比瓦斯抽放等技术节省资金4/5，提高功效10倍。

实施本发明最好的方式是利用均衡气蚀孔隙压力差风筒伸入采空区、上下隅角及采、掘工作面，在掘进巷道内的均衡气蚀孔隙压力差风筒或普通孔隙风筒放炮时拉回到巷道内安全地点，放炮后拉回到掌子头。

采煤工作面及工作面进、回风巷，只采用抽出式均衡气蚀孔隙压力差风筒、风筒口应伸入到采空上下隅角内，为了保证风筒口留有较大的风流吸入量，不维护进风巷的下隅角放顶撤架前将风筒割开，不要割断，或拆除回收一节孔隙风筒，采煤工作面的孔隙风筒直径较工作面回风道内的风筒直径工小一些，回风巷内风筒每个接头部分要接入三通接头，以便接入回采工作面内风筒，高瓦斯矿井可在工作面进风巷及下隅角同时维护进风巷接入孔隙风筒，以便吸入工作面进风巷内及下隅角的瓦斯，避免三道瓦斯汇合加大工作面回风巷内瓦斯量，如果采煤工作面较短或风筒接入困难的话，也可以不接入风筒，风流可形成掘进巷道内风流小气候，可使风筒漏风风流以有害变成无害有益，这是本发明的新颖性，维护进、回风巷利用风筒的孔隙吸入大量瓦斯层防止瓦斯积聚是本发明的实用性。

本发明的通风方法是在不改变矿井全风压通风系统的情况下研究设计的，充分利用全风压可起到减小风阻的目的，增大风量提高风速，只在风筒内及风筒孔隙较近的地方。

实施本发明较为有利的条件是从回采工作面及工作面回风道抽出的瓦斯气体在排入采区回风巷后，经回风石门直到总回风巷道，巷道断面逐渐增大阻力减小，风流流速逐渐加快这时井巷内的瓦斯气体被大断面，快流速的空气冲淡，瓦斯浓度将会很小，这些有毒有害气体会很快到达出风井，经主要通风机抽排至地面大气内而不会在井下巷道内滞留积聚，这是实施本发明的有利方面。

在采煤工作面及工作面回风巷的孔隙风筒吸入一定量的风流，造成这些巷道内风量减少，此时可适当增加工作面进风巷的风量作补偿。

掘进巷道为独头巷，因为是新开巷，瓦斯涌出量大瓦斯治理更加困难，因此，采用均衡混合气蚀孔隙压力差通风方法最为有效的防治瓦斯，可以大大改善通风质量。

本发明适用于低瓦斯矿井，更适应于高瓦斯矿井和煤(岩)瓦斯突出的矿井，其技术经济效益更明显优于其他瓦斯防治方法。在煤巷掘进工作面使用的压入式均衡气蚀孔隙差力差法风筒，面对人行道一侧最好不要切缝或打孔，或关闭行人一侧孔隙防止风吹行人，孔隙风筒吊挂位置不应影响行人和车辆运输。

将巷道风流沿巷道轴线流动的一维流动形式，改变为采煤工作面三道的沿巷道轴线和横截面流动二维和掘进工作面的三维流动形式是均衡气蚀孔隙压力差通风方法独到之处，也是防止瓦斯、煤尘爆炸技术成功的关健。

采煤工作面进风巷虽有全风压通风但又安装了局部通风机抽排瓦斯，但此局部通风机是在掘进时就已经安装使用，只是在掘进巷道贯通形成全风压通风系统后保留抽出式局部通风机，拆除压入式局部通风机，在采煤工作面达到采终线，工作面巷道密闭前拆除抽出式局部通风机和风筒，撤架回柱，然后再对采煤工作面巷道密闭。

采煤工作面进回风道虽然安装了局部通风机和孔隙风筒，但不增加任何工程费用，只是在采煤期间排瓦斯的电费，部分巷道维护费，与其他防治瓦斯的技术相比，此费用是低廉的，即其他防治瓦斯工程的费用20％-30％，因此采用均衡气蚀孔隙压力差通风技术防治瓦斯是安全高效的。

Claims (10)

1. 一、一种用于防止煤矿井下瓦斯煤尘爆炸的方法是采用均衡气蚀孔隙压力差法的通风技术，应用在煤矿井下掘进工作面可以使用混合均衡气蚀孔隙压力差风筒，即一条压入式柔性均衡气蚀孔隙压力差法的风筒和一条抽出式刚性或刚性作骨架用塑料布的，加强柔性均衡气蚀孔隙压力差风筒，二条风筒在煤巷掘进巷道内和使用在采煤工作面进、回风道，采煤工作面及已维护采空区的巷道内孔隙风筒均应切缝或打孔，刚性风筒的接头处如果用螺丝加垫圈固定，可在刚性风筒接头处松动螺丝帽或垫圈缺失边方法留有一定空隙代替切缝，其通风的风量应以均衡气蚀孔隙压力差风筒到达掘头掌子头的风量为主，为大，巷道内孔隙洞口吹出和吸入的风量为辅，比例为3∶7或4∶6，使得掘进掌子头和巷道内形成混合式二维三维气流，冲散和吸入掘进巷道内及掌子头的瓦斯，炮烟等有毒有害气体排放到采区回风巷、主要回风巷或回风石门、总回风巷，如果采用边界式通风或采区回风道中瓦斯浓度超限可在1％以上采区回风巷地表上方用大钻孔直达地面，至采区回风巷，在钻孔内安装排瓦斯管道，二条风筒口在掘进掌子头，应满足有效吸程和射程，风筒应是挂在巷道上方，帮壁的一侧或二侧，小煤矿因井型小，巷道长度较短的无石门瓦斯量大，使用均衡气蚀孔隙压力差法风筒安装方法同大中型矿井的掘进煤巷时的安装方法相同，其通风机主机可安装在地面，也可安装在井下回风巷道内，掘进工作面利用矿井全风压通风防治瓦斯为辅，以抽出式均衡气蚀孔隙压力差风筒吸入瓦斯气体为主的通风瓦斯防治方法，采煤工作面抽出式均衡气蚀孔隙压力差风筒每节风筒都要切缝或打孔，工作面回风巷内均衡气蚀隙风筒每节风筒接头，可加装三通接头，作接入工作面孔隙风筒之用，如瓦斯量小安装不便也可不接三通接头，孔隙风筒长度直达采空区已维护的工作面进、回风巷内最远地点，如采空区灌浆防火，工作面进风巷无法维护，可只维护工作面回风巷加强的超前支护，工作面进风巷如不维护，在回柱撤架放顶前应割开风筒，不要割断也可折除未节风筒，高瓦斯矿井和煤与瓦斯突出矿井在工作面进风巷中也应接入均衡气蚀孔隙压力差风筒，长度直达采空区下隅角，局部通风机应安装在工作面回风巷口外10mm以外或主要回风巷，回风石门、总回风巷中，小煤矿的采煤工作面巷道较短，采场狭小，可在工作面安装二台混合式均衡气蚀孔隙压力差法风筒，向小煤矿的掘进采煤工作面通风、供氧、降温，吸入排除瓦斯，局部通风机可安装在井下、回风巷内，也可安装在地面，风筒口均应直达并下采煤作面的用风地点采场内，其特征是均衡气蚀孔隙压力差法风筒在煤层巷道内每节风筒都要切开细长缝隙或打孔(洞)根据瓦斯量大小，孔隙数量可以是几个、十几个、几十个。
2. 2、根据权利要求1所述的通风方法，其特征是风筒的材质可以是刚性的薄铁板，塑料和其他刚性材料的风筒，也可以是加筋塑料布、帆布等柔性风筒和金属作刚性骨架的塑料布风筒。
3. 3、根据权要求1所述的通风方法，其特征是在煤层巷道的采掘工作面内每节风筒上可以打孔又切缝，或者只打孔不一切缝，只切缝不打孔。
4. 4、根据权利要求1所述的通风方法，其特征是孔隙风筒的直径应以满足防治瓦斯需要的风量一般为200mm-1000mm常用的为300mm-600mm。
5. 5、根据权利要求1所述的通风方法，其特征是对风筒上的孔隙切缝和孔洞，应采取加固措施，防止风流撕裂风筒，在孔隙处加装可关闭或开启的能左右移动的闸板或其他控制风流的措施。
6. 6、根据权利要求1所述的通风方法，孔隙切缝的长度、宽度和孔洞的直径为1-300mm，一般常用为10-100mm。
7. 7、根据权利要求1所述的通风方法，采掘工作面刚性风筒可利用接头螺丝不紧固或垫圈缺失部分的缝隙吹动和吸入瓦斯、煤尘，炮烟有毒有害气体。
8. 8、根据权利要求1所述的通风方法，采掘工作面局部通风机风压不足，可用串联二台局部通风机的方法增加风压。
9. 9、根据权利要求1所述的通风方法，局部通风机可以使用离心式，也可以使用轴流式，高瓦斯和有煤与瓦斯空出矿井，采掘工作面最好使用离心式通风机和孔隙风筒。
10. 10、根据权利要求1所述的通风方法，孔隙风筒的横断面可加工成椭园形、园形、正方形、长方形、矩形等任意形状。