小青矿密闭压差与大气压关系的研究分析

路鹏++吕巍+++阚占和

摘 要：地面大气压变化引起井下风流绝对静压同步变化，使密闭内气体呈“膨胀-收缩”的“呼吸”状态，从而导致密闭内有毒有害气体异常涌出，造成瓦斯超限；或含氧量高的气体进入密闭空间内，增加密闭自然发火危险。通过分析这一过程的变化原因和规律，及时采取相应措施，从而有效控制闭前瓦斯超限和防治密闭内自燃等问题。

关键词：大气压变化；井下密闭；密闭压差；瓦斯防治

前言

大气压亦称“大气压强”，是由于地球周围大气的重力而产生的压强。其大小与高度、温度等条件有关。对于同一地区，在一天之内的不同时间，地面的大气压值也会有所不同。大气压变化是人力不可控制的自然现象，然而其变化并非无规律可循，探索大气压变化影响密闭压差的变化规律，探索大气压变化影响密闭瓦斯涌出的原因和其间的关系，采取合理的技术措施就可以有效地抵御或消除这种影响，保障煤矿安全生产。

1 基本情况

小青煤矿开拓方式为立井、多水平、分区、集中运输大巷、采区石门、上下山开拓，整个矿井划分为两个水平开采，分别为一水平和二水平；一水平为现生产水平，水平标高为-447米，主采4-2、7煤层。二水平尚未开拓。工作面采用走向或倾斜长壁后退式综合机械化采煤方法，全部冒落法管理顶板。

小青矿为两翼对角通风方式，主要通风机工作方法为抽出式，中央主、副井入风，东、南风井排风。小青矿布置有主要入风巷和主要回风巷，各采区均采用分区通风，布置有入风中巷和专用回风巷，采煤工作面均采用U型通风方式。矿井绝对瓦斯涌出量为45.16 m3/min，矿井相对瓦斯涌出量为10.81m3/t。

2 大气压变化与井下密闭压差变化关系分析

2.1 大气压变化与井下风流绝对静压变化关系分析

矿井主要通风机的机械风压是克服井巷通风阻力的主要动力，在抽出式通风方式下表现为主要通风机通风静压（忽略自然风压，主要通风机入风口的速压较小且相对稳定，也视为定值忽略不计），即矿井通风负压，如图1所示。

其值应等于风硐外地表大气压与主要通风机入风口风流绝对静压之差。则有：

h通静=h阻 （1）

h通静= P0-P入 （2）

式中：h通静-主要通风机负压，（Pa）；h阻-井巷通风阻力，（Pa）；P0 -出风井口地表大气压，（Pa）；P入-主要通风机入风口风流绝对静压，（Pa）。

矿井正常通风过程中，井巷通风阻力是相对定值，则通风负压也为相对定值，而地表大气压是随时变化的，由式（1）、（2）可以看出，h通为定值而P0随时变化，则P入必须与P0同步变化，则：主要通风机入风口风流绝对静压应随大气压变化而同步变化。同理可以推断：井下任意测点风流的绝对静压也是随大气压变化而同步变化的，直至矿井进风井口空气绝对静压P0也是与出风井口大气压P0同步变化的（忽略进出风井口间的高差，则P0=P0）。还可从另一方面理解这一观点：井巷风流流动是因两端存在相对压差，各段井巷兩端相对压差的累加和即为矿井总风压，使井巷风流稳定流动，矿井通风系统正常运行，必须保持相对压差不变，因此地面大气压变化时井下各点绝对静压必然同步变化，否则矿井总风压将发生变化而引起通风系统紊乱。矿井通风管理中主要通风机实际运行参数也说明了这一点，不论地表大气压如何变化，矿井主要通风机机房中安设的水柱计或负压传感器显示值为相对定值，并未随大气压变化而变化。

2.2 大气压变化与密闭压差变化之间的关系

地表大气压变化引起井下风流绝对静压同步变化，密闭内气体的绝对压力比较稳定，使密闭内气体呈“膨胀-收缩”的“呼吸”状态，从而导致密闭内有毒有害气体异常涌出，造成瓦斯超限；或含氧量高的气体进入密闭空间内，增加密闭自然发火危险。

3 大气压变化和密闭压差变化实测分析

3.1 观测点的布置情况

为充分了解地面大气压变化与井下密闭压差变化之间的关系，小青煤矿在地面、井下设置的多组测点，地面安设压力传感器，井下在密闭观察管上安设压差传感器，地面、井下数据传至地面KJ2000煤矿安全监控系统，连续观测大气压、密闭内与密闭外的压差变化情况。

3.2 大气压变化实测数据分析

现选取W2-401运顺联络道、N1-2#材料上山两道永久密闭，以及地面大气压值进行分析，现场实测数据如表1所示。

通过图2可直观看出，大气压稳定时，无论大气压较高或较低，只要处于稳定状态，密闭的压差也处于稳定状态，如3月5日16时至3月5日22时；大气压处于由高到低的变化状态，密闭的压差则处于由小到大的变化状态，如3月5日10时至3月5日14时；大气压处于由低到高的变化状态，密闭的压差则处于由大到小的变化状态，如3月6日8时至3月6日14时。大气压变化越快，密闭压差也随之变化越快。

3.3 密闭压差变化的应对措施

3.3.1 防治瓦斯措施

调度每2小时对地面大气压力进行一次检查，发现地面大气压力下降及时通知井下采取抽放、风排等有效措施进行处理。井下受大气压影响变化大的密闭前安设瓦斯传感器，监视闭前瓦斯浓度，并在密闭前安设自动抽放阀门，当闭前瓦斯浓度呈上涨趋势时，远方操作开启自动抽放阀门进行抽放。

3.3.2 防治自然发火措施

保证封闭质量，防止漏风。采煤工作面封闭要先充填砂带，后砌永久密闭、喷混凝土，并有补充充填措施管。加强密闭的检查维护，保证严密。密闭损坏或围岩压裂要及时采取措施进行处理，采用注白泥、加固剂进行封堵。抽放密闭内气体时必须控制好抽放负压和流量，不得长期抽放，并加强取样化验分析，防止密闭内自然发火。采取以上措施后，有效杜绝了井下各地点密闭瓦斯超限和自然发火现象。

4 结束语

（1）大气压变化导致密闭内瓦斯异常涌出，这一现象的根本原因是大气压变化引起井下风流绝对静压同步变化，使密闭内气体体积发生“膨胀-收缩”的“呼吸”态变化。（2）根据长期观察得出，导致大气压变化的原因主要有以下几点。一是大气的运动；风向为南风时气压较低，风向为北风时气压较高。二是大气温度和湿度的变化；经过观察，低压和阴天，降雨、降雪天气相关，温度变化较小，高压和干燥晴朗的天气相关，气温变化较大。（3）通过采取抽放、风排等有效措施进行处理，可有效防止瓦斯超限事故发生；通过控制抽放负压和流量，加强取样化验分析，可有效防止自然发火事故发生。