淺析瓦斯排放的安全措施

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《煤礦安全規(guī)程》(1992年版)及《〈煤礦安全規(guī)程〉1992年版執(zhí)行說明》(以下簡(jiǎn)稱《規(guī)程》和《執(zhí)行說明》)對(duì)獨(dú)頭巷道停風(fēng)和恢復(fù)通風(fēng)、送電的安全措施作了原則性的規(guī)定。但筆者認(rèn)為,有些條文欠具體,《規(guī)程》與《執(zhí)行說明》在個(gè)別問題上存在些矛盾,現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行過程中,各單位對(duì)有關(guān)規(guī)定的理解存在些差異,處理不妥,很有可能導(dǎo)致事故。瓦斯排放涉及問題多,實(shí)施時(shí),各部門必須協(xié)調(diào)配合,才能做到萬(wàn)無(wú)一失?! ?BR>    1 關(guān)于排放瓦斯?jié)舛鹊目刂?BR>    1.1 瓦斯?jié)舛鹊目刂?BR>    《規(guī)程》第146條規(guī)定,如果停風(fēng)區(qū)中,瓦斯?jié)舛瘸^1%或二氧化碳濃度超過1.5%時(shí),必須制定排除瓦斯或二氧化碳的安全措施,控制風(fēng)流,使排出的風(fēng)流在同全風(fēng)壓風(fēng)流混合處的瓦斯和二氧化碳濃度都不得超過1.5%,回風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)還必須停電撤人。只有經(jīng)過瓦斯檢查,證實(shí)恢復(fù)通風(fēng)的巷道風(fēng)流中瓦斯?jié)舛炔怀^1%和二氧化碳濃度不超過1.5%時(shí),方可人工恢復(fù)局部通風(fēng)機(jī)供風(fēng)的巷道中一切電氣設(shè)備的供電。而《執(zhí)行說明》第42條規(guī)定,必須使獨(dú)頭巷道排出的風(fēng)流在全風(fēng)壓風(fēng)流混合處的瓦斯?jié)舛炔怀^1%,二氧化碳濃度不超過1.5%。對(duì)于全風(fēng)壓混合處瓦斯?jié)舛鹊囊?guī)定,《規(guī)程》與《執(zhí)行說明》規(guī)定不一,現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)也不一樣。應(yīng)當(dāng)說明,排出風(fēng)流中瓦斯?jié)舛仍降驮桨踩鄳?yīng)的排放時(shí)間較長(zhǎng),對(duì)于一些瓦斯涌出量較大的掘進(jìn)工作面,正常生產(chǎn)時(shí),回風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛染徒咏?%,排放過程中獨(dú)頭巷道本身尚有大量瓦斯涌出,若將全風(fēng)壓混合處瓦斯?jié)舛劝床怀^1%來執(zhí)行,所需要的排放時(shí)間過長(zhǎng),對(duì)井下其它地方生產(chǎn)的影響更大,有些礦井基本上到了無(wú)法執(zhí)行的地步,于是出現(xiàn)一些抵觸情緒,干脆不按規(guī)定執(zhí)行,快速排放,濃度也就無(wú)數(shù)值上的控制,處理不妥就可能釀成事故。筆者認(rèn)為,將全風(fēng)壓混合處瓦斯?jié)舛葒?yán)格控制在1.5%以下,比較現(xiàn)實(shí),辦法是在混合處設(shè)瓦斯探頭,進(jìn)行報(bào)警斷電?! ?BR>    1.2 控制排放瓦斯的方法
    為使排放瓦斯風(fēng)流在同全風(fēng)壓風(fēng)流混合后,其中的瓦斯?jié)舛炔怀?,必須采取控制排放方法,?yán)禁“一風(fēng)吹”,現(xiàn)場(chǎng)采取的控制方法主要有:
    (1)增阻限風(fēng)法。增阻限風(fēng)法的實(shí)質(zhì)就是增加局部通風(fēng)機(jī)的工作風(fēng)阻,以限制局部通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量,達(dá)到控制排放瓦斯的目的。主要方法有2種,一是在局部通風(fēng)機(jī)入風(fēng)口用木板阻擋;二是在風(fēng)機(jī)出風(fēng)側(cè)用繩子捆綁。
    (2)分風(fēng)限風(fēng)法。分風(fēng)限風(fēng)法的實(shí)質(zhì)是讓風(fēng)流分岔,只讓部分風(fēng)流通過風(fēng)筒進(jìn)入獨(dú)頭巷道以排放瓦斯,另一股風(fēng)流則同全風(fēng)壓風(fēng)流一起稀釋排放出來的瓦斯。主要有2種:一是在風(fēng)機(jī)出風(fēng)側(cè)設(shè)“三通”,通過調(diào)節(jié)2個(gè)閥門的開啟程度來控制進(jìn)入獨(dú)頭巷道的風(fēng)量;另一種是將風(fēng)筒在風(fēng)機(jī)出風(fēng)口斷開,調(diào)節(jié)對(duì)口位置以控制送入獨(dú)頭巷道的風(fēng)量。
    (3)逐段排放法。逐段排放法是指在獨(dú)頭巷道內(nèi)將風(fēng)筒斷開,將獨(dú)頭巷道內(nèi)積存的瓦斯由外向里逐段排放出來。
    上述三類控制排放瓦斯的方法各有優(yōu)缺點(diǎn),增阻限風(fēng)法缺點(diǎn)是風(fēng)機(jī)處于高風(fēng)阻狀態(tài)下啟動(dòng)并運(yùn)行,易處于不穩(wěn)定狀態(tài),且風(fēng)量控制不易把握。分風(fēng)限風(fēng)法缺點(diǎn)也在于風(fēng)量不易根據(jù)全風(fēng)壓混合處的瓦斯?jié)舛葋頊?zhǔn)確控制,實(shí)際操作時(shí)容易出現(xiàn)風(fēng)量過小而影響排放速度,風(fēng)量過大又增加了排出的瓦斯量,使全風(fēng)壓混合處瓦斯?jié)舛瘸?,若能通過設(shè)在全風(fēng)壓混合處的探頭自動(dòng)控制往獨(dú)頭巷道中的送風(fēng)量,則此法也比較理想。逐段排放法的缺點(diǎn)在于排放瓦斯人員處于濁風(fēng)中,操作不當(dāng)就會(huì)存在不安全隱患。若排放人員有一定的工作經(jīng)驗(yàn),能嚴(yán)格控制排放量,安全問題是能解決的,此方法的優(yōu)點(diǎn)在于風(fēng)機(jī)吸入的風(fēng)量全部用于排放并稀釋瓦斯,所以在停風(fēng)區(qū)內(nèi)積聚的瓦斯?jié)舛雀咔胰L(fēng)壓風(fēng)量又不太大時(shí),采用逐段排放比較好。  
    2 有關(guān)參數(shù)計(jì)算
    獨(dú)頭掘進(jìn)巷道停風(fēng)后,其內(nèi)部積存的瓦斯量、瓦斯?jié)舛取⑴欧艜r(shí)供風(fēng)量、排放量和最短的排放時(shí)間都很有必要在排放前制定的安全措施報(bào)告中計(jì)算出來,這樣一是有利于排放瓦斯人員在實(shí)際操作時(shí)做到心中有數(shù),二是有利于妥善安排停電撤人區(qū)域內(nèi)各部門的工作。嚴(yán)格講,井下條件復(fù)雜,有關(guān)計(jì)算屬于估算,與實(shí)際情況未必完全相符,執(zhí)行時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況靈活調(diào)整。
    2.1 獨(dú)頭巷道內(nèi)積存的瓦斯量
    VCH4=KQCH4t
    式中 VCH4——獨(dú)頭巷道內(nèi)積存的瓦斯量,m3;
    QCH4——正常時(shí)獨(dú)頭巷道的絕對(duì)瓦斯涌出量,m3/min;
    t——停風(fēng)時(shí)間,min;
    K——停風(fēng)后獨(dú)頭巷道內(nèi)絕對(duì)瓦斯涌出量與正常掘進(jìn)時(shí)絕對(duì)瓦斯涌出量之比值,K值因礦井及獨(dú)頭巷道的具體情況,即瓦斯涌出源的構(gòu)成不同而不同,但停風(fēng)后由于巷道不掘進(jìn),CH4涌出量減小,故K<1,一般為0.3~0.7。
    2.2 獨(dú)頭巷道內(nèi)積存的瓦斯?jié)舛?BR>    C=VCH4×100/LS=KQCH4t×100/LS
    式中 C——獨(dú)頭巷道內(nèi)CH4平均濃度,%;
    L——獨(dú)頭巷道長(zhǎng)度,m;
    S——獨(dú)頭巷道平均斷面積,m2。
    當(dāng)停風(fēng)時(shí)間很長(zhǎng),即t值很大時(shí),有可能使計(jì)算出的C≥100%,這與實(shí)際情況不符,此時(shí)取C=100%,從另一方面講,獨(dú)頭巷道內(nèi)CH4分布是不均勻的?! ?BR>    2.3 排放量
    M=Q0(1.5-C0)/100
    式中 M——從獨(dú)頭巷道中每分鐘最多允許排出的瓦斯量,m3/min;
    Q0——全風(fēng)壓通風(fēng)巷道中風(fēng)量,m3/min;
    C0——全風(fēng)壓通風(fēng)巷道入風(fēng)流中攜帶的CH4濃度,%。
    2.4 供風(fēng)量
    Qmax=M×100/C=Q0(1.5-C0)/C
    式中 Qmax——允許往獨(dú)頭巷道內(nèi)供風(fēng)量的值,m3/min;
    C——獨(dú)頭巷道內(nèi)平均CH4濃度,%?!?BR>    2.5 排放時(shí)間T
    由VCH4+KQCH4T=MT知:
    T=VCH4/(M-KQCH4)
    式中 T——排放獨(dú)頭巷道中瓦斯所需要的時(shí)間,min。
    嚴(yán)格講,排放瓦斯時(shí)間T應(yīng)根據(jù)實(shí)際操作時(shí)再定,以上計(jì)算是按排放量來推算的,實(shí)際操作時(shí),排放瓦斯風(fēng)流同全風(fēng)壓混合處的CH4濃度不可能恒為1.5%,另外還應(yīng)考慮,瓦斯排放完后,必須等30 min,確證無(wú)異常變化后,方可恢復(fù)正常供風(fēng)與生產(chǎn),故實(shí)際排放時(shí)間可參考本礦過去的經(jīng)驗(yàn)值。
    3 關(guān)于排放瓦斯時(shí)停電、撤人的范圍
    排放瓦斯時(shí),為防止發(fā)生瓦斯爆炸,一是要嚴(yán)格控制排放瓦斯風(fēng)流中CH4的濃度;二是要堅(jiān)決杜絕排放瓦斯風(fēng)流流經(jīng)線路上一切火源,故必須確定停電撤人范圍;三是一旦發(fā)生事故,為限度地減少人員傷亡并防止人員誤入危險(xiǎn)區(qū),一定要明確撤人范圍。關(guān)于這一點(diǎn)《規(guī)程》及《執(zhí)行說明》只作了些原則性規(guī)定,即要求獨(dú)頭巷道的回風(fēng)系統(tǒng)必須停電撤人,但在現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行時(shí)存在很多問題,主要焦點(diǎn)在于什么是獨(dú)頭巷道的回風(fēng)系統(tǒng)。
    對(duì)于如圖1所示的角聯(lián)風(fēng)網(wǎng),假如正常通風(fēng)時(shí)期各分支風(fēng)流方向如圖中箭頭所示,分支6為獨(dú)頭巷道,內(nèi)部積存了大量CH4需要排放,AB分支5屬角聯(lián)巷道,風(fēng)向?yàn)锳→B,排放瓦斯時(shí),排放瓦斯風(fēng)流通過分支2進(jìn)入回風(fēng)系統(tǒng)而不會(huì)進(jìn)入分支5,但當(dāng)1、2、3、4四條分支的風(fēng)阻有變化時(shí),角聯(lián)分支5的風(fēng)量及風(fēng)流方向均有可能發(fā)生變化,排放瓦斯風(fēng)流就有可能由B點(diǎn)進(jìn)入,侵蝕分支5,通過A點(diǎn)再侵蝕分支4(若忽略局部通風(fēng)機(jī)作用,只要R1R4<R2R3就會(huì)使分支5的風(fēng)流方向變?yōu)锽→A),可以設(shè)想,一旦分支2不暢通,或分支4的風(fēng)門在排放瓦斯時(shí)突然被打開,排放瓦斯風(fēng)流都可能侵蝕分支5和分支4。這樣就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)問題,分支5和分支4平時(shí)本身不屬于分支6的回風(fēng)系統(tǒng),但當(dāng)條件發(fā)生變化時(shí),又有可能變?yōu)榛仫L(fēng)系統(tǒng),在制定排放瓦斯措施時(shí),分支5和分支4是否該停電撤人?在實(shí)際操作時(shí)就存在對(duì)“獨(dú)頭巷道回風(fēng)系統(tǒng)”這一概念理解上的分歧。
    筆者認(rèn)為,(88)煤安字第153號(hào)文件對(duì)排放瓦斯時(shí)停電撤人的規(guī)定較全面,即“凡是受排放瓦斯影響的硐室、巷道和被排放瓦斯風(fēng)流切斷安全出口的采掘工作面,必須撤人停止作業(yè),指定警戒人員的位置,禁止其他人員進(jìn)入。排放瓦斯流經(jīng)巷道內(nèi)的電氣設(shè)備必須指定專人在采區(qū)變電所和配電點(diǎn)兩處同時(shí)切斷電源,并設(shè)警示牌和設(shè)專人看管。”若按此規(guī)定,圖1中分支5和分支4都必須撤人停止作業(yè),相應(yīng)的電氣設(shè)備必須停電。但現(xiàn)場(chǎng)對(duì)此規(guī)定的理解也存在一些差異,一是對(duì)“切斷安全出口”這一概念的理解,在多遠(yuǎn)距離內(nèi)屬于切斷安全出口。有些礦把凡是處于排放瓦斯巷道回風(fēng)側(cè)的采掘工作面定為被切斷安全出口的采掘工作面,而處于入風(fēng)側(cè)的采掘工作面不屬于此列。有些礦,如淮南礦務(wù)局潘一煤礦,對(duì)實(shí)行分區(qū)通風(fēng)的各采區(qū),以采區(qū)為界,在一個(gè)采區(qū)中,只要有排放瓦斯工程,該采區(qū)內(nèi)所有采掘工作面都必須撤人停止作業(yè),這樣做的安全系數(shù)更大。
    4 結(jié)論
    瓦斯排放本身是一種消除隱患的安全措施,但執(zhí)行不好也會(huì)出問題。為做好這一工作,關(guān)鍵要做好以下幾點(diǎn):第一,嚴(yán)格控制排放濃度,確保排放瓦斯風(fēng)流同全風(fēng)壓混合處風(fēng)流中CH4濃度不超過1.5%,并保證不發(fā)生循環(huán)風(fēng);第二,應(yīng)正確選擇排放線路,必要時(shí)應(yīng)對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)作適當(dāng)調(diào)整,使排放瓦斯風(fēng)流盡量沿最短的線路進(jìn)入總回風(fēng)系統(tǒng),避免切斷其它硐室和采掘工作面的安全出口,并保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性;第三,對(duì)于停電撤人的范圍,一定要適當(dāng)增加安全系數(shù),對(duì)于可能影響也可能不影響的區(qū)域,一定要?jiǎng)潪橥k姵啡说姆秶鷥?nèi),這一方面是為防止發(fā)生爆炸,另一方面是一旦出現(xiàn)事故,能盡可能減少人員傷亡;第四,要加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督和管理,各部門要密切合作,防止失誤。