煤矿瓦斯与有害气体科普

/ 煤矿瓦斯与有害气体科普：守住井下“无形防线” /

瓦斯与有害气体是井下“看不见、摸不着”的致命威胁。据国家矿山安全监察局数据，近五年全国煤矿较大以上事故中，瓦斯事故占比超 40%，一氧化碳、硫化氢等有害气体中毒事件也时有发生。以下文章将结合《煤矿安全规程》《煤矿安全风险预控管理体系规范》《煤矿地质工作细则》等核心标准，从技术原理、危害识别、防控措施三个维度，带大家读懂煤矿瓦斯与有害气体的“脾气”，筑牢井下安全防线。

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一、先识“无形杀手”：瓦斯与有害气体的基本认知

煤矿井下的瓦斯与有害气体并非单一成分，而是多种气体的统称，不同气体的特性、危害差异极大，《煤矿安全规程》第 135 条明确要求煤矿必须“分源管控、分类治理”。

1.1

（一）瓦斯：井下最主要的“爆炸隐患”

瓦斯主要成分是甲烷（CH₄），占比通常达 95%以上，它本身无毒，但具有“易燃易爆、窒息性”两大特性：

•易燃易爆：当甲烷浓度在 5%-16%之间（爆炸极限），遇到火源（如电火花、爆破火焰）就会发生爆炸，爆炸威力随浓度升高而增强——2023 年云南某煤矿，因瓦斯浓度达 8%时遇到电气火花，引发爆炸，造成 3 人死亡、5 人重伤；

•窒息性：当甲烷浓度超过 18%时，会稀释空气中的氧气，导致氧气浓度低于 18%，人员吸入后会出现头晕、昏迷，甚至窒息死亡。

《煤矿地质工作细则》第 76 条指出，瓦斯的产生与煤层埋藏深度、煤质、地质构造密切相关——埋藏越深、煤体越致密，瓦斯含量越高；断层、褶曲等构造区域易形成瓦斯“富集区”，如山西某矿断层附近煤层瓦斯含量达 15m³/t，是正常区域的 3 倍。

1.2

（二）常见有害气体：隐形的“中毒杀手”

除瓦斯外，煤矿井下还存在一氧化碳（CO）、硫化氢（H₂S）、二氧化硫（SO₂）等有害气体，它们多由煤炭自燃、爆破作业、生物分解产生，具有“毒性强、扩散快”的特点：

•一氧化碳（CO）：无色无味，毒性极强，空气中浓度达 0.048%时，人员吸入 1 小时就会头痛恶心；达 0.5%时，5-10 分钟即可致死。2022 年河南某煤矿采空区遗煤自燃，一氧化碳浓度达 0.3%，导致 2 名巡检人员中毒身亡；

•硫化氢（H₂S）：有臭鸡蛋味，浓度达 0.005%时即可闻到气味，达 0.1%时，人员吸入数秒就会昏迷；

•二氧化硫（SO₂）：有强烈刺激性气味，主要来自含硫煤炭燃烧或爆破，浓度达 0.002%时会刺激眼睛和呼吸道，引发肺水肿。

《煤矿安全规程》第 139 条明确规定了井下有害气体的最高允许浓度：甲烷（采掘工作面≤1.0%、总回风巷≤0.75%）、一氧化碳≤0.0024%、硫化氢≤0.00066%、二氧化硫≤0.0005%。

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二、直面“致命风险”：瓦斯与有害气体的 4 大核心危害

结合《煤矿安全风险预控管理体系规范》（AQ/T1093-2011）的风险评估标准，瓦斯与有害气体的危害可归为“爆炸、窒息、中毒、次生灾害”四类，且均属于“重大风险”等级，必须重点防控。

2.1

（一）瓦斯爆炸：破坏力最强的“井下灾难”

瓦斯爆炸不仅会产生高温（可达 2000℃以上）、高压（爆炸压力达 7-8MPa），还会生成大量有毒有害气体（如一氧化碳），造成“一次爆炸+二次灾害”的连锁反应：

•高温高压会摧毁巷道、掀翻设备，2021 年辽宁某煤矿瓦斯爆炸，导致 500 米巷道垮塌，3 台综采支架被压毁；

•爆炸产生的冲击波会扬起煤尘，若煤尘浓度达到爆炸极限，会引发煤尘爆炸，扩大灾害范围；

•爆炸后生成的一氧化碳浓度可达 2%-3%，远超致死浓度，多数人员伤亡由一氧化碳中毒导致。

《煤矿安全规程》第 173 条强调：“严禁在瓦斯超限区域作业，严禁携带火源下井，严禁违章爆破。”

2.2

（二）瓦斯窒息：隐蔽的“无声杀手”

在通风不良的盲巷、采空区，瓦斯易积聚形成“窒息区”，人员误入后往往来不及反应就会中毒：

•2020 年山西某煤矿，1 名矿工违规进入未通风的盲巷，盲巷内瓦斯浓度达 25%，氧气浓度仅 12%，3 分钟后即窒息身亡；

•采空区密闭不严时，瓦斯会缓慢泄漏至工作面，导致局部区域氧气浓度下降，人员出现头晕、乏力等症状，若未及时发现，会逐渐昏迷。

2.3

（三）有害气体中毒：快速致命的“化学攻击”

一氧化碳、硫化氢等有害气体中毒具有“突发性、快速性”特点，且中毒症状与感冒相似，易被忽视：

•2023 年安徽某煤矿，掘进工作面爆破后通风不充分，一氧化碳浓度达 0.01%，3 名作业人员出现头痛、呕吐症状，幸好及时撤离并吸氧，才未造成严重后果；

•硫化氢多存在于老空区或含硫煤层中，2021 年重庆某煤矿，工人清理老空区时吸入硫化氢，1 人当场昏迷，经抢救后仍留下后遗症。

2.4

（四）影响生产效率：安全与生产的“双重压力”

为防控瓦斯与有害气体，煤矿需投入大量资金建设抽采系统、监测设备，同时可能因瓦斯超限被迫停产——2022 年陕西某高瓦斯矿，因瓦斯抽采率未达标，工作面停产 15 天，直接经济损失超千万元。

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三、溯源“风险根源”：瓦斯与有害气体积聚的 3 类核心原因

从技术服务经验来看，瓦斯与有害气体积聚并非偶然，而是“通风失效+管理漏洞+技术缺陷”共同作用的结果，核心原因可归为三类：

3.1

（一）通风系统失效：气体扩散的“关键障碍”

1.通风设施损坏：风门、风桥、风窗等通风设施被违规打开或损坏，导致风流短路，如 2023 年山东某矿，工人为图方便长期打开回风巷风门，造成工作面瓦斯积聚；

2.风量不足：矿井总风量或采掘工作面配风量未达到《煤矿安全规程》要求，如岩巷掘进工作面风量不足 15m³/min，无法有效稀释瓦斯；

3.局部通风故障：局部通风机断电、风筒脱节，导致掘进工作面无风或微风，这是盲巷瓦斯积聚的主要原因——2022 年河南某矿，局部通风机因线路故障停机 1 小时，掘进头瓦斯浓度升至 5.2%。

3.2

（二）管理操作漏洞：人为引发的“风险叠加”

1.违章作业：违规爆破（如未使用煤矿许用炸药）、带电检修设备，产生火源；违规进入盲巷、采空区，误入瓦斯富集区；

2.监测不到位：瓦斯传感器未按规定校准（如漂移超标）、安装位置不当（如远离瓦斯易积聚区域），导致瓦斯超限未报警；

3.培训不足：矿工对瓦斯与有害气体危害认识不足，不会使用自救器，遇到险情时惊慌失措，延误逃生时机。

3.3

（三）地质与技术缺陷：先天存在的“防控难题”

1.地质构造影响：断层、褶曲等构造区域瓦斯含量高、透气性差，瓦斯难以抽采，如山西某矿向斜轴部煤层瓦斯含量达 18m³/t，抽采率仅 35%；

2.抽采技术落后：采用传统钻孔抽采，钻孔深度浅、密度不足，无法有效覆盖瓦斯富集区；

3.设备老化：瓦斯抽采泵、管道泄漏，导致抽采效率下降，如 2021 年安徽某矿，抽采管道因腐蚀泄漏，瓦斯抽采量减少 40%。

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四、科学“防控体系”：基于多规范的全流程技术方案

结合《煤矿安全规程》《煤矿安全风险预控管理体系规范》《安全监控》相关标准，以及技术服务实践，瓦斯与有害气体的防控需构建“预防-监测-治理-应急”的全流程体系，每个环节都要严格落实标准要求。

4.1

（一）第一步：预防先行，从源头减少风险

1.通风系统优化：

◦按《煤矿安全规程》第 158 条要求，矿井必须建立“独立、稳定、可靠”的通风系统，采用中央并列式、中央分列式等通风方式，确保总风量满足井下需求；

◦采掘工作面实行“独立通风”，严禁串联通风（特殊情况串联次数≤1 次）；掘进工作面采用“双风机、双电源”局部通风，实现“自动切换”，确保无风时间不超过 10 分钟；

◦定期检查通风设施，风门、风桥需设置“声光报警”，防止违规开启，我在山西某矿服务时，为通风设施加装智能监控，违规开启率下降 90%。

2.地质精准探查：

◦按《煤矿地质工作细则》第 77 条，采用“瓦斯含量测定+瓦斯压力测试”技术，查明井田内瓦斯富集区（如断层、褶曲附近），绘制“瓦斯地质图”，每季度更新 1 次；

◦新采区设计前，需评估瓦斯涌出量，高瓦斯采区必须配套瓦斯抽采系统，确保抽采能力满足需求。

4.2

（二）第二步：实时监测，筑牢“电子防线”

1.监测系统建设：

◦按《煤矿安全规程》第 162 条，煤矿必须安装“煤矿安全监控系统”，在采掘工作面、回风巷、盲巷等区域布设瓦斯传感器、一氧化碳传感器：

    ▪瓦斯传感器：采掘工作面每 50 米 1 个，报警浓度≥1.0%、断电浓度≥1.5%、复电浓度＜1.0%；

    ▪一氧化碳传感器：采空区密闭前、掘进工作面爆破后布设，报警浓度≥0.0024%；

◦传感器需每 7 天校准 1 次，采用“标准气体+自动校准”技术，确保误差≤±0.1%；同时安装“风电闭锁、瓦斯电闭锁”装置，瓦斯超限时自动切断区域电源。

2.物探设备与预警系统的应用：

◦将监测数据接入平台，实现“实时上传、智能分析、自动预警”——平台通过 AI 算法识别“瓦斯浓度骤升”“传感器漂移”等异常，如瓦斯浓度 10 分钟内上升 0.5%，自动推送“红色预警”至管理人员手机；

◦平台需存储 3 个月以上的监测数据，支持“历史回溯”，便于事故分析，我在河南某矿服务时，通过平台回溯数据，发现 1 起瓦斯超限是因传感器校准不及时导致，及时整改避免了事故。

3.人工巡查配合：

◦按《煤矿安全规程》第 165 条，瓦斯检查工需携带“光学瓦斯检测仪”，对井下各区域进行巡回检查，高瓦斯矿井每小时 1 次，低瓦斯矿井每 2 小时 1 次；

◦巡查时重点检查“盲巷口、采空区密闭、地质构造附近”，发现瓦斯超限立即停止作业，撤出人员。

4.3

（三）第三步：精准治理，消除气体隐患

1.瓦斯抽采技术：

◦高瓦斯矿井：采用“地面钻井+井下穿层钻孔”立体抽采，地面钻井深度达煤层底板以下 50 米，井下钻孔间距≤3 米，确保瓦斯抽采率≥80%（高瓦斯矿井）、≥70%（突出矿井）；

◦低瓦斯矿井：采用“顺层钻孔抽采”，钻孔深度≥工作面长度的 1.5 倍，我在山东某低瓦斯矿服务时，通过优化钻孔参数，瓦斯抽采率提升 30%；

◦抽采系统需定期维护，管道压力、流量需实时监测，泄漏率需控制在 5%以下。

2.有害气体治理：

◦煤炭自燃引发的一氧化碳：采用“注浆+注氮”灭火，注浆材料选用水泥-水玻璃双液浆，注氮量≥采空区体积的 1.5 倍，同时加强通风，稀释有害气体；

◦爆破产生的有害气体：采用“煤矿许用炸药”，爆破后通风时间≥15 分钟，待有害气体浓度降至安全值以下方可进入；

◦硫化氢治理：采用“碱性溶液喷淋”（如氢氧化钠溶液），或在钻孔中注入脱硫剂，降低硫化氢浓度。

4.4

（四）第四步：应急处置，守住最后防线

1.预案与演练：

◦编制“瓦斯爆炸、有害气体中毒专项应急预案”，明确撤人路线、救援分工、物资储备（如自救器、正压氧气呼吸器）；

◦每季度至少开展 1 次实战演练，模拟“瓦斯超限”“一氧化碳中毒”场景，提升矿工应急能力，我在安徽某矿组织的演练中，从发现瓦斯超限到全员撤离仅用 8 分钟，达到规范要求。

2.个体防护：

◦按《煤矿安全规程》第 105 条，入井人员必须携带“隔绝式自救器”（额定防护时间≥30 分钟），并掌握使用方法；

◦高风险区域（如采空区附近）作业人员需佩戴“正压式氧气呼吸器”，确保有害气体环境下能正常呼吸。

3.事故处置：

◦瓦斯爆炸事故：立即启动应急救援，关闭相关区域通风设施，防止灾害扩大；救援人员需佩戴正压氧气呼吸器，先搜救被困人员，再清理巷道、恢复通风；

◦有害气体中毒事故：立即将中毒人员转移至新鲜风流处，解开衣领、保持呼吸通畅，轻度中毒者吸氧，重度中毒者立即送医，2023 年山西某矿一氧化碳中毒事故中，因处置及时，3 名中毒人员均康复。

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五、结语

瓦斯防控没有“捷径”，必须把“通风、监测、抽采”每个环节做细做实，把“违章作业、监测漏洞”每个隐患整改到位。只有这样，才能真正守住井下“无形防线”，保障矿工生命安全与矿井稳定生产。