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摘要：矿山井下巷道作业中，粉尘与瓦斯作为两大核心致灾因子，往往共存于同一空间，其复合效应显著增加了事故风险与职业健康危害。本文系统梳理了矿山井下巷道粉尘与瓦斯的成因与危害机制，分析了通风系统优化、瓦斯抽采与智能监测预警等关键防治技术的原理与应用现状。研究表明，单一灾害防治技术难以满足复合安全需求，构建基于多源信息融合的“粉尘-瓦斯”协同防控体系，是未来矿山安全技术发展的重要方向。

关键词：矿山安全；井下巷道；粉尘防治；瓦斯治理；协同防控

1 引言

随着矿山综合机械化水平的持续提升，井下巷道掘进与回采作业强度显著增大，粉尘与瓦斯的产生量同步攀升。掘进作业产生的粉尘不仅降低巷道可视度、加速设备磨损，更严重的是，含瓦斯风流中煤尘超限极易引发煤尘瓦斯爆炸事故。同时，小于7.07 μm的呼吸性粉尘颗粒极易进入人体，引发尘肺病、矽肺病等严重职业病。

瓦斯作为煤矿主要灾害源之一，其来源涵盖本煤层、邻近层及采空区三个途径。煤与瓦斯突出事故虽得到有效遏制，但仍时有发生，且呈现出中小型突出比例增大的新特征。当前，部分矿山仍存在通风系统不完善、防治手段落后等问题。在此背景下，如何实现粉尘与瓦斯的复合安全防治，已成为矿山安全工程领域亟待解决的关键课题。

2 粉尘与瓦斯复合致灾机理

2.1 粉尘的成因与危害

井下粉尘主要来源于采煤机截割煤壁、掘进作业及爆破过程。研究表明，粉尘颗粒的形状与大小显著影响其在通风风流中的分布规律。煤尘与石英粉尘的混合悬浮特性，进一步加剧了对矿工呼吸系统的损害。在转载点、掘进面等产尘密集区域，粉尘浓度常远超安全限值，需要通过多断面雾幕等技术手段进行精准控尘。

2.2 瓦斯的涌出与积聚规律

煤层瓦斯来源复杂，本煤层、邻近层与采空区的瓦斯涌出量分别占比约46.2%、25.2%和28.6%。由于煤矿瓦斯涌出存在明显的不均衡性，实际工作中需考虑不均衡系数，治理方案的设计须基于对瓦斯涌出量的精确预测。工作面上隅角是最容易涌出瓦斯的部位，也是浓度相对较高的区域，因此除采用钻孔抽采措施外，还需加强上隅角的通风管理。

2.3 复合灾害的耦合效应

粉尘与瓦斯在井下空间中并非孤立存在。一方面，煤尘超限会降低瓦斯爆炸的下限浓度，大幅增加爆炸风险；另一方面，瓦斯的存在改变了风流中粉尘的扩散特性。这种耦合效应使得单一灾害防治措施往往顾此失彼，必须建立复合安全防治策略。

3 粉尘防治技术

3.1 通风控尘技术

优化通风系统是控制井下粉尘的基础手段。针对盲斜巷道的粉尘污染，采用压抽结合的联合通风系统，可有效提升粉尘排出效率。在转载点等产尘点位，雾幕控尘技术通过形成多断面水幕屏障，实现了对粉尘扩散路径的阻断。此外，联动风幕隔尘技术在岩巷掘进工作面的应用，也显示出良好的控尘效果。

3.2 喷雾降尘与湿式作业

湿式作业是最为传统的防尘手段之一。实践表明，通过湿式穿孔、喷雾洒水等措施，可将巷道内及作业面的粉尘浓度控制在4 mg/m³以下。泡沫技术在长壁护盾粉尘控制中的应用，进一步提高了降尘效率。

3.3 智能降尘系统

近年来，粉尘智能防控技术取得了显著进展。综掘面智能降尘子系统集成了粉尘传感器、距离传感器、可调附壁风筒及区域控制器等组件，实现了基于粉尘浓度实时监测的自动喷雾控制。运输巷智能降尘子系统则通过粉尘监控分站、光控传感器、触控传感器等多维传感设备协同工作，实现了粉尘智能管控。

4 瓦斯防治技术

4.1 瓦斯抽采技术

瓦斯抽采是治理瓦斯的根本性措施。当前主要技术路径包括本煤层顺层钻孔预抽、高位钻孔抽采以及顶板穿层钻孔抽采等。工程实践表明，高位钻孔的终孔位置对抽采效果具有决定性影响，终孔须设置在煤层顶板裂隙带内，以有效抽采该区域聚集的瓦斯。此外，相邻高位钻场之间的搭接间距同样是影响抽采效果的关键因素——间距过小增加施工成本，间距过大则造成效果不连续，工程实践中将搭接间距优化至60 m后取得了良好效果。近年来，气液两相协同增透与促抽技术的发展，为低渗透煤层瓦斯治理提供了新思路。

4.2 通风与瓦斯管理

加强通风管理是瓦斯防治的重要辅助手段。在工作面上、下隅角吊挂全断面风障，可有效阻挡向采空区的漏风，增加隅角位置的通风压力，稀释该区域瓦斯浓度。应用自动化与人工智能技术对通风系统进行改造，使系统能根据井下环境自动调节风向、风量与风速，是提升瓦斯防治效能的关键路径。

4.3 监测预警与智能管控

煤与瓦斯突出事故的防控已从被动防范转向主动预警。多元信息融合预警技术通过整合瓦斯浓度、地应力、钻屑量等多维数据，实现突出风险的提前判识。瓦斯抽采系统智能管控技术构架涵盖信息感知、数据传输、融合分析、应用平台与远程控制五个层级，支持故障预警、管网优化、事故智能识别等核心功能。此外，基于数据融合的光散射法与β射线相结合的粉尘检测技术，也大幅提升了粉尘浓度的在线监测精度。

5 粉尘-瓦斯复合安全防控体系构建

5.1 协同防控的必要性

粉尘与瓦斯在物理化学性质上的差异导致二者对防治条件的要求存在冲突。例如，增加通风量虽有利于稀释瓦斯，但可能加剧粉尘的扩散；过度的喷雾降尘则可能影响瓦斯监测设备的可靠性。因此，必须建立兼顾两者需求的协同防控体系。

5.2 多信息融合的智能监测平台

构建基于多传感器数据融合的综合监测平台，同时采集粉尘浓度、瓦斯浓度、风速、温度等关键参数，通过大数据与机器学习技术进行关联分析，是实现复合安全防治的技术基础。该平台可输出运行状态评估、效果评价及趋势预测三大分析结果，为调控决策提供科学依据。

5.3 综合治理方案的优化原则

粉尘-瓦斯复合防治方案的设计应遵循以下原则：（1）以通风系统为根基，确保风量分配满足双重需求；（2）瓦斯抽采与粉尘控制同步设计，避免单一措施对另一灾种的负面影响；（3）智能调控贯穿全流程，实现基于实时监测的动态优化。已有学者提出了“探-抽-调-采-用”全流程智能防治框架，为矿山复合灾害的治理提供了系统性思路。

参考文献

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丁方正

成都理工大学工程技术学院资源勘查与土木工程系