專利名稱：一種用于防止煤礦井下瓦斯煤塵爆炸的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為采用均衡氣蝕孔隙壓力差通風(fēng)技術(shù)將涌入煤礦井下采煤掘進工作面巷道內(nèi)的瓦斯等有毒有害氣體和飛揚的煤塵細(xì)小顆?？焖倥懦霾擅汗ぷ髅?、工作面進回風(fēng)道、采空區(qū)和掘進巷道，以防止這些巷道內(nèi)瓦斯煤塵爆炸，改善采掘工作面作業(yè)環(huán)境、保障煤礦井下安全生產(chǎn)的正常進行。
在煤礦井下已有的通風(fēng)技術(shù)中的所采用的通風(fēng)方法有一是自然通風(fēng)方法；二、是機械通風(fēng)方法。
一、自然通風(fēng)方法是靠兩井口高差和季節(jié)變化的溫度差在礦井中產(chǎn)生的自然風(fēng)壓來實現(xiàn)礦井通風(fēng)的，這是因為由于進風(fēng)井與出風(fēng)井口高低不同，溫度不同，井筒中空氣柱受熱條件不同，因而空氣密度不同，形成井筒間產(chǎn)生的空氣柱重量差而形成的自然風(fēng)壓，單一并筒在冬季巖石溫度高于空氣溫度，因而靠近井壁的空氣溫度要高一些，所以能使空氣從井筒中間向下流，從靠近井筒璧四周往上升(夏季則相反)因而形成自風(fēng)流，自然通風(fēng)方法法簡單，不需要通風(fēng)機械設(shè)備，沒有通風(fēng)費，不增加生產(chǎn)成本，但因風(fēng)壓低、風(fēng)量小，可作通風(fēng)機之補充，對于煤炭產(chǎn)量、掘進工作量較大和有瓦斯涌出的礦井，不管瓦斯涌出量大小，此種通風(fēng)方法不可單獨使用。
二、機械通風(fēng)方法是就是利用電動機帶動扇風(fēng)機旋轉(zhuǎn)的機械動力風(fēng)流形成井口之間的空氣壓力差，促使空氣在井下巷道內(nèi)流動，機械通風(fēng)機有主要通風(fēng)機和局部通風(fēng)機兩類，其工作方式都有壓入式通風(fēng)和抽出式通兩種，壓入式通風(fēng)把扇風(fēng)機安裝在地面的進風(fēng)井口一側(cè)或井下掘進巷道切眼口迎全風(fēng)壓風(fēng)流一側(cè)，扇風(fēng)機工作時不斷把新鮮空氣送入井下和采掘工作面，有毒有害氣體從回風(fēng)井口排出。壓入式通風(fēng)使用的扇風(fēng)機將空氣吹入井下，使井下空氣壓力大于地面空氣壓力，風(fēng)筒內(nèi)壓力高于巷道內(nèi)空氣壓力，所以叫正壓通風(fēng)。抽出式通風(fēng)是把扇內(nèi)機安裝在地面出風(fēng)井口一側(cè)或局部通風(fēng)機安裝在掘進巷道口對右側(cè)風(fēng)筒敷設(shè)在掘進工作面巷道內(nèi)，將井下有毒有害氣體從出風(fēng)井口抽出，從進風(fēng)井口自動流入新鮮空氣，風(fēng)筒抽出工作面掌子頭炮煙、瓦斯氣體和煤塵，這種通風(fēng)方法使井下空氣壓力低于地面空氣壓力，所以又叫負(fù)壓通風(fēng)，雖然正壓通風(fēng)和負(fù)壓通風(fēng)通過的風(fēng)流路線相同，但正壓通風(fēng)時主要通風(fēng)機一旦停轉(zhuǎn)，井下采掘工作方面及其所屬巷道內(nèi)空氣的壓力就會降低，因而采空區(qū)富集瓦斯和采掘工作面及所屬巷道內(nèi)煤層瓦斯可能會大量涌出，不利于安全生產(chǎn)，負(fù)壓通風(fēng)的井巷風(fēng)流處于負(fù)壓狀態(tài)，如果主要通風(fēng)機一旦停轉(zhuǎn)，井下巷道內(nèi)的空氣壓力會升高，可以暫時抑制或放慢采空區(qū)及巷道頂部冒落帶積聚的瓦斯涌向巷道，還可以減少電耗降低通風(fēng)成本，因此，井下一般都采用抽出式通風(fēng)。
礦井通風(fēng)的目的是給采、掘工作面提供新鮮風(fēng)流，供氧、工作面降溫、隨風(fēng)流帶走有毒有害氣體，如炮煙、瓦斯、煤塵等，改善工人作業(yè)環(huán)境。在正常生產(chǎn)的礦井中，通風(fēng)設(shè)計雖然經(jīng)過通風(fēng)阻力計算，合理分配了風(fēng)量，達到了采掘工作面日常生產(chǎn)所需風(fēng)量，人們沒有感到因氧氣缺少而不適，這對于有良好通風(fēng)系統(tǒng)的低瓦斯礦井可行，但對于瓦斯涌出量較大的高壓斯礦井，通風(fēng)不良的小礦井和有煤(巖)瓦斯(二氧化碳)突出礦井，可能會造成采掘工作面及所屬巷道中風(fēng)速太低或基本無風(fēng)流而不利于安全生產(chǎn)，無論新老《煤礦安全規(guī)程》都規(guī)定，采掘工作面允許最低風(fēng)速為0.25米、排瓦斯僅為0.5米，實際能達到的風(fēng)速也僅為1米左右，能達到最高允許風(fēng)速的基本沒有，這是因為采掘工作面的工作環(huán)境限制了風(fēng)速，提高風(fēng)速會使煤塵飛揚，惡化工人工作環(huán)境。
由于煤礦井下采煤、掘進工作面的巷道中嚴(yán)格限制風(fēng)速，而瓦斯又是煤礦井下普遍存在的因成煤階段衍生的大量氣體，因并田開拓、煤巖的開采而大量積聚在掘進巷道內(nèi)及采煤工作面進風(fēng)巷、采煤工作面、工作面回風(fēng)巷、采空區(qū)及上、下隅角內(nèi)，這些瓦斯隨風(fēng)流速度只能以緩慢擴散流動的方式匯合到工作面回風(fēng)巷中流出，從而造成工作面回風(fēng)巷道中積聚成較高濃度的瓦斯層，在瓦斯體積力和風(fēng)流紊流作用下，甚至充滿整個巷道斷面，只是巷道頂板部分瓦斯?jié)舛认鄬Ω咭恍?，巷道中心及下部瓦斯?jié)舛认鄬Φ鸵恍⒑拖噜彶蓞^(qū)回風(fēng)巷和工作面回風(fēng)巷中排出的瓦斯相匯合。一般情況下，采煤工作面進風(fēng)巷、采煤工作面、工作面回風(fēng)巷、采空區(qū)及上、下隅角都有瓦斯涌出，由于采空區(qū)煤、巖挎落不實，工作面進風(fēng)巷及采煤工作面向采空區(qū)漏風(fēng)且風(fēng)流不暢，因此采空區(qū)內(nèi)瓦斯更容易積聚，瓦斯量可達50％，隨著工作面向前推進采空區(qū)增大，這個含量還會增大。
造成煤礦采煤工作面及工作面回風(fēng)巷道內(nèi)瓦斯層及瓦斯積聚的另一個主要原因巷道內(nèi)的風(fēng)流沿巷道中軸線(中心線)的方向作一維運動，而采掘工作面巷道壁都不是光滑壁面，大多為鋼、木材質(zhì)的有棚梁腿的有間距的梯形凹凸支護形式，可以增大風(fēng)流摩察力和風(fēng)流阻力，由于空氣的粘性性質(zhì)，即使在同一巷道橫斷面上，風(fēng)流速度也不是相同的，即巷道中心風(fēng)速最大，巷道周壁風(fēng)速最小，最小和最大風(fēng)速的差別可在0.7-0.8倍。另外，由于瓦斯氣體又是煤礦井下除氫氣以外最輕的氣體，比重僅為空氣的0.554，一般每立方米僅為0.719kg，而空氣為1.293kg/m3，在礦井低速風(fēng)流作用下，可以成為水平方向和傾斜、垂直上浮運動，水平方向為低速風(fēng)流帶走，傾斜、垂直上浮則形成頂板瓦斯層，而瓦斯的涌出又是連續(xù)的不間斷的，因此，煤巷側(cè)壁和底板的瓦斯涌出量也是較大的，由于瓦斯氣體比空氣輕得多，粘性比較大，流速干擾造成瓦斯層在有棚梁腿支護巷道周壁的流速僅為巷道中心平均風(fēng)速的0.5-0.7倍，形成了巷道風(fēng)流中多種有毒有害氣體存在，但瓦斯流動滯后，即瓦斯氣體移動速度不能超過巷道內(nèi)的低速風(fēng)流速度，而只能以采掘工作面巷道中的低速風(fēng)流作為載體，瓦斯氣體在風(fēng)流中緩慢滯后移動，在瓦斯?jié)舛容^大，瓦斯體積力(密度)作用下，瓦斯和混合氣體又會在巷道中心作共同等速流動。
井巷愈深、巷道斷面愈小、離井口愈遠、通風(fēng)阻力愈大。而井筒巷道斷面設(shè)計的變化，雖然是控制巷道風(fēng)量的措施，但采掘工作地點都是遠離主要通風(fēng)機，而且斷面相對較小，通風(fēng)阻力最大，如井筒(斜巷)主要進回風(fēng)道，采區(qū)運輸、通風(fēng)石門，采煤工作面進風(fēng)道，采煤工作面及工作面回風(fēng)道的設(shè)計斷面是大、中、小、中、大，所以在這些巷道的通風(fēng)阻力是小、中、大、中、小，因而風(fēng)速也是快、中、慢、中、快，由此可以看出，采煤工作面三道，斷面小，風(fēng)阻大，風(fēng)速慢，同時又是人機活動工作場所，人、機均占用一定巷道通風(fēng)空間，又是瓦斯涌出量最大的地點，又由于支架型號各異和采煤機械設(shè)備類型有關(guān)，如；掩護式液壓支架，摩擦金屬支架木支架的空間斷面要小于柱式液壓支架，鋼支架單體液壓支架等，更加增大通風(fēng)阻力，因而瓦斯積聚不可避免，煤巷掘進巷道因初次揭煤，瓦斯涌出量更大，在各種因素的礦山壓力和瓦斯體積力作用下，可發(fā)生煤巖與瓦斯突出。
在所有的礦井通風(fēng)設(shè)計計算風(fēng)量時，都考慮了各種漏風(fēng)因素并增加了相應(yīng)的風(fēng)量，但在生產(chǎn)實踐中，由于因通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中有眾多的風(fēng)墻、風(fēng)門、風(fēng)橋等通風(fēng)構(gòu)筑物，人員、設(shè)備、車輛的頻繁出入，風(fēng)門的頻繁開啟，開啟一個風(fēng)門，另一風(fēng)門必然增大漏風(fēng)量，如果二個風(fēng)門都同時開啟，則會造成該時間內(nèi)的風(fēng)流短路，撞壞的風(fēng)門不能及時修復(fù)，也會增大漏風(fēng)量，雖然時間有長有短，但對整個通風(fēng)系統(tǒng)的危害極大，可以使本來風(fēng)速很低的采掘工作面及所屬巷道內(nèi)此時風(fēng)量嚴(yán)重不足或風(fēng)流停滯瓦斯大量積聚，在采掘工作面有效的風(fēng)路斷面內(nèi)，人員、物料、礦車、機械、設(shè)備，采場支架形式和礦山壓力等，人為地或自然地質(zhì)因素減少有效風(fēng)路斷面，某些局部的塌方冒頂，如果不及時處理或方法不當(dāng)，會給瓦斯積聚創(chuàng)造條件，風(fēng)路中某一局部地點有問題或不通暢，都會影響采掘工作面或整個采區(qū)乃至井田一翼的通風(fēng)系統(tǒng)，這些在礦井通風(fēng)設(shè)計中均未體現(xiàn)，由于礦井通風(fēng)網(wǎng)路是一個非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程，牽一發(fā)而動全身，這也是風(fēng)網(wǎng)的特殊性。雖然短時間內(nèi)的風(fēng)量不足或停滯，也能使瓦斯大量積聚，此時如有引火源，便會引起瓦斯爆炸，瓦斯爆炸沖擊波拋起煤塵遇殘爆火源，便會引起煤塵爆炸，如風(fēng)流受阻，爆炸沖擊頂層采空區(qū)冒落，瓦斯大量釋放到巷道中，還會引起連續(xù)爆炸和特大爆炸，如77年4.14的遼寧撫順老虎臺礦連續(xù)發(fā)生5次瓦斯爆炸，死亡83人，傷35人，龍鳳礦由于自然發(fā)火引起瓦斯爆炸，一晝夜連續(xù)爆炸43次，死亡人數(shù)最多的是1942年的本溪煤礦是世界上最大的一次瓦斯煤塵炸炸傷亡1795人，其中死亡1549人，殘廢246人，死亡千人的還有1919年撫順勝利礦西井死亡917人(瓦斯爆炸)1906年的法國古利耶爾礦煤塵爆炸死亡1099人，1963年的日本人三池煤礦傷亡1290人(死亡458人，傷832人)，死亡在百人上下更是數(shù)不勝數(shù)，如發(fā)生在60-70年代的我國徐州礦務(wù)局的大黃山煤礦和韓橋夏橋煤礦的特大瓦斯爆炸，2002年山西省12.2 臨汾陽泉溝煤礦的幾次和2003年1月1日的黑龍江省寶興煤礦特大瓦斯爆炸，以無數(shù)眾多中小煤礦，死亡人數(shù)最多，瓦斯爆炸次數(shù)最多，可達全國總數(shù)的80％以上，這些瓦斯煤塵爆炸的慘痛教訓(xùn)都是因為通風(fēng)不良造成的。由此可見，瓦斯煤塵爆炸的重大特大災(zāi)害事故所造成的危害死亡人數(shù)之多財產(chǎn)損失巨大是任何其他行業(yè)所未有的，因此瓦斯煤塵爆炸就是礦難，由于采掘工作面活動空間狹小黑暗，人們時刻都處在煤礦的五大災(zāi)害威協(xié)在各種有毒有害氣體的狹小空間中從事工作。由于工作地點在幾十米、幾百米，甚至千米的地下，災(zāi)害具有極大的隱蔽性，由于自然的和人為的隱瞞事故真相給國家宏觀安全監(jiān)察管理造成混亂，但引起爆炸的實質(zhì)乃是瓦斯煤塵達到爆炸的臨界濃度才發(fā)生的，通風(fēng)方法不良乃是使瓦斯煤塵達到爆炸的臨界濃度才發(fā)生的，通風(fēng)方法不良乃是通風(fēng)方法有缺陷，實際上負(fù)壓通風(fēng)，并聯(lián)通風(fēng)都是優(yōu)化的全風(fēng)壓通風(fēng)方法，所謂有缺陷乃是礦井全風(fēng)壓通風(fēng)風(fēng)流與瓦斯流動的機理沒有弄清楚，雖然加大風(fēng)量可以減少巷道內(nèi)的瓦斯含量，但也不是正比關(guān)系，更何況為了改善工人工作環(huán)境，風(fēng)量和風(fēng)速都受到限制，這個矛盾應(yīng)該有一個完善的方法來解決，另外，從瓦斯爆炸大部分發(fā)生在煤巷掘進工作面說明煤巷掘進巷道由于初次揭煤打開原始層位瓦斯涌出量大，使用機械通風(fēng)方法不當(dāng)，巷道內(nèi)風(fēng)流速度緩慢投易造成巷道頂板瓦斯層和瓦斯積聚，即雖有局部通風(fēng)機的高速風(fēng)流，但沖不散重量比空氣輕一半的有害氣體瓦斯，沖不散的依據(jù)是指整個煤巷掘進巷道全長的和掘進掌子頭，沖散了只是風(fēng)筒口附近幾米以內(nèi)，這些從掌子頭吹出的瓦斯，炮煙等，還是以緩慢的速度從巷道內(nèi)流出擠出，加上從巷道內(nèi)煤壁及頂?shù)装逵砍龅耐咚?，也需依靠局部通風(fēng)機的風(fēng)流帶走，千里萬馬過獨木橋。無論是煤巷內(nèi)還是掌子頭，瓦斯的涌出是源源不斷的，雖然巷道內(nèi)保持允許的瓦斯?jié)舛?，一旦有瓦?二氧化碳)涌出異常，更使巷道頂板瓦斯層濃度和瓦斯量迅速增加，而產(chǎn)生瓦斯大量積聚，立即達到瓦斯爆炸所需危險的濃度，即使使用混合式通風(fēng)效果也是不太顯著，因為抽出式局部通風(fēng)機的風(fēng)筒口在掘進頭，而瓦斯涌出并不是全在掘進頭，即整個煤巷內(nèi)都有瓦斯涌出。
雖然人們對瓦斯爆炸的濃度為5-16％這個爆炸界限有大量的實驗數(shù)據(jù)，但瓦斯爆炸界限并非固定不變，例如巷道中有瓦斯氣體時又有乙烷(C2H6)乙烯(C2H4)一氧化碳(CO)硫化氫(H2S)氫(H2)等，均可降低爆炸界限，混有爆炸性的煤塵，可降低爆炸下限；引火源溫度越高面積越大時間越長，爆炸界限就越擴大。
一些單獨使用局部通風(fēng)機通風(fēng)的小礦井和獨眼井其通風(fēng)機理同大中型礦井煤巷掘進通風(fēng)的機理相同，和礦井具有正常通風(fēng)系統(tǒng)的高瓦斯煤巷掘進工作面通風(fēng)方法一樣，造成瓦斯積聚的危險性更大，一些小煤礦的采煤方法簡單落后，在工作面內(nèi)構(gòu)不成通風(fēng)系統(tǒng)，采煤工作面及其巷道內(nèi)基本無風(fēng)流或風(fēng)流很小，基本能滿足工人呼吸但風(fēng)流帶不走煤塵瓦斯，因此更容易造成大量瓦斯層和瓦斯積聚，瓦斯爆炸產(chǎn)生的大量CO(2-4)％，即使不被瓦斯爆炸致死，也大多數(shù)會由于CO中毒致死，致死量(0.4％)，很少有人幸免于難。由于瓦斯氣體無色、無味、無臭、無毒的性質(zhì)，抓不著看不見，極易被安全意識較差沒有進行安全培訓(xùn)的工人和其礦主的所忽視，冒險作業(yè)，因此，瓦斯爆炸的潛在性極大，所以良好的通風(fēng)技術(shù)完善的通風(fēng)方法，對小煤礦的安全生產(chǎn)意義更大，是保障安全生產(chǎn)防止瓦斯爆炸避免人員傷亡的重大措施。
由于礦井通風(fēng)瓦斯防治技術(shù)是一項非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程，使得瓦斯治理極為困難，以致使許多有完善通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)量和風(fēng)速都通過嚴(yán)格設(shè)計計算的中大型煤礦，瓦斯、煤塵爆炸事故也接連不斷的發(fā)生，而更大數(shù)量通風(fēng)系統(tǒng)不完善通風(fēng)不良和構(gòu)不成通風(fēng)系統(tǒng)的小煤礦，更是瓦斯具備，只欠火源，只要有引火源隨時隨地都可引起瓦斯、煤塵爆炸，由于瓦斯爆炸災(zāi)害極為慘重，一次十幾人、幾十人、幾百人的死亡，經(jīng)濟損失巨大幾十萬、幾百萬財產(chǎn)損失，因此，無論大、小煤礦，在使用現(xiàn)有通風(fēng)技術(shù)無法達到防止瓦斯超限的情況下，雖然采取許許多多措施嚴(yán)禁火源，但瓦斯爆炸防之又防而防不勝防的時有發(fā)生，我國煤礦因瓦斯煤塵爆炸而死亡的人數(shù)每年都在萬人左右，傷者更多，數(shù)萬個中小煤礦死亡人數(shù)最多，占死亡人數(shù)的80％以上，財產(chǎn)損失每年都在數(shù)億元、數(shù)十億元。因此我國最新頒發(fā)的(2001.11.11)《煤礦安全規(guī)程》因瓦斯涌出量大，用通風(fēng)方法解決瓦斯問題不合理和開采有煤與瓦斯突出危險煤層的，必須建立地面永久抽放瓦斯系統(tǒng)或井下臨時抽放瓦斯系統(tǒng)，但經(jīng)抽放瓦斯(抽放率25％以上)和增大風(fēng)量已達到最高允許風(fēng)速后，其回風(fēng)巷風(fēng)流中瓦斯?jié)舛热圆荒芙档偷?.0％以下時，可允許最高允許濃度為1.5％，還可采用專用排瓦斯巷，并規(guī)定專用排瓦斯巷瓦斯?jié)舛炔坏贸^2.5％(137條)除此井下瓦斯防治的瓦斯抽放和專用排瓦斯巷以外，還有采煤工作面上隅角瓦斯積聚的通風(fēng)方法和情性氣體，鹵化烷類抑制阻止瓦斯爆炸等幾種方法。
1、瓦斯抽放瓦斯抽放的方法是在煤層鉆孔和敷設(shè)專用的抽放瓦斯管路及專用瓦斯巷道把瓦斯抽放出來，按照含瓦斯煤層的賦存形狀，可分為本煤層抽放相鄰煤層抽放采空區(qū)抽放，具體抽放瓦斯工作步驟是(1)利用已掘?qū)Ｓ猛咚瓜锏烙璩槊簩油咚梗?2)向煤層鉆孔抽放本煤層及鄰近煤層瓦斯；(3)采取各種形式的“邊采邊抽”，為了加大抽放煤層瓦斯數(shù)量，又采取增加鉆孔的密度、深度、增大孔徑、改進布孔方式、增加封孔深度，提高封孔質(zhì)量，提高抽放負(fù)壓等，另外有的還采用注水?dāng)D出煤層瓦斯，水力壓裂煤體，水力割縫，松動爆破等，目的是使煤體游離瓦斯盡快釋放出來，對于這些煤層瓦斯的治理方法，雖然影響生產(chǎn)進度，有時會造成采掘失調(diào)，增大生產(chǎn)成本，這對防治煤(巖)瓦斯(二氧化碳)突出有一定的效果，雖然抽放的游離瓦斯量只占煤層總瓦斯含量的7-10％，但可以減少瓦斯壓力，減少煤與瓦斯突出的巖爆和煤炮次數(shù)，實踐證明，雖然抽放瓦斯技術(shù)對于防止煤(巖)瓦斯突出有效果，但對高瓦斯礦井沒有抽放出來的瓦斯總含量的80％以上的吸附和吸收狀態(tài)的瓦斯和部分游離瓦斯，只有在落煤時(機采、綜采、綜放、炮采、風(fēng)鎬和人工采煤)瓦斯才會從煤體中釋放出來，就是占瓦斯總量不到20％的游離瓦斯，也受到鉆孔的密度(不能象煤巷錨桿那樣密度)鉆孔的深度的限制，不可能全部釋放出來，只有落煤時游離瓦斯才會全部釋放出來，擴散到回采工作面并隨風(fēng)流涌入回風(fēng)道中，同風(fēng)流方向相反的煤炭運輸?shù)?溜子道、皮帶道)中，隨著刮板運輸機的快速旋轉(zhuǎn)，落煤被迅速帶走，煤塊中的吸收和吸咐瓦斯在運輸過程中被解析，因此運煤的進風(fēng)巷道中也仍有大量的瓦斯隨風(fēng)流擴散到運煤進風(fēng)巷道中，加之采空區(qū)放頂煤、巖大量跨落，這些沒有密實的頂板冒落區(qū)里大小空隙造成采空區(qū)頂?shù)装逯屑懊奥鋮^(qū)大量積聚的游離瓦斯同時又是采空區(qū)漏風(fēng)的通道，在緩慢漏風(fēng)風(fēng)流的驅(qū)趕下，逐漸向采空區(qū)上部移動，最后又積聚在采空區(qū)上部及上隅角，在瓦斯?jié)舛群腕w積力的作用下，而逐漸緩慢擴散出去到工作面回風(fēng)巷，有些封閉在采空區(qū)冒落區(qū)內(nèi)，雖然采空區(qū)上隅角瓦斯量、濃度最大，但整個采空區(qū)內(nèi)包括采空區(qū)冒落煤巖的頂部煤巖塊縫隙中及下隅角都有大量的瓦斯積聚，如果本層煤采空區(qū)距離上層煤采空區(qū)較近，(分層開采)那么上層煤的采空區(qū)長期積聚的大量瓦斯隨本層煤采空頂板冒落產(chǎn)生的空隙裂縫或空洞涌入本層采空區(qū)。有的采取灌漿滅火措施，但灌漿不實的地方仍是瓦斯積聚之處。因此采空區(qū)的瓦斯含量可達到50％，隨著采煤工作面向前推進采空區(qū)擴大，50％的瓦斯含量還會增加，因此對瓦斯抽放技術(shù)防治瓦斯的結(jié)論是(1)抽放瓦斯，對于防止煤、巖及瓦斯突出有效，可以減少突出次數(shù)，但不能完全防止煤(巖)及瓦斯突出。
(2)能抽出部分煤層吸附的游離瓦斯，為瓦斯含量的7-10％也要半年到一年時間，要達到地50％的抽放率要8-10年時間，而且抽放工藝極難做到。
(3)投入巨大，經(jīng)濟不合理，增大生產(chǎn)成本，因要掘進專用瓦斯巷道安裝抽放管路，瓦斯抽放泵(二套)等，機械、設(shè)備、電力、人員管理等，投入巨大，得不償失。
(4)可造成采掘失調(diào)，影響生產(chǎn)，增加的開拓工程量為生產(chǎn)的附屬巷道只能防治瓦斯對直接生產(chǎn)無益。
(5)專用排瓦斯巷因瓦斯?jié)舛忍?2.5％)可視為采煤工作面的瓦斯庫火藥庫，對安全生產(chǎn)的管理造成更大的壓力。
(6)瓦斯抽放，并不是瓦斯防治唯一技術(shù)但不太有效的方法。
2、采煤工作面上隅角瓦斯積聚的通風(fēng)方法消除采煤作面上隅角瓦斯積聚其通風(fēng)方法和技術(shù)裝備有雙旋轉(zhuǎn)脈沖通風(fēng)技術(shù)和礦用液壓雙旋轉(zhuǎn)脈沖局部通風(fēng)機，此種通風(fēng)機采取對采煤工作面上隅角積聚瓦斯具有強力擴散效果的雙旋轉(zhuǎn)脈沖風(fēng)流消除積聚瓦斯。此通風(fēng)方法雖然采煤工作面上隅角瓦斯積聚減小了但瓦斯卻被風(fēng)流沖散到工作面回風(fēng)道中去了，就是排入采區(qū)回風(fēng)巷或主要回風(fēng)巷，對整個采煤工作面三道和采空區(qū)的瓦斯防治技術(shù)來說，單為防治采空區(qū)上隅角瓦斯意義不大，更何況上隅角只為采空區(qū)局部小部分，增加了工作面回風(fēng)道中瓦斯層的濃度。
一般的來說采煤工作面放炮和正常生產(chǎn)落煤時，瓦斯涌出量最大，其游離瓦斯和吸咐瓦斯都會擴散到回風(fēng)風(fēng)流中去，其煤塵量也較大，由于煤炭運輸與風(fēng)流方向相反，所以在工作面進風(fēng)巷，采煤工作面，工作面回風(fēng)巷都有瓦斯層存在，而采空區(qū)及上、下隅角，由于漏風(fēng)風(fēng)流較小，瓦斯在體積力的作用下向采空區(qū)上部移動，積聚在采空區(qū)上部及上隅角，實際采煤工作面瓦斯應(yīng)為二部分，一部分為采煤工作面煤壁(包括落煤)及進、回風(fēng)道煤壁及頂?shù)装逵砍龅耐咚?，另一部分為采空區(qū)瓦斯，它包括頂板冒落帶上部裂隙帶的瓦斯，如果冒落區(qū)和頂分層采空區(qū)相通，瓦斯涌出量將會大大增加，短時間內(nèi)便會達到純瓦斯爆炸的濃度。由于采空區(qū)漏風(fēng)風(fēng)流很小甚至無風(fēng)流，瓦斯便會在此外積聚，而冒落的煤、巖塊作為空隙的骨架，空隙內(nèi)又是瓦斯積聚的區(qū)域所以瓦斯?jié)舛茸畲笸咚沽恳泊?，日常及生產(chǎn)中落煤時三道中產(chǎn)生的瓦斯隨風(fēng)流緩慢流動，三道中以工作面回風(fēng)道中瓦斯?jié)舛茸畲?，工作面次之，工作面進風(fēng)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。而采空區(qū)及上隅角也最大，因此沖散上隅角的瓦斯卻跑到回風(fēng)巷道中去了，使原本通風(fēng)阻力較大的工作面回風(fēng)巷瓦斯層又增加了從上隅角沖散出來的瓦斯，加大了工作面回風(fēng)巷中瓦斯量和瓦斯?jié)舛?，即使把上隅角瓦斯單獨抽排出工作面回風(fēng)巷，但對采煤工作面三道中涌出的瓦斯及落煤放炮中釋放的瓦斯及全部采空區(qū)頂板落涌出的瓦斯，單一沖散抽放上隅角瓦斯對這些大量瓦斯防治意認(rèn)不大，因為礦井通風(fēng)瓦斯防治技術(shù)是一個極其復(fù)雜的系統(tǒng)工程，瓦斯的防治的重點是采煤、掘進工作面及所屬巷道中，而瓦斯又是井下普遍存在的有害氣體，采空區(qū)上隅角只是這些地點的局部，只是面積小瓦斯多，而對于巷道長體積大面積大，瓦斯并不少的大多數(shù)煤巷內(nèi)瓦斯治理來說，局部治理意義不大。
3、情性氣體鹵化烷類情性氣體，鹵化烷類都能抑制阻止瓦斯的爆炸，如加入25.5％的CO2或36％N2可以使何濃度的瓦斯失去爆炸性，但CO2達到10％即是人窒息死亡的濃度，因此，此方法是向封閉的采區(qū)注N2、CO2滅火的方法。
鹵化烷類，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，由于煤礦井下瓦斯(CH4)是普遍存在的有害氣體，采、掘工作面又需通風(fēng)、供氧、降溫，大量使用CF2BI2或CF3BI有其技術(shù)經(jīng)濟及實用性的原因。
4、專用回風(fēng)巷專用排瓦斯巷根據(jù)2001年11月1日實施的新版《煤礦安全規(guī)程》(113條)高瓦斯礦井，有煤(巖)與瓦斯(二氧化碳)突出危險的礦井的每個采區(qū)和開采容易自燃煤層的采區(qū)必須設(shè)置至少一條專用回風(fēng)巷，低瓦斯礦井開采煤層群和分層開采采用聯(lián)合布置的采區(qū)，必須設(shè)置一條專用回風(fēng)巷(137條)和采煤工作面瓦斯涌出量大于或等于20m3/min。進風(fēng)巷道凈斷面8m2以上，經(jīng)過抽放瓦斯(抽放率25％以上)和增大風(fēng)量已達到最高允許風(fēng)速后，其回風(fēng)巷中風(fēng)流瓦斯?jié)舛热圆荒芙档偷?％以下時，機采、水采和煤層厚度小于0.8m的保護層采煤工作面，回風(fēng)巷風(fēng)流中瓦斯最高允許濃度為1.5％或采用專用排瓦斯巷，但該回風(fēng)風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛炔坏贸^2.5％。
施工專用回風(fēng)巷和專用排瓦斯巷雖然避免瓦斯氣體專走工作面回風(fēng)巷，避免千軍萬馬走獨木橋，但專用排瓦斯巷，專用回風(fēng)巷造價較高，專用來防治瓦斯，對直接采煤生產(chǎn)無益，而且大大增加噸煤生產(chǎn)成本，經(jīng)濟效益不好，由于允許專用排瓦斯巷的瓦斯?jié)舛雀哌_2.5％，無疑給瓦斯爆炸帶來更大隱患，給煤礦安全生產(chǎn)管理造成更大壓力，這么高的瓦斯?jié)舛?，?yīng)該把專用排瓦斯巷當(dāng)作采煤工作面的火藥庫、瓦斯庫，如果專用回風(fēng)巷排瓦斯巷內(nèi)同時混入瓦斯、煤塵和H2S、CO、H2、NA3、NH3等有毒有害易爆炸的氣體，可降低瓦斯的爆炸界限，所以使專用瓦斯巷隨時處于瓦斯爆炸的危險，一旦有引火源，即可引可起瓦斯、煤塵爆炸。這不但是象采掘工作面那樣瓦斯爆炸防不勝防，防之又防的問題，而是此法不可防，另尋他法防的問題，即對煤礦采掘生產(chǎn)所必須的通風(fēng)系統(tǒng)以外專為解決瓦斯問題對煤炭生產(chǎn)無益而有害的可視為采掘工作面增加一個瓦斯庫火藥庫、危險異常，所以不能運料，安裝裝電氣設(shè)備還不能行人的專用回風(fēng)巷，專用排瓦斯巷，因瓦斯?jié)舛忍?，時刻都有發(fā)生瓦斯爆炸的危險，因此專用回風(fēng)巷、專用排瓦斯巷，沒有存在的意義。
5局部通風(fēng)和康達風(fēng)筒在煤礦井下掘進巷道中現(xiàn)有的通風(fēng)方法，有的采用礦井全風(fēng)壓通風(fēng)，更多的是采用局部通風(fēng)機通風(fēng)，局部通風(fēng)機是以電動機作為動力，接入風(fēng)筒進行工作的通風(fēng)設(shè)備，改變轉(zhuǎn)葉的方向，又可分為壓入式局部通風(fēng)機和抽出式局部通風(fēng)機，按工作性能，又分為離心式局部通風(fēng)機和軸流式局部通風(fēng)機，其在掘進工作面的通風(fēng)方式也分為壓入式通風(fēng)和抽出式通風(fēng)，如果一臺壓入式通風(fēng)機和一臺抽出式通風(fēng)機同時使用在一條掘進巷道中的為混合式通風(fēng)，混合式通風(fēng)又可分為長壓短抽式通風(fēng)和長抽短壓式通風(fēng)，還有的采用康達效應(yīng)的通風(fēng)方式，雖然現(xiàn)場使用的局部通風(fēng)機，風(fēng)筒內(nèi)風(fēng)速較大，但這些風(fēng)量吹散到掘進掌子頭可以滿足工人呼吸的需要，幾乎所有礦井通風(fēng)設(shè)計大多是以工作面最多人數(shù)計算風(fēng)量的，也有的采用按炸藥量，瓦斯涌出量和排塵風(fēng)量、允許風(fēng)速計算風(fēng)量等，事實是，不論用何種方法計算風(fēng)量，實際巷道內(nèi)的風(fēng)量也是如此之多，即工人呼吸可以滿足，對瓦斯的排除就顯得不足，可以從炮煙的排除速度可以看出是很緩慢的，何況瓦斯涌出是整個巷道斷面周壁掌子頭煤壁及落煤體及全部巷道長度，如果迅速排除這些瓦斯炮煙及有毒有害氣體，巷道內(nèi)的風(fēng)速達到最大允許風(fēng)速還不足，這將大大增加局部通風(fēng)機的風(fēng)量，掘進工作面的工作環(huán)境將會惡化，工人也會感到不適，這是一個很大的矛盾，從最低排瓦斯的允許風(fēng)速僅0.5m/s可以看出，達到或超過3倍，即為極限允許風(fēng)速，這實際上一般都達不到的，掘進巷道內(nèi)無論何種通風(fēng)方式，人們都認(rèn)為，工作地點在掘進掌子頭，所以防治瓦斯和供風(fēng)都集中在掌子頭，所以風(fēng)筒口都接入在工作面掌子頭，風(fēng)量和風(fēng)速的最大值也都在掌子頭，風(fēng)筒的漏風(fēng)被認(rèn)為是有害的并取各種措施防止的，無論巷道何種形狀(掘進煤巷時多為梯形巷道)風(fēng)流的方向都是沿巷道中軸線(中心線)作一維運動。
康達風(fēng)筒是在壓入式風(fēng)筒口裝入閘門，風(fēng)筒上的切口或小孔裝上罩套，氣流從裝上罩套的噴口噴出射流在康達效應(yīng)的附壁效應(yīng)的一射流運動中，接近壁面便出現(xiàn)不易離開而沿壁面流動的現(xiàn)象的作用下沿風(fēng)筒外壁流動，但康達風(fēng)筒口由于關(guān)閉閘門造成風(fēng)筒口閘門外無風(fēng)即掘進工作面掌子頭無風(fēng)，雖然康達風(fēng)筒內(nèi)噴出風(fēng)流全部到達巷道內(nèi)，由于掘進掌子頭無新鮮風(fēng)流或風(fēng)流很小，那么更容易造成掌子頭的瓦斯積聚，如果是有一臺抽出式風(fēng)筒，抽出式風(fēng)筒抽出風(fēng)量，便是巷道中的污風(fēng)和康達風(fēng)筒噴出的新鮮風(fēng)流的混合氣體，可使風(fēng)流從巷道外部向掘進掌子頭流動的掘進工作面風(fēng)流倒流現(xiàn)象，如果打開閘門，也會出現(xiàn)此類現(xiàn)象，這是違背礦井掘進工作面通風(fēng)原則的。所以現(xiàn)有掘進巷道通風(fēng)方法，無論是壓入式、抽出式、混合式、康達風(fēng)筒，小煤礦的通風(fēng)機在地面的抽出式壓入式都會使巷道內(nèi)的低風(fēng)速(0.25m/s排瓦斯0.5m/s)不能很快排除巷道內(nèi)(包括掌子頭)的瓦斯而造成的巷道內(nèi)瓦斯層和瓦斯積聚，從瓦斯爆炸大多發(fā)生的掘進工作面的情況看，不良的通風(fēng)方法是造成掘進巷道內(nèi)瓦斯積聚引起瓦斯爆炸的首要原因。
綜述以上幾種現(xiàn)有的通風(fēng)方法存在的問題和不足，可見瓦斯防治何其艱難，這是因為瓦斯這個煤炭在成煤時期的衍生物無處不在，只是表現(xiàn)在古代植物種類的沉積、炭化、變質(zhì)期、覆蓋物，和埋藏深度的不同而其瓦斯含量大小而已，回顧人類及自然界的歷史，有矛必有盾，生物鏈、食物鏈、宇宙鏈，這是大自然的法則，也還會有更有效的方法來解決，現(xiàn)有的機械總風(fēng)壓通風(fēng)雖然風(fēng)量比較大，因瓦斯氣體的性質(zhì)，使主要回風(fēng)巷的排瓦斯功能沒有充分發(fā)揮，這受到采掘工作面風(fēng)量和風(fēng)速的限制有關(guān)。
本發(fā)明的目的和任務(wù)是因瓦斯積聚爆炸造成的后果是極其嚴(yán)重的，一次少則數(shù)人，幾十人，幾百人甚至千人死亡的重大特大人身傷亡事故，同時造成巨大的財產(chǎn)損失，因此迅速排除采掘工作面涌出的瓦斯，防止瓦斯爆炸，其意義非常重大因瓦斯爆炸又可引起煤塵燃燒和爆炸，煤塵煤炸可引起瓦斯爆炸，連續(xù)爆炸更加劇被壞力加重災(zāi)害程度，引起更大的傷亡和財產(chǎn)損失，因此尋求探索新的更加完善的通風(fēng)方法，改善工人工作環(huán)境，防止瓦斯、煤塵爆炸是本發(fā)明的目的和任務(wù)。
本發(fā)明要解決的技術(shù)難題是，有完善的礦井全風(fēng)壓通風(fēng)的采、掘工作面因風(fēng)流太小風(fēng)流不暢而造成的采、掘工作面及工作面進、回風(fēng)巷，采空區(qū)及上、下隅角瓦斯?jié)舛容^高和采區(qū)回風(fēng)道，主要回風(fēng)道，總回風(fēng)道瓦斯?jié)舛葮O抵的問題即最有效地利用礦井通風(fēng)的全風(fēng)壓風(fēng)流帶走瓦斯，即解決了這些巷道的風(fēng)速高低不同(相差達16-60倍)利弊與矛盾，小礦井則采用新的通風(fēng)方法，防止瓦斯在采、掘工作面及所屬巷道中積聚。
無論大小礦井的采、掘工作面都必須解決能引起爆炸的有毒有害氣體CH4、H2S、CO、H2、C2H6、C2H4和煤塵的含量降低到最低爆炸含量(1％)以下，也是已有的礦井通風(fēng)技術(shù)沒有攻克和無法攻克的重大技術(shù)難題，無論大小煤礦，無數(shù)的瓦斯、煤塵爆炸的事實教訓(xùn)人們，瓦斯層和瓦斯積聚是瓦斯、煤塵爆炸的首要根源，而沒有爆炸的原因是人們防之又防了引火源，如果能從降低采、掘工作面及所屬巷道中的瓦斯、煤塵含量的方法上有所突破，則瓦斯礦井的安全性將大大提高，即使非人為因素的引火源(如煤炭自燃)也不會引起瓦斯爆炸。
新版《煤礦安全規(guī)程》(2001.11.1實施)規(guī)定，采煤工作面瓦斯涌出量大，經(jīng)抽放瓦斯和增大風(fēng)量已達到最高允許風(fēng)速后，其同風(fēng)巷中瓦斯?jié)舛热圆荒芙档偷?％以下時，可采用專用排斯巷，并規(guī)定該巷回風(fēng)風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛?，不得超過2.5％，風(fēng)速不得低于0.5m/s，值得人們注意并引起高度警惕的是，此規(guī)定已經(jīng)超過瓦斯最低爆炸界限數(shù)倍，可以認(rèn)為，專用排瓦斯巷是成為能引起瓦斯爆炸的火藥庫，危險異常，在礦井下、不能用于行人，運料和通車的專用回風(fēng)巷，沒有其存在的意義。
雖然純瓦斯氣體爆炸限為5-16％，但當(dāng)含有瓦斯氣體的空氣中同時混入其他可引起爆炸的氣體如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均為可燃?xì)怏w，可使瓦斯爆炸下限大大降低。固體顆粒煤塵的爆炸界限為30-2000g/m3，當(dāng)瓦斯、煤塵同時存在且含量不同，爆炸界限變化很大，如煤塵含量為5g/m3時瓦斯爆炸下限降低到3％，煤塵含量為8g/m3時瓦斯爆炸下限降低到2.5％，煤塵含量達到20g/m3時，瓦斯爆炸下限降低到1％，當(dāng)煤塵含量達到30g/m3時，瓦斯爆炸下限降低到0.5％，掘進工作面的煤巷掘進爆破和采煤工作面的機采落煤，松動爆破的煤塵量是很大的，如果裝藥不規(guī)范，封泥太少，放明炮，爆破竄出火焰，都可引燃瓦斯，引火源溫度愈高，時間愈長，面積愈大，愈容易引起瓦斯爆炸。
根據(jù)煤礦瓦斯爆炸大部分發(fā)生在煤巷掘進工作面，一部分發(fā)生在采煤工作面事故中分析，發(fā)生瓦斯、煤塵爆炸的原因，一是爆炸物(氣體和固體)含量和爆炸指數(shù)，二是通風(fēng)系統(tǒng)不良，方法不當(dāng)，風(fēng)流不暢，瓦斯層交匯，因而事故擴大，后果嚴(yán)重，造成這些矛盾的主要原因是(1)風(fēng)量不足，風(fēng)速太小雖然所有煤巷掘進設(shè)計計算風(fēng)量大多是以滿足人的呼吸量或以炸藥量等計算，此風(fēng)量能滿足工人對工作環(huán)境的需要，過量則惡化工人工作環(huán)境，但此風(fēng)速風(fēng)量不足以快速沖散煤巷內(nèi)瓦斯及炮煙，瓦斯在煤巷內(nèi)流出的速度等于巷內(nèi)風(fēng)流速度并滯后，雖然風(fēng)筒內(nèi)及風(fēng)筒口氣流為高速氣流，但出了風(fēng)筒口有效幾米以內(nèi)流速便銳減為擴散氣流。
(2)瓦斯的性質(zhì)是無色、無味、無臭、無毒而有害的氣體，又最輕是巷道內(nèi)除氫氣以外最輕的氣體，抓不著看不見，一般不易發(fā)覺它的存在，只有使用專用的瓦斯檢定儀，才能檢查出來發(fā)現(xiàn)其蹤跡，因而其隱蔽性危害性極大。
(3)煤巷掘進時掌子頭是煤巷揭煤前進地點，瓦斯涌出量最大，壓入式局部通風(fēng)機的風(fēng)筒口距離掌子頭較遠，風(fēng)流不足以快速吹散掌子頭全部瓦斯，或吹動瓦斯氣體幾米遠，又在巷道中滯留積聚。風(fēng)筒口距離掌子頭太近，容易吹起煤塵影響工作，同時掌子頭風(fēng)流方向與風(fēng)筒口風(fēng)流方向相反，風(fēng)向相反，使風(fēng)流能量損失較大。
(4)高瓦斯煤巷掘進巷道內(nèi)，從工作面掌子頭低速緩慢流出的瓦斯和巷道側(cè)壁和頂?shù)装逯杏砍龅耐咚箷隙哟笙锏纼?nèi)瓦斯量，如有瓦斯噴出或突出則巷道內(nèi)瓦斯量更大。
(5)混合式通風(fēng)，其風(fēng)流能量多發(fā)生在掘進掌子頭，特別是抽出式通風(fēng)，風(fēng)流能量全部都在掌子頭，巷道內(nèi)瓦斯治理，只靠壓入式通風(fēng)機風(fēng)流的一維運動，無其他通風(fēng)措施。
(6)煤巷掘進巷道在未貫通之前因構(gòu)不成風(fēng)流系統(tǒng)，巷道愈長風(fēng)阻愈大，風(fēng)速愈小愈易積聚瓦斯，巷內(nèi)容積與風(fēng)筒風(fēng)量構(gòu)不能成正比關(guān)系，而瓦斯涌出量與巷內(nèi)容積卻是正比關(guān)系。
(7)造成瓦斯在采煤工作面及所述巷道及采空區(qū)積聚的重要現(xiàn)象是往往為人們忽視的通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)路失衡現(xiàn)象，是通風(fēng)風(fēng)路中的反常風(fēng)壓，即正壓通風(fēng)系統(tǒng)的負(fù)壓區(qū)，負(fù)壓通風(fēng)系統(tǒng)的正壓區(qū)此種現(xiàn)象雖然只會出現(xiàn)在局部地點，但對瓦斯積聚的危險性不容忽視，造成此類現(xiàn)象的原因一是通風(fēng)系統(tǒng)的某些風(fēng)路設(shè)計的不合理；二是因為地質(zhì)因素(礦壓采煤地表塌陷裂縫漏風(fēng)直達地面，采空區(qū)挎落速度，透老塘等)；三是風(fēng)門設(shè)計的缺陷在風(fēng)路中的位置等因素；四是人為的或自然的因素造成反常風(fēng)壓，無論何種因素都會瓦斯煤塵爆炸帶來隱患，危及正常通風(fēng)系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重的后果。
(8)由于采煤工作面三道及采空區(qū)涌出的瓦斯量匯合后增大，這些大量瓦斯只能通過工作面回風(fēng)巷的礦井全風(fēng)壓風(fēng)流緩慢排出，并無其他有效的瓦斯治理措施而造成積聚。
(9)由于采煤工作面三道斷面比總回風(fēng)道小，風(fēng)流路線最遠，通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)分流因而造成風(fēng)阻大，風(fēng)量少，風(fēng)流小。
(10)采煤工作面一般是全煤空間，瓦斯大量富集于煤層內(nèi)及巷道頂?shù)装宓膸r石中，當(dāng)工作面形成后，采煤工作面、采煤工作面進回風(fēng)道，成為風(fēng)流唯一通道，整個采煤工作面三道通風(fēng)系統(tǒng)復(fù)雜而又多變，又是人、機活動及工作地點，復(fù)雜的是當(dāng)風(fēng)流從采區(qū)進風(fēng)巷向工作面進風(fēng)巷(運輸巷)進風(fēng)時，以連續(xù)4個90度的急轉(zhuǎn)彎使風(fēng)流阻力增大，而三道斷面大小不一，又大多是梯形、矩形、梁柱的木、鋼支架，其風(fēng)流阻力、摩探力損失，因礦山壓力巷道支架下沉，又由于三道是采煤工作場所，人員、車輛、機器設(shè)備，也會形成通風(fēng)巷道內(nèi)風(fēng)流阻力，因工作面支架型號各異對風(fēng)流影響較大，加上風(fēng)流向采空區(qū)漏風(fēng)，又減小了采煤工作的風(fēng)量會使采空區(qū)積聚的瓦斯因體積力和漏風(fēng)風(fēng)流的緩慢作用而轉(zhuǎn)移到采煤工作面及回風(fēng)巷內(nèi)，造成工作面回風(fēng)巷中瓦斯含量增大，因此，風(fēng)流中的能量損失和可達30％以上，這對瓦斯的防治極為不利，無論何種采煤和頂板管理方法，采空區(qū)冒落的巖石及頂板煤層不可能立即將采空區(qū)填滿，總存在一定空隙，一些急傾斜薄煤層，頂?shù)装鍒杂驳膸r石采空區(qū)空隙更大，這些空隙給瓦斯積聚和流動創(chuàng)造條件，因此，采空區(qū)瓦斯的含量可達采煤工作面總瓦斯含量的50％，隨著采煤工作面向前推進，采空區(qū)增大，這個含量還要增加，落煤時因煤層解體，含瓦斯煤層內(nèi)80％的吸咐瓦斯和20％游離瓦斯的大部分立即擴散到進回風(fēng)風(fēng)流中，采煤工作面上、下隅角又是通風(fēng)系統(tǒng)中風(fēng)流盲區(qū)，因無風(fēng)流或風(fēng)流太小，采空區(qū)富集的瓦斯便會在采煤工作面風(fēng)流的沖擊下形成渦流，在瓦斯體積力的作用下以緩慢運動的形成或向回風(fēng)巷中擴散移動。
通風(fēng)系統(tǒng)的多變是指礦井通風(fēng)風(fēng)路斷面的變化，風(fēng)速和風(fēng)量的需要是設(shè)計的唯一相對要素，通風(fēng)設(shè)計人員為了使采煤工作面能夠得到足夠的新鮮風(fēng)量而設(shè)計了合理的巷道斷面，而實際采煤工作面通風(fēng)斷面的大小又受支架形式的制約，如柱式液壓自移支架，掩護式液壓自移支架，單體液壓支架，金屬摩擦支架，木、鋼材支架等規(guī)格不同，因而支撐所形成的風(fēng)路斷面也不同，采煤工作面的人員多而集中而又頻繁運動，割煤機等機器又占用巷道斷面一定的空間，礦車及巷道內(nèi)某些堆積物料也阻礙風(fēng)流，因礦山壓力頂?shù)装逡苿?，支架下沉，縮小了原設(shè)計的有效風(fēng)路斷面，巷道及采煤工作面內(nèi)某些冒頂處不能立即處理，風(fēng)流受阻風(fēng)量減小這些是在通風(fēng)設(shè)計中是沒有的，也無法預(yù)料和計算出來，在風(fēng)路斷面縮小的情況影響下，采煤工作面三道，采空區(qū)及上下隅角風(fēng)流中的瓦斯氣體會以層流，紊流、旋流和渦流復(fù)雜的流動形式運動，在采掘工作面內(nèi)爆破產(chǎn)生的CO、CO2、NO2、SO2及煤炭自然產(chǎn)生的C2H4、C2H6煤體中施放的H2S這些有毒有害氣體均比CH4重的多，而體積含量均比CH4少的多，由于巷道中心風(fēng)速較大而成為混合氣體，一般的說，巷道上部瓦斯上浮為層流狀態(tài)，直巷內(nèi)遇人體和某此阻礙物，巷道轉(zhuǎn)彎處，瓦斯成紊流狀態(tài)，某些冒頂處和較大物體礦車等阻礙，瓦斯成旋流狀態(tài)，采空區(qū)上、下隅角，瓦斯呈渦流狀態(tài)，由于有時有些風(fēng)路中風(fēng)速較小，這些流動狀態(tài)有時又難以區(qū)分而成混合紊流狀態(tài)流動，因此瓦斯難于治理的主要原因是量多而又輕，如煙如霧而又不同于煙霧，三道內(nèi)無論什么地方，瓦斯上浮是一定的，只是空間大小瓦斯含量和風(fēng)速決定層位的高低。防止瓦斯在采煤工作面，工作面進風(fēng)巷，采空區(qū)及上下隅角，工作面回風(fēng)巷和掘進掌子頭及巷道內(nèi)的瓦斯積聚，把瓦斯控制在最低爆炸下限1％以下是采掘工作面通風(fēng)研究的重大課題。
本發(fā)明的主要任務(wù)和解決的技術(shù)難題其一就是解決在礦井正常全風(fēng)壓通風(fēng)狀態(tài)下，能快速排除采、掘工作面及所屬巷道采空區(qū)及上下隅角內(nèi)涌出的瓦斯，發(fā)明實用性強經(jīng)濟效益好的通風(fēng)方法，其二就是解決通風(fēng)系統(tǒng)不良的小煤礦井下巷道及采、掘工作面的瓦斯層和瓦斯積聚，發(fā)明能快速排除小煤礦井下巷道內(nèi)和采掘工作面的瓦斯層和瓦斯積聚的方法。
本發(fā)明技術(shù)方案是采用均衡氣蝕孔隙壓力差的通風(fēng)方法，消除采煤工作面、工作面進、回風(fēng)巷、采空區(qū)及上下隅角、掘進巷道全長及掌子頭的瓦斯層和瓦斯積聚，使其降低裂爆炸下限1％以下，所謂均衡則是以通風(fēng)方法同時作用于采、掘巷道全長段，氣蝕則是利用風(fēng)筒內(nèi)的高速風(fēng)流吹動和吸走瓦斯、炮煙、煤塵和其他有毒有害氣體，克服現(xiàn)有混合式通風(fēng)只用用于掌子頭的掘進通風(fēng)方法和采煤工作面除網(wǎng)絡(luò)風(fēng)流外三道無其他加強風(fēng)流，能迅速排除巷內(nèi)瓦斯的措施，使采掘巷道內(nèi)的一維風(fēng)流變?yōu)槎S、三維風(fēng)流。
本發(fā)明通風(fēng)技術(shù)同人們?nèi)粘Ｉ钪械膿Q氣扇、抽油煙機和吸塵器的工作原理近似，在生活中隨著人們生活質(zhì)量的提高，那些封閉的廚房內(nèi)加工食物的油煙氣和水蒸氣污染空氣，于是人們發(fā)明了換氣扇，能快速排除油煙氣和水蒸氣釋放到室外大氣中，保持室內(nèi)空氣新鮮，后來人們又作了改進，使用效率更高的吸油煙機，同時派生了能吸進固體塵埃顆粒的吸塵器。
換氣扇的安裝方法是平行于上升的煙氣流，安裝在墻壁空洞內(nèi)，依靠電風(fēng)扇的高速運轉(zhuǎn)風(fēng)流吸入上升的油煙氣和水蒸氣，而吸油煙機平面垂直于上升的煙氣流，安裝在更靠近鍋灶的地方，直接捕捉煙氣流，因此排除煙氣流的速度更快，吸塵器是依靠高速氣流吸入固體顆粒的塵埃和雜物，把換氣扇、吸煙煙機和吸塵器的工作原理優(yōu)化應(yīng)用于井下防治瓦斯煤塵，是最為理想的防治采掘巷道內(nèi)瓦斯層和瓦斯積聚的方法，雖然人們已利用局部通風(fēng)機向掘進工作面通風(fēng)供氧，并由壓入式、抽出式演變?yōu)榛旌鲜降拈L抽短壓和長壓短抽式通風(fēng)，但由于巷道太長，斷面又大，瓦斯又是普遍存在的量大且最輕的氣體，巷道愈長瓦斯量愈大，則排除瓦斯的能力愈不足。
本發(fā)明的均衡氣蝕孔隙壓力差的通風(fēng)方法設(shè)計時，根據(jù)瓦斯礦井的等級和測定的瓦斯?jié)舛扔嬎闩磐咚癸L(fēng)量，選定規(guī)格的風(fēng)筒上每隔一定距離切開一細(xì)長縫隙或孔洞，柔性風(fēng)筒應(yīng)在切縫或孔洞上加固，以防撕裂風(fēng)筒擴大孔隙，無論剛、柔性風(fēng)筒，都要在均縫或孔洞處都要有控制風(fēng)量大小的措施。依靠采掘巷道全長段的風(fēng)筒切縫或孔隙的高速風(fēng)流，同時吹動和吸入有毒有害氣體，形成采掘巷道全長段，長距離巷道斷面內(nèi)的風(fēng)流小氣候，無論壓入式還是抽出式局部通風(fēng)機，還可以利用風(fēng)筒接頭處的縫隙，變害為利，使得已有通風(fēng)方法風(fēng)流沿巷道中心線方向平行流動，改變?yōu)槠叫辛鲃雍痛怪睓M向流動，即由一維流動變?yōu)槎S、三維流動方式，這是本發(fā)明的礦井風(fēng)流理論與傳統(tǒng)的礦井風(fēng)流理論的重大區(qū)別之處。
使用均衡氣蝕孔隙壓力差法的通風(fēng)方法在煤巷掘進巷道中，應(yīng)采用混合式均衡孔隙風(fēng)筒的通風(fēng)方式，即在掘進巷道開切眼時，迎全風(fēng)壓進風(fēng)口安裝壓入式局部通風(fēng)機和柔性風(fēng)筒，巷道口另一側(cè)安裝抽出式局部通風(fēng)機，和剛性、剛?cè)嵝燥L(fēng)筒，即壓入式通風(fēng)機接入的均衡氣蝕孔隙風(fēng)筒可采用普通造價低廉的孔隙柔性風(fēng)筒，工作面貫通形成全風(fēng)壓通風(fēng)系統(tǒng)后全部折除。另一側(cè)安裝的抽出式局部通風(fēng)機接入的均衡氣蝕孔隙風(fēng)筒應(yīng)采用剛性風(fēng)筒或剛筋作骨架的塑料布剛?cè)嵝燥L(fēng)筒。采煤工作面貫通形成礦井全風(fēng)壓通風(fēng)系統(tǒng)后，高瓦斯礦井和有瓦斯突出的礦井仍需保留抽出式局部通風(fēng)機和剛性、剛?cè)嵝燥L(fēng)筒，維護采煤工作面進、回風(fēng)道，如自燃發(fā)火嚴(yán)重的礦井采取灌漿滅火措施的只維護工作面回風(fēng)巷，均衡氣蝕孔隙風(fēng)筒在已維護的回風(fēng)巷內(nèi)可以抽排出采空區(qū)涌出的瓦斯，當(dāng)該采煤工作面回采結(jié)束時，(即采終)再拆除風(fēng)筒回收支架，無論那種材質(zhì)和規(guī)格的風(fēng)筒，都必須在風(fēng)筒上切縫或打孔，給風(fēng)流流出和吸入瓦斯留有一定的通道，切縫或打孔的數(shù)量以該風(fēng)筒總流出或吸入風(fēng)量的20％-40％為宜，過多則掘進掌子頭風(fēng)筒風(fēng)量不足，如果巷道較長，則需增加通風(fēng)機的風(fēng)量，增加的風(fēng)量要等于或大于巷道內(nèi)的所有孔隙風(fēng)量的總和，不是中央式開采，通風(fēng)巷道太長或瓦斯?jié)舛忍罂稍诓蓞^(qū)最近地表垂直鉆進一大直徑鉆孔安裝管道將瓦斯直接抽排入地面大氣中，使用抽出式的剛性孔隙風(fēng)筒其接頭是螺絲固定的，可在接頭處留一定的縫隙，也可以用在墊圈上作缺失切口，用螺絲固定擰緊，切口大小可根據(jù)風(fēng)量需要加工。
在煤巷瓦斯涌出量較大的掘進巷道應(yīng)用均衡氣蝕孔隙壓力差辦法風(fēng)筒上的切縫或孔洞，壓入式風(fēng)筒在巷道全長提供新鮮風(fēng)流吹動瓦斯，抽出式風(fēng)筒，吸入瓦斯、炮煙等有毒有害氣體，即使風(fēng)筒重疊段因巷道內(nèi)有風(fēng)流流動，也不會產(chǎn)生風(fēng)流停滯現(xiàn)象，且二個風(fēng)筒工作性質(zhì)不同，也不會產(chǎn)生循環(huán)風(fēng)，風(fēng)筒上切縫的長度和切縫之間的距離及孔洞的直徑和孔距，可根據(jù)實際風(fēng)量的需要進行切縫和打孔，可以只切縫不打孔，也可以只打孔，不切縫，也可以又切縫又打孔，因有孔洞的漏風(fēng)，應(yīng)增大的風(fēng)量達到能滿足巷道內(nèi)和掌子頭足夠的新鮮風(fēng)流，并能吹動、吸入、瓦斯、炮煙為宜，其通風(fēng)的風(fēng)量應(yīng)以孔隙風(fēng)筒到達掘進掌子頭的風(fēng)量為主、為大，巷道內(nèi)孔隙風(fēng)筒口吹出和吸入的風(fēng)量為輔比例為3∶7或4∶6，改善工人勞動環(huán)境，掘進巷道的均衡氣蝕孔隙壓力差法通風(fēng)，可加快掘進掌子頭和巷道內(nèi)空氣置換速度，快速排除巷道內(nèi)涌出的瓦斯，克服了已有混合式通風(fēng)方法風(fēng)流排瓦斯能量均發(fā)生在掌子頭的缺陷。根據(jù)需要，二個風(fēng)筒口到掌子頭的距離，要盡可能保持在有效吸程和有效射程以內(nèi)，要求出風(fēng)口的高速氣流不能吹起煤塵，不影響工作為限，吸入風(fēng)筒口盡可能靠近掌子頭，以能吸入掌子頭全部炮煙和瓦斯，這些污蝕風(fēng)流排入采區(qū)回風(fēng)巷、回風(fēng)石門后會隨全風(fēng)壓風(fēng)流快速流入主要回風(fēng)巷、總回風(fēng)巷后排入大氣。小煤礦巷道較短，通風(fēng)機可安裝在地面，污風(fēng)直接排入地面，如果煤炭產(chǎn)量較大或高瓦斯小煤礦，應(yīng)使用混合式均衡孔隙壓力差通風(fēng)方法，局部通風(fēng)機也可以安裝在井下巷道中。
采用均衡氣蝕孔隙壓力差通風(fēng)方法應(yīng)用在采煤工作面、工作面進、回風(fēng)道和采空區(qū)排出瓦斯體法時，因已有礦井全風(fēng)壓通風(fēng)，可單獨使用抽出式通風(fēng)方法，一般來說，采煤工作面發(fā)生瓦斯爆炸是在礦井全風(fēng)壓通風(fēng)方法不能沖淡排除大量涌出的瓦斯而產(chǎn)生的積聚，單獨靠加大風(fēng)量效果并不十分顯著，且增大風(fēng)量又受到采煤工作面實際最高允許風(fēng)速的限制，一般講采煤工作面通風(fēng)系統(tǒng)，應(yīng)該是工作面進風(fēng)巷(運輸巷)、采煤工作面(機采、綜采、綜放、炮采、風(fēng)鎬、手鎬采煤法等)工作面回風(fēng)巷，同時還應(yīng)包括采空區(qū)及上下隅角，這些都是采煤工作面通風(fēng)風(fēng)流必經(jīng)之路和容易漏風(fēng)的地點，因是全煤工作面是瓦斯量最大且容易積聚的地點，在礦井正常通風(fēng)時的全風(fēng)壓風(fēng)流向采空區(qū)漏風(fēng)，因風(fēng)流不暢，造成大量瓦斯積聚在采空區(qū)及上、下隅角，在安裝均衡氣蝕孔隙壓力差法的局部通風(fēng)機時，可以將通風(fēng)機機頭安裝在工作面回風(fēng)巷道外側(cè)與之相聯(lián)接的采區(qū)回風(fēng)道或回風(fēng)石門內(nèi)，距離工作面回風(fēng)巷口外側(cè)10米以外的地點，把有切縫或孔洞的風(fēng)筒吊掛在工作面回風(fēng)巷上部棚梁右臂部位以不防礙行人和運輸為準(zhǔn)，風(fēng)筒的長度在工作面回風(fēng)巷中應(yīng)為巷道全長，即初次采煤時采煤機的機頭、機尾位置，走向長壁后退式采煤法采煤時應(yīng)維護工作面回風(fēng)巷，只有在該采煤工作面回采完畢工作面密閉前才可逐段(節(jié))拆除風(fēng)筒，回收支架，如果是高瓦斯礦井和煤與瓦斯突出礦井，在采煤工作面的傾向斜長也應(yīng)安裝小些直徑的孔隙風(fēng)筒，并與工作面回風(fēng)巷中的孔隙風(fēng)筒每節(jié)接頭處以三通連接，工作面的小直徑風(fēng)筒應(yīng)使用可彎曲的有剛性骨架的柔性風(fēng)筒，并在風(fēng)筒上切縫或打孔，以快速吸入采煤工作面涌出的瓦斯，小直徑內(nèi)筒的長度應(yīng)到達采煤工作面最下部的下隅角為好，采煤工作面使用小直徑孔隙風(fēng)筒的優(yōu)點是雖然風(fēng)筒內(nèi)風(fēng)速較高，但風(fēng)筒與煤壁或采煤機距離較遠，不會大量吸動煤塵而造成煤塵飛場，小直徑風(fēng)筒安裝在自移液壓支架、單體液壓支架、摩擦金屬支架二立柱中靠的頂板部位，水平面上以鐵絲固定在橫向支架二柱上，支架移動時，自移液支架內(nèi)的孔隙風(fēng)筒可隨支架共同移動，單體液壓支架和金屬摩擦支架，移柱時，應(yīng)先放掉靠近工作面一側(cè)支柱，把風(fēng)筒前移，再放掉另一側(cè)支柱和頂梁。
在走向長壁后退式采煤工作面，大多采用上行風(fēng)下運輸?shù)拈_采方式，高瓦斯礦井和煤與瓦斯突出礦井，工作面進風(fēng)巷也應(yīng)該安裝均衡式氣蝕孔隙風(fēng)筒，在采煤時維護工作面進風(fēng)巷，風(fēng)筒長度直達采空區(qū)維護段巷道全長，在有煤層自燃發(fā)火的采空區(qū)進行灌漿滅火時，可以不維護工作面進風(fēng)巷只維護一條回風(fēng)巷，孔隙風(fēng)筒的長度，在回采工作面只達采空區(qū)下隅角為止，在下隅角回柱前，把風(fēng)筒前移以便通風(fēng)，急傾斜煤層如用倒臺階采煤法，水平分層下行垮落采煤法，可將均衡氣蝕孔隙壓力差風(fēng)筒安裝在區(qū)段運輸平巷和回風(fēng)平巷中或采區(qū)運輸石門、采區(qū)回風(fēng)石門中。
小煤礦因為距離地表較近井下巷道較短，有的不具備通風(fēng)系統(tǒng)或通風(fēng)系統(tǒng)不完善，因為是獨眼井通風(fēng)困難，只有一個安全出口，安全性差而國家明令禁止開采，一般的小礦井采煤掘進工藝簡單，通風(fēng)線路較短，瓦斯量較大，使用全風(fēng)壓通風(fēng)系統(tǒng)健全的小煤礦安裝均衡氣蝕孔隙壓力差式風(fēng)筒的方法同大中型煤礦相同；通風(fēng)系統(tǒng)不健全或構(gòu)不成通風(fēng)系統(tǒng)的小煤礦安裝均衡孔隙壓力差式風(fēng)筒安裝方式方法同大中型礦井的掘進工作面和采煤工作面巷道內(nèi)的安裝方法相同，為了防止循環(huán)風(fēng)只是必須把混合式的二臺通風(fēng)機機頭安裝在地面，相距10米遠以外的地方，其孔隙風(fēng)筒沿井筒巷道直達采、掘工作面掌子頭和采煤工作面內(nèi)，為了便于安裝二臺通風(fēng)機，井筒斷面較小的小煤礦，井筒應(yīng)設(shè)計成矩形，正方形一側(cè)作為提升井口，斷面較小一側(cè)可作不二臺通風(fēng)機風(fēng)筒安裝使用，從井口直達采、掘工作面的風(fēng)筒，只有在并筒落平后的平巷才可以使用切縫或打孔的風(fēng)筒，二個風(fēng)筒應(yīng)接入到采、掘工作面，以不吹起煤塵的距離為準(zhǔn)。由于小煤礦采煤工藝簡單，通風(fēng)路線較短而井巷斷面較小，極易產(chǎn)生巷道瓦斯的層和瓦斯積聚，為了快速排除采掘工作面及巷道內(nèi)的瓦斯，因此構(gòu)不成通風(fēng)系統(tǒng)的小礦設(shè)立二臺局部通風(fēng)機，一臺為壓入式局部通風(fēng)機從地面供給新鮮空氣，另一臺抽出式局部通風(fēng)機排除巷道內(nèi)和采煤工作面瓦斯層、積聚瓦斯、炮煙等有毒有害氣體，井筒為斜井的小煤礦安裝方法同立井相同，但均衡氣蝕孔隙風(fēng)筒應(yīng)安裝在斜井巷道上部一側(cè)或二側(cè)，應(yīng)不防礙行人通車為準(zhǔn)，如果井型很小，通風(fēng)路線很短，瓦斯涌出量較小，也可以單獨使用一臺壓入式或抽出局部通風(fēng)機，但采煤工作面及所屬行人巷道中瓦斯?jié)舛缺仨毿∮?.5％時才允許使用，否則，則使用二臺部通風(fēng)機同時工作向工作面通風(fēng)供氧降溫和排除瓦斯等有毒有害氣體。
已構(gòu)成通風(fēng)系統(tǒng)的小礦井如果開采范圍較大井巷較長，已使用的礦井全風(fēng)壓通風(fēng)，但采掘工作面及回風(fēng)巷中瓦斯?jié)舛容^大有瓦斯爆炸危險，同樣也應(yīng)使用均衡氣蝕孔隙壓力差風(fēng)筒，安裝在采煤工作面和回風(fēng)巷中。
在煤礦井下采掘工作面使用的均衡氣蝕孔隙壓力差式風(fēng)筒和局部通風(fēng)機，可以使用軸流式局部通風(fēng)機，也可以使用離心式局部通風(fēng)機，但在瓦斯量大或有煤與瓦斯突出的礦井采掘工作面的抽出式通風(fēng)最好使用離心式局部通風(fēng)機。
如果采、掘工作面巷道較長，一臺局部通風(fēng)機風(fēng)壓不足，可采用串聯(lián)二臺局部通風(fēng)機的方法增加風(fēng)壓，使用此項瓦斯防治技術(shù)，是在只需維護進、回風(fēng)巷，不增加掘進工程量的情況下設(shè)計的，維護進、回風(fēng)巷同工作面采煤的超前支護效果一樣，對保障采煤工作面的安全生產(chǎn)極有好處，如果井田采用邊界式通風(fēng)，或高瓦斯煤礦因通風(fēng)路線長，風(fēng)阻大，對排瓦斯不利，采區(qū)回風(fēng)道中瓦斯超限1％，此時可在采區(qū)回風(fēng)道附近從地面垂直鉆孔安裝抽排瓦斯管路，把從采煤工作面回風(fēng)道抽排出的瓦斯炮煙等有毒有害氣體直接抽排到地面，此項技術(shù)對抽出式礦井全風(fēng)壓通風(fēng)系統(tǒng)通風(fēng)方法更有利，對于壓入式礦井全風(fēng)壓通風(fēng)系統(tǒng)，應(yīng)增加全風(fēng)壓的風(fēng)量，否則風(fēng)量分流會使主要回風(fēng)道，總?cè)L(fēng)道風(fēng)量減小，對礦井通風(fēng)系統(tǒng)不利。
在高瓦斯礦井掘進巷道內(nèi)安裝混合式局部通風(fēng)機是瓦斯防治技術(shù)之必須，面在采煤工作面回風(fēng)巷中保留已安裝抽出式局部通風(fēng)機雖然有礦井全風(fēng)壓通風(fēng)，但也是瓦斯防治技術(shù)之必須，此部抽出式局部通風(fēng)機是在煤巷掘進時已經(jīng)安裝完畢，只不過是在掘進巷道貫通后沒有及時拆除，要等到整個采煤工作面回采完畢，在密閉前拆除，因此不增加局部通風(fēng)機和風(fēng)筒的安裝費機器設(shè)備費和材料費，增加局通風(fēng)機的運轉(zhuǎn)電費和巷道維護人工費和部分材料費，因此與瓦斯抽放專用瓦斯巷的瓦斯防治技術(shù)相比費用較少。
為了提高風(fēng)筒口的通風(fēng)質(zhì)量，無論是壓入式或抽出式局部通風(fēng)機的風(fēng)筒口都應(yīng)有減小風(fēng)筒口通風(fēng)斷面的措施，如可在風(fēng)筒口安裝閘門其他可減小風(fēng)筒口斷面的方法，也可在未節(jié)風(fēng)筒接入一節(jié)小直徑風(fēng)筒的方法，如未節(jié)風(fēng)筒口安裝閘門風(fēng)筒，閘門應(yīng)放開1/3、1/2、2/3風(fēng)流斷面，不可全開或全關(guān)閉閘門，以利于通風(fēng)。
均衡氣蝕孔隙壓力差法風(fēng)筒在煤層巷道內(nèi)每節(jié)風(fēng)筒都要切開細(xì)長縫隙或打孔(洞)，根據(jù)瓦斯量大小，孔隙數(shù)量可以是幾個、十幾個、幾十個風(fēng)筒的材質(zhì)可以是剛性的薄鐵板，塑料和其他剛性材料的風(fēng)筒，也可是加筋塑料布、帆布等柔性風(fēng)筒或金屬圈作剛性骨架的塑料布風(fēng)筒，在風(fēng)筒上可以打孔或切縫，也可以只打孔不切縫或只切縫不打孔，孔隙風(fēng)筒的直徑一般為200mm-1000mm，常用的為300mm-600mm，孔隙切縫和孔洞應(yīng)采取加固措施防止風(fēng)流撕裂風(fēng)筒，方法是在孔隙處加裝可關(guān)閉或開啟的能左右移動的閘板或其他控制風(fēng)流的措施，孔隙切縫的長度，寬度和孔洞的直徑為1-300mm，一般常用的為10-100mm。
為了盡量少占用巷道橫斷面空間，巷道寬便于安裝吊掛，便于行人運料和通過礦車剛性和剛?cè)嵝钥紫讹L(fēng)筒的橫斷面可加工成橢園形、正方形、長方形、園形矩形等任意形狀。
本發(fā)明同現(xiàn)有采、掘工作面通風(fēng)技術(shù)相比，具有極大的優(yōu)越性，無效的瓦斯煤塵爆炸事故都是由于通風(fēng)不良的原因而發(fā)生的，所謂不良，即通風(fēng)方法不良，通風(fēng)技術(shù)有缺陷，需要改進或完善采掘工作面的通風(fēng)技術(shù)就屬此類，即需改進和完善的技術(shù)，此項發(fā)明成果即可彌補這一技術(shù)的不足。
根掘瓦斯氣體的性質(zhì)，極易造成瓦斯積聚盡管人們采取了許許多多防治瓦斯的措施，如從利用自然通風(fēng)發(fā)展到機械通風(fēng)，并盡可能的加大風(fēng)量，有些已經(jīng)達到最高允許風(fēng)速，但巷道內(nèi)的瓦斯層和瓦斯積聚的現(xiàn)象仍十分嚴(yán)重，這就說明瓦斯在煤層內(nèi)涌出和空氣在井巷內(nèi)流動的機理和瓦斯的性質(zhì)這些矛盾還沒有得到調(diào)合調(diào)整和缺少解決矛盾的方法，缺少必要的技術(shù)和裝備可以高效快速地排除瓦斯，即僅靠加強通風(fēng)，增加風(fēng)量來解決巷道瓦斯層和瓦斯積聚的矛盾，這不但是一個經(jīng)濟的問題，更重要的是井下不同用巷道斷面的變化和不同用風(fēng)地點的風(fēng)速限制，這個矛盾不可調(diào)合，而采用均衡氣蝕孔隙壓力差通風(fēng)法，可以有效的解決這個難以調(diào)合的矛盾，即增大的風(fēng)量，提高了風(fēng)速，只在風(fēng)筒內(nèi)進行，而且可以根據(jù)瓦斯涌出量大小，巷道的長度任意增加或減小風(fēng)量，只要達到巷道內(nèi)瓦斯量盡可能的少，即巷道內(nèi)無論涌出多少瓦斯都能及時排出巷道，而不會在巷道內(nèi)積聚，本發(fā)明技術(shù)的關(guān)健是充分利用主要回風(fēng)巷，總回風(fēng)巷的高風(fēng)速、大風(fēng)量的排瓦斯功能，利用機械風(fēng)壓強行將瓦斯氣體抽放到大斷面，高風(fēng)速的主要回風(fēng)巷道中，然后利用主要回風(fēng)巷，總回風(fēng)巷中的高速風(fēng)流(10m/s)將瓦斯快速排到地面。事實巷道內(nèi)瓦斯層乃是瓦斯積聚的另一種積聚形式它和無風(fēng)地點的瓦斯積聚同屬一種性質(zhì)，只不過是在低速風(fēng)流緩慢流動的一種層聚瓦斯，其危害性是很大的，即達到一定濃度，遇到火源即可引起瓦斯爆炸，僅從瓦斯含量雖然為0.5％，但有煤塵量達到30克/m3，即可引爆瓦斯引起爆炸的危險性看，能夠引起爆炸的概率相當(dāng)大的，在生產(chǎn)中放炮崩落煤塵量是很大的，這時如果放炮不規(guī)范，不按要求裝藥封泥(孔)那么放炮竄出的火焰也可引爆瓦斯。
現(xiàn)有巷道掘進工作面中，現(xiàn)有的通風(fēng)技術(shù)，無論是抽出式通風(fēng)，壓入式通風(fēng)或者是混合式通風(fēng)，風(fēng)流在巷道這個狹窄的空間的流動方式都是平行于巷道中心線方向，風(fēng)筒的漏風(fēng)是認(rèn)為有害的并采取各種措施加以防備的，更重要風(fēng)筒的出風(fēng)口，進風(fēng)口均在巷道掌子頭，以其出、進風(fēng)流，吹散和吸入掌子頭的瓦斯和炮煙，雖然高瓦斯礦井煤巷掘進工作面、掌子頭由于新揭煤體瓦斯涌出量較大，但人們往往忽視了全煤巷道即煤層巷道的側(cè)壁及巷道頂?shù)装宓恼麄€巷道全長斷面都會更大更多的瓦斯涌出量，對于處理這些大量瓦斯，現(xiàn)有通風(fēng)技術(shù)均無特殊處理措施，只靠掘進掌子頭風(fēng)筒口風(fēng)流的作用，向外擠壓的風(fēng)流帶走瓦斯，風(fēng)流只作用掘進工作的掌子頭，風(fēng)筒口和巷道內(nèi)風(fēng)速比相差太大，可以想象其沖淡巷道內(nèi)瓦斯層的風(fēng)流工作機理是何其的緩慢，產(chǎn)生巷道瓦斯層乃至瓦斯積聚也就不足為怪了。
本發(fā)明的氣蝕孔隙壓力差方法的通風(fēng)技術(shù)，可以解決采煤、掘進工作面風(fēng)速和風(fēng)量的限制，即無論增加多少風(fēng)量提高多少風(fēng)速都不會只發(fā)生在掘進掌子頭和采煤工作面，對工作面的生產(chǎn)環(huán)境沒有影響，因此在技術(shù)經(jīng)濟都允許的情況下，合理地增加風(fēng)量，提高風(fēng)速，對防治瓦斯極為有利，因此，風(fēng)量、風(fēng)速和工作環(huán)境對于防治瓦斯的矛盾可以解決了，所以，在采掘工作面使用均衡氣蝕孔隙壓力通風(fēng)技術(shù)后的采掘工作面，瓦斯含量可大大減小，工作環(huán)境大大改善，因風(fēng)流可以在巷道內(nèi)橫向流動，可以改善采掘工作面巷道這個狹窄空間小氣候使巷道內(nèi)風(fēng)流流動由一維變?yōu)槎S三維流動，這是本發(fā)明同現(xiàn)有通風(fēng)技術(shù)的重大發(fā)現(xiàn)，有不可比的優(yōu)越性，根據(jù)巷道內(nèi)瓦斯含量，調(diào)整風(fēng)量使之達到最佳效果，即能夠快速排出炮煙，瓦斯、煤塵等有毒有害氣體。
在經(jīng)濟效益方面，對于高瓦斯和煤塵瓦斯突出礦井的瓦斯抽放技術(shù)，雖然抽放瓦斯可以減少一些巷道瓦斯涌出量及減少煤與瓦斯突出次數(shù)，但在抽放后的煤層內(nèi)掘巷瓦斯量仍然很大，即只能抽放煤層內(nèi)占瓦斯總量20％游離瓦斯的20-30％，即瓦斯總量的7-10％可以被抽出，余下的90％的游離和吸附瓦斯只在機組落煤時，才大量釋放出來，何況抽放后的煤層不可能完全杜絕煤與瓦斯突出，只不過瓦斯抽放后煤與瓦斯突出次數(shù)相對少一些罷了。根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》第145條采掘工作面瓦斯涌出量大，用通風(fēng)方法解決瓦斯問題不合理或開采有煤與瓦斯突出危險煤層必須建立地面永久抽放瓦斯系統(tǒng)或井下臨時抽放斯系統(tǒng)。但抽放瓦斯的方法的不足是，一投放時產(chǎn)間長，要達到投放50％瓦斯，需6-8年時間，減少抽放瓦斯量，最少也需要半年到一年，抽放效率低，如果予抽煤層瓦斯，有時會影響工作面正常接續(xù)或影響正常生產(chǎn)，抽放工藝落后，需投入大量資金用于購買設(shè)備和專用瓦斯泵(二套)安裝瓦斯管路，掘進瓦斯巷道，大量抽排瓦斯鉆孔及電力、人工管理等，因受鉆孔密度限制，僅能投放部分游離瓦斯(即瓦斯總含量20％的游離瓦斯的一部分，最多也就7-10％)，而80％的吸附瓦斯，只有落煤時才能煤體中釋放出來，因此，抽放瓦斯，投入巨大部分有效，只能起到事倍功半效果，得不償失，雖然抽放瓦斯可使煤與瓦斯突出次數(shù)減少，但瓦斯突出并不等于瓦斯爆炸，如果嚴(yán)格控制引火源，使用最有效的通風(fēng)技術(shù)，突出的瓦斯能快速隨風(fēng)流帶走，消滅瓦斯積驟，則瓦斯爆炸可以防止，即使發(fā)生煤與瓦斯突出，根據(jù)預(yù)兆采取措施，及時預(yù)防，可以把瓦斯突出造成的損失降低到最低限度，因此對于抽放瓦斯系統(tǒng)而言，使用均衡氣蝕孔隙壓力差通風(fēng)技術(shù)，同樣是用于防治瓦斯技術(shù)相比，抽放瓦斯時間長，新方法立竿見影，抽放瓦斯投入資金巨大，本專利技術(shù)只需抽放瓦斯系統(tǒng)投入的30％資金，可節(jié)省70％的資金便可達到防治瓦斯的效果，如果使用專用排瓦斯巷，則抽放系統(tǒng)投入更多，本均衡氣蝕壓力差技術(shù)是在已掘巷道中敷設(shè)掘進、采煤二用，可節(jié)省大量資金，因此，采用均衡氣蝕孔隙壓力差通風(fēng)技術(shù)投入少、效率高、安全可靠，比瓦斯抽放等技術(shù)節(jié)省資金4/5，提高功效10倍。
實施本發(fā)明最好的方式是利用均衡氣蝕孔隙壓力差風(fēng)筒伸入采空區(qū)、上下隅角及采、掘工作面，在掘進巷道內(nèi)的均衡氣蝕孔隙壓力差風(fēng)筒或普通孔隙風(fēng)筒放炮時拉回到巷道內(nèi)安全地點，放炮后拉回到掌子頭。
采煤工作面及工作面進、回風(fēng)巷，只采用抽出式均衡氣蝕孔隙壓力差風(fēng)筒、風(fēng)筒口應(yīng)伸入到采空上下隅角內(nèi)，為了保證風(fēng)筒口留有較大的風(fēng)流吸入量，不維護進風(fēng)巷的下隅角放頂撤架前將風(fēng)筒割開，不要割斷，或拆除回收一節(jié)孔隙風(fēng)筒，采煤工作面的孔隙風(fēng)筒直徑較工作面回風(fēng)道內(nèi)的風(fēng)筒直徑工小一些，回風(fēng)巷內(nèi)風(fēng)筒每個接頭部分要接入三通接頭，以便接入回采工作面內(nèi)風(fēng)筒，高瓦斯礦井可在工作面進風(fēng)巷及下隅角同時維護進風(fēng)巷接入孔隙風(fēng)筒，以便吸入工作面進風(fēng)巷內(nèi)及下隅角的瓦斯，避免三道瓦斯匯合加大工作面回風(fēng)巷內(nèi)瓦斯量，如果采煤工作面較短或風(fēng)筒接入困難的話，也可以不接入風(fēng)筒，風(fēng)流可形成掘進巷道內(nèi)風(fēng)流小氣候，可使風(fēng)筒漏風(fēng)風(fēng)流以有害變成無害有益，這是本發(fā)明的新穎性，維護進、回風(fēng)巷利用風(fēng)筒的孔隙吸入大量瓦斯層防止瓦斯積聚是本發(fā)明的實用性。
本發(fā)明的通風(fēng)方法是在不改變礦井全風(fēng)壓通風(fēng)系統(tǒng)的情況下研究設(shè)計的，充分利用全風(fēng)壓可起到減小風(fēng)阻的目的，增大風(fēng)量提高風(fēng)速，只在風(fēng)筒內(nèi)及風(fēng)筒孔隙較近的地方。
實施本發(fā)明較為有利的條件是從回采工作面及工作面回風(fēng)道抽出的瓦斯氣體在排入采區(qū)回風(fēng)巷后，經(jīng)回風(fēng)石門直到總回風(fēng)巷道，巷道斷面逐漸增大阻力減小，風(fēng)流流速逐漸加快這時井巷內(nèi)的瓦斯氣體被大斷面，快流速的空氣沖淡，瓦斯?jié)舛葘苄?，這些有毒有害氣體會很快到達出風(fēng)井，經(jīng)主要通風(fēng)機抽排至地面大氣內(nèi)而不會在井下巷道內(nèi)滯留積聚，這是實施本發(fā)明的有利方面。
在采煤工作面及工作面回風(fēng)巷的孔隙風(fēng)筒吸入一定量的風(fēng)流，造成這些巷道內(nèi)風(fēng)量減少，此時可適當(dāng)增加工作面進風(fēng)巷的風(fēng)量作補償。
掘進巷道為獨頭巷，因為是新開巷，瓦斯涌出量大瓦斯治理更加困難，因此，采用均衡混合氣蝕孔隙壓力差通風(fēng)方法最為有效的防治瓦斯，可以大大改善通風(fēng)質(zhì)量。
本發(fā)明適用于低瓦斯礦井，更適應(yīng)于高瓦斯礦井和煤(巖)瓦斯突出的礦井，其技術(shù)經(jīng)濟效益更明顯優(yōu)于其他瓦斯防治方法。在煤巷掘進工作面使用的壓入式均衡氣蝕孔隙差力差法風(fēng)筒，面對人行道一側(cè)最好不要切縫或打孔，或關(guān)閉行人一側(cè)孔隙防止風(fēng)吹行人，孔隙風(fēng)筒吊掛位置不應(yīng)影響行人和車輛運輸。
將巷道風(fēng)流沿巷道軸線流動的一維流動形式，改變?yōu)椴擅汗ぷ髅嫒赖难叵锏垒S線和橫截面流動二維和掘進工作面的三維流動形式是均衡氣蝕孔隙壓力差通風(fēng)方法獨到之處，也是防止瓦斯、煤塵爆炸技術(shù)成功的關(guān)健。
采煤工作面進風(fēng)巷雖有全風(fēng)壓通風(fēng)但又安裝了局部通風(fēng)機抽排瓦斯，但此局部通風(fēng)機是在掘進時就已經(jīng)安裝使用，只是在掘進巷道貫通形成全風(fēng)壓通風(fēng)系統(tǒng)后保留抽出式局部通風(fēng)機，拆除壓入式局部通風(fēng)機，在采煤工作面達到采終線，工作面巷道密閉前拆除抽出式局部通風(fēng)機和風(fēng)筒，撤架回柱，然后再對采煤工作面巷道密閉。
采煤工作面進回風(fēng)道雖然安裝了局部通風(fēng)機和孔隙風(fēng)筒，但不增加任何工程費用，只是在采煤期間排瓦斯的電費，部分巷道維護費，與其他防治瓦斯的技術(shù)相比，此費用是低廉的，即其他防治瓦斯工程的費用20％-30％，因此采用均衡氣蝕孔隙壓力差通風(fēng)技術(shù)防治瓦斯是安全高效的。
權(quán)利要求
一、一種用于防止煤礦井下瓦斯煤塵爆炸的方法是采用均衡氣蝕孔隙壓力差法的通風(fēng)技術(shù)，應(yīng)用在煤礦井下掘進工作面可以使用混合均衡氣蝕孔隙壓力差風(fēng)筒，即一條壓入式柔性均衡氣蝕孔隙壓力差法的風(fēng)筒和一條抽出式剛性或剛性作骨架用塑料布的，加強柔性均衡氣蝕孔隙壓力差風(fēng)筒，二條風(fēng)筒在煤巷掘進巷道內(nèi)和使用在采煤工作面進、回風(fēng)道，采煤工作面及已維護采空區(qū)的巷道內(nèi)孔隙風(fēng)筒均應(yīng)切縫或打孔，剛性風(fēng)筒的接頭處如果用螺絲加墊圈固定，可在剛性風(fēng)筒接頭處松動螺絲帽或墊圈缺失邊方法留有一定空隙代替切縫，其通風(fēng)的風(fēng)量應(yīng)以均衡氣蝕孔隙壓力差風(fēng)筒到達掘頭掌子頭的風(fēng)量為主，為大，巷道內(nèi)孔隙洞口吹出和吸入的風(fēng)量為輔，比例為3∶7或4∶6，使得掘進掌子頭和巷道內(nèi)形成混合式二維三維氣流，沖散和吸入掘進巷道內(nèi)及掌子頭的瓦斯，炮煙等有毒有害氣體排放到采區(qū)回風(fēng)巷、主要回風(fēng)巷或回風(fēng)石門、總回風(fēng)巷，如果采用邊界式通風(fēng)或采區(qū)回風(fēng)道中瓦斯?jié)舛瘸蘅稍?％以上采區(qū)回風(fēng)巷地表上方用大鉆孔直達地面，至采區(qū)回風(fēng)巷，在鉆孔內(nèi)安裝排瓦斯管道，二條風(fēng)筒口在掘進掌子頭，應(yīng)滿足有效吸程和射程，風(fēng)筒應(yīng)是掛在巷道上方，幫壁的一側(cè)或二側(cè)，小煤礦因井型小，巷道長度較短的無石門瓦斯量大，使用均衡氣蝕孔隙壓力差法風(fēng)筒安裝方法同大中型礦井的掘進煤巷時的安裝方法相同，其通風(fēng)機主機可安裝在地面，也可安裝在井下回風(fēng)巷道內(nèi)，掘進工作面利用礦井全風(fēng)壓通風(fēng)防治瓦斯為輔，以抽出式均衡氣蝕孔隙壓力差風(fēng)筒吸入瓦斯氣體為主的通風(fēng)瓦斯防治方法，采煤工作面抽出式均衡氣蝕孔隙壓力差風(fēng)筒每節(jié)風(fēng)筒都要切縫或打孔，工作面回風(fēng)巷內(nèi)均衡氣蝕隙風(fēng)筒每節(jié)風(fēng)筒接頭，可加裝三通接頭，作接入工作面孔隙風(fēng)筒之用，如瓦斯量小安裝不便也可不接三通接頭，孔隙風(fēng)筒長度直達采空區(qū)已維護的工作面進、回風(fēng)巷內(nèi)最遠地點，如采空區(qū)灌漿防火，工作面進風(fēng)巷無法維護，可只維護工作面回風(fēng)巷加強的超前支護，工作面進風(fēng)巷如不維護，在回柱撤架放頂前應(yīng)割開風(fēng)筒，不要割斷也可折除未節(jié)風(fēng)筒，高瓦斯礦井和煤與瓦斯突出礦井在工作面進風(fēng)巷中也應(yīng)接入均衡氣蝕孔隙壓力差風(fēng)筒，長度直達采空區(qū)下隅角，局部通風(fēng)機應(yīng)安裝在工作面回風(fēng)巷口外10mm以外或主要回風(fēng)巷，回風(fēng)石門、總回風(fēng)巷中，小煤礦的采煤工作面巷道較短，采場狹小，可在工作面安裝二臺混合式均衡氣蝕孔隙壓力差法風(fēng)筒，向小煤礦的掘進采煤工作面通風(fēng)、供氧、降溫，吸入排除瓦斯，局部通風(fēng)機可安裝在井下、回風(fēng)巷內(nèi)，也可安裝在地面，風(fēng)筒口均應(yīng)直達并下采煤作面的用風(fēng)地點采場內(nèi)，其特征是均衡氣蝕孔隙壓力差法風(fēng)筒在煤層巷道內(nèi)每節(jié)風(fēng)筒都要切開細(xì)長縫隙或打孔(洞)根據(jù)瓦斯量大小，孔隙數(shù)量可以是幾個、十幾個、幾十個。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通風(fēng)方法，其特征是風(fēng)筒的材質(zhì)可以是剛性的薄鐵板，塑料和其他剛性材料的風(fēng)筒，也可以是加筋塑料布、帆布等柔性風(fēng)筒和金屬作剛性骨架的塑料布風(fēng)筒。
3.根據(jù)權(quán)要求1所述的通風(fēng)方法，其特征是在煤層巷道的采掘工作面內(nèi)每節(jié)風(fēng)筒上可以打孔又切縫，或者只打孔不一切縫，只切縫不打孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通風(fēng)方法，其特征是孔隙風(fēng)筒的直徑應(yīng)以滿足防治瓦斯需要的風(fēng)量一般為200mm-1000mm常用的為300mm-600mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通風(fēng)方法，其特征是對風(fēng)筒上的孔隙切縫和孔洞，應(yīng)采取加固措施，防止風(fēng)流撕裂風(fēng)筒，在孔隙處加裝可關(guān)閉或開啟的能左右移動的閘板或其他控制風(fēng)流的措施。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通風(fēng)方法，孔隙切縫的長度、寬度和孔洞的直徑為1-300mm，一般常用為10-100mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通風(fēng)方法，采掘工作面剛性風(fēng)筒可利用接頭螺絲不緊固或墊圈缺失部分的縫隙吹動和吸入瓦斯、煤塵，炮煙有毒有害氣體。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通風(fēng)方法，采掘工作面局部通風(fēng)機風(fēng)壓不足，可用串聯(lián)二臺局部通風(fēng)機的方法增加風(fēng)壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通風(fēng)方法，局部通風(fēng)機可以使用離心式，也可以使用軸流式，高瓦斯和有煤與瓦斯空出礦井，采掘工作面最好使用離心式通風(fēng)機和孔隙風(fēng)筒。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通風(fēng)方法，孔隙風(fēng)筒的橫斷面可加工成橢園形、園形、正方形、長方形、矩形等任意形狀。
全文摘要
本發(fā)明是一種用于防止煤礦井下瓦斯、煤塵爆炸的方法，快速排除煤礦井下掘進、采煤工作面及所屬巷道內(nèi)和采空區(qū)的瓦斯積聚和巷道頂板瓦斯層，由于礦井通風(fēng)瓦斯防治技術(shù)是一項極其復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)及系統(tǒng)工程，而采掘工作面嚴(yán)格限制風(fēng)速，因此，涌出量最大的瓦斯這個無色、無味、無臭、無毒達到一定濃度遇明火即可爆炸的除氫氣以外最輕的有害氣體只有隨采掘工作面巷道內(nèi)的低速風(fēng)流緩慢流動，因此，極易形成巷道頂板瓦斯層和瓦斯積聚，給瓦斯煤塵爆炸留下極大隱患，利用本發(fā)明的均衡氣蝕孔隙壓力差法這個空氣流動動力學(xué)原理能快速消除巷道頂板瓦斯層和巷道瓦斯積聚，廣泛應(yīng)用于煤礦井下采煤、掘進工作面及所屬巷道內(nèi)和采空區(qū)的瓦斯防治。
文檔編號E21F1/00GK1438405SQ0310249
公開日2003年8月27日 申請日期2003年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月27日
發(fā)明者張朝喜 申請人:張朝喜