适用读者： 煤矿矿长、总工程师、通风副总、安环科长、防灭火队队长、地测技术骨干

作者： 张洁贞｜中矿天智信息科技（徐州）有限公司高级销售经理｜中国矿业大学安全生产检测检验中心技术合作支持

一、行业痛点与政策红线：陕北矿区瓦斯等级鉴定与一通三防合规挑战

在陕西榆林、神木、店塔、府谷及榆阳区等陕北核心产煤带，矿井普遍具备“浅埋深、近水平、特厚/薄煤层交替”的地质特征。长期以来，部分矿井常年被认定为低瓦斯矿井，容易在日常生产中忽视“一通三防”（矿井通风、防瓦斯、防灭火、防煤尘）基础参数的定期校核与动态跟踪。

然而，随着矿井采掘深度的不断延伸、采区接续转换以及多煤层重叠回采，瓦斯赋存状态呈现出显著的非均匀性与赋存富集化趋势。同时，陕北侏罗纪煤层普遍具有煤层自燃倾向性强（多为Ⅰ类容易自燃或Ⅱ类自燃煤层）、自然发火期短（最短仅数十天）、煤尘具有强爆炸性、开采扰动漏风量大等复合灾害隐患。

矿井延深 / 采区接续转换
  ↓ 采掘扰动增加
瓦斯赋存不均 + 近距离多煤层穿层揭煤
  ↓ 叠加侏罗纪煤层自燃与强爆炸性煤尘
重大灾害复合叠加（瓦斯超限/自燃发火/煤柱受载）
  ↓ 国家矿山安监局 矿安〔2026〕81号文件穿透式监管
必须依法开展等级鉴定、参数测定与重大灾害评估

国家矿山安全监察局在《煤矿安全规程》（2025版）以及《矿安〔2026〕81号文件》中明确提出了煤矿重大灾害防治的穿透式监管要求：

  1. 资质与取样合规红线：严禁无资质单位出具鉴定报告，要求取样、勘探、检测、备案、公示全流程留存完整的现场影像与原始记录台账。
  2. 新国标强制衔接：必须全面贯彻强制性国标 GB 40880-2021《煤矿瓦斯等级鉴定规范》，并衔接最新实施的国家标准 GB/T 44819-2024《煤层自然发火标志气体及临界值确定方法》。
  3. 重大事故隐患判定：凡未按规定开展瓦斯等级鉴定、煤自燃倾向性鉴定、煤尘爆炸性鉴定或参数缺失的矿井，一律依法判定为“重大事故隐患”，责令停产整顿。

对于煤矿矿长与总工程师而言，清晰掌握瓦斯等级鉴定与一通三防参数测定的技术逻辑、国家标准、测定周期与预算造价，是保障矿井平稳生产与顺利通过监管验收的头等大事。

二、物理力学与热化学原理：瓦斯参数与煤自燃核心判据及数学模型

煤矿一通三防参数的测定绝非简单的“现场读数”，而是涵盖多孔介质流体力学、热化学反应动力学、气相色谱分析与弹塑性力学的严谨科学工程。

1. 突出危险性四大核心指标判据

在判定煤层是否具备煤与瓦斯（或二氧化碳）突出危险性时，依据国标采用单项指标判定法。只有当所有实测指标均达到或超过临界值时，方可判定为突出煤层：

判定指标 测定方法与标准 临界值标准 工程物理意义
煤层瓦斯压力 ($P$) 钻孔封孔测压法 (KA/T 1047) $P \ge 0.74\text{ MPa}$ 瓦斯膨胀能大小的直接度量
瓦斯放散初速度 ($\Delta p$) 专用容器压差法 (AQ 1080) $\Delta p \ge 10\text{ mmHg}$ 煤体微孔隙瓦斯瞬间解吸释出速率
煤的坚固性系数 ($f$) 落锤捣碎法 $f \le 0.5$ 煤体抵抗外力破坏的力学强度基准
煤的破坏类型 宏观煤体裂隙观察 Ⅲ类（碎裂）、Ⅳ类（碎粒）、Ⅴ类（全粉） 煤体构造变形与原生结构破坏程度

煤层瓦斯压力与原始瓦斯含量 $X$ 的赋存关系遵循朗格缪尔（Langmuir）单分子层等温吸附方程：

$$X = \frac{a \cdot b \cdot P}{1 + b \cdot P} \cdot \frac{100 - A_{ad} - M_{ad}}{100} \cdot \frac{1}{1 + 0.31 \cdot M_{ad}} + \frac{P \cdot \phi}{\rho \cdot Z \cdot R \cdot T}$$

其中：$a$ 为极限吸附量 ($\text{m}^3/\text{t}$)；$b$ 为吸附常数 ($\text{MPa}^{-1}$)；$A_{ad}, M_{ad}$ 分别为煤样的空气干燥基灰分与水分含量；$\phi$ 为煤体空隙率；$\rho$ 为煤体视密度；$Z$ 为瓦斯压缩因子。

2. 煤自燃低温氧化动力学与标志性气体释放模型

依据 GB/T 44819-2024 与 KA/T 1068-2008，煤自燃经历潜伏期、自热期和燃烧期。煤分子结构中的活性自由基与氧气接触发生放热反应，反应速率 $v_{oxid}$ 符合阿伦尼乌斯（Arrhenius）定律：

$$v_{oxid} = A_0 \cdot [C_{O2}]^n \cdot \exp\left(-\frac{E_a}{R \cdot T}\right)$$

随着温度 $T$ 的阶梯式爬升，煤体裂解产物按固定顺序析出：

  • 常温~80℃（潜伏/初期）：伴随氧气浓度衰减，主要释放 $\text{CO}$；
  • 80℃~120℃（临界自热期）：$\text{CO}$ 产生速率急剧放大，并开始微量析出乙烯 $\text{C}_2\text{H}_4$；
  • 120℃~200℃（裂化加速期）：乙炔 $\text{C}_2\text{H}_2$ 及长链烷烃陆续释放；
  • $\ge 200℃$（明火燃烧期）：出现高浓度 $\text{C}_2\text{H}_2$、苯系物与剧烈升温。
煤矿瓦斯等级鉴定与一通三防实验室色谱分析与程控升温系统
图2：国家级煤矿安全实验室气相色谱分析仪与程控煤自燃实验系统作业全景

3. 矿井瓦斯涌出量判定判据

根据 GB 40880-2021，高瓦斯矿井与低瓦斯矿井的量化分界线如下：

  • 矿井绝对瓦斯涌出量：$Q_{abs} > 40\text{ m}^3/\text{min}$ 判定为高瓦斯；
  • 矿井相对瓦斯涌出量：$q_{rel} > 10\text{ m}^3/\text{t}$ 判定为高瓦斯；
  • 采煤工作面绝对瓦斯涌出量：$q_{face} > 5\text{ m}^3/\text{min}$；
  • 掘进工作面绝对瓦斯涌出量：$q_{drive} > 3\text{ m}^3/\text{min}$。

三、标准化作业SOP：瓦斯等级鉴定与一通三防参数现场测定全流程

煤矿现场测定必须严格遵循标准化流程，确保每一个测点、每一组煤样的数据具备完全的可溯源性与法律效力。

阶段1：前期资料收集与方案编制（地质说明书/通风系统图/测点布置设计）
  ↓
阶段2：现场踏勘与测点实地校准（进回风巷测风站/揭煤工作面/抽采管路）
  ↓
阶段3：现场分旬连续监测与煤样密封采集（上中下旬/每日3班/每班3次/新鲜煤样各5kg）
  ↓
阶段4：国家级资质实验室理化测试（气相色谱/程序升温/大管点火/注水试验）
  ↓
阶段5：数据严密核算与图表汇编（风量平衡/瓦斯涌出量趋势/自燃临界值模型）
  ↓
阶段6：专家组评审论证与正式报告交付（6本正式盖章报告，同步完成监管备案）
煤矿井下回风测风站与瓦斯测定作业实景
图3：技术人员在井下回风巷测风站使用精密仪器测定风速与瓦斯浓度

现场测定实施细节

  1. 测定时间窗口选择：瓦斯等级鉴定必须选择在矿井瓦斯涌出量最大的月份（通常为高产稳产月或地质构造复杂回采月）开展。
  2. “三旬九班”测定制度：
  • 鉴定月分为上、中、下旬 3 个测定时段，每个测定时段连续测定 3 天；
  • 每日三班制作业，每班至少测定 3 次风量与瓦斯（二氧化碳）浓度；
  • 每次测定取其算术平均值作为该班的代表值，全面记录矿井产量、掘进进尺与大气物理参数。
  1. 钻孔施工与原状煤样取样：
  • 井巷揭煤或煤层测压时，钻孔必须穿透全煤厚或深入稳定未卸压煤体 10m 以上；
  • 煤样采集必须在暴露时间不超过 1 小时的新鲜煤壁采集，单组样品不小于 5kg，并使用专用双层铝箔密封袋抽真空封装，严防样品氧化与瓦斯逸散。

四、六大核心参数测定方法与国家标准对比速查表

为方便矿方技术人员快速对照，中矿天智与中国矿业大学科研团队将全套测定项目、遵循标准、实验方法与核心交付指标整理如下：

序号 测定项目 依据国家/行业标准 现场/实验室测定方法 核心输出参数与交付成果
1 煤层瓦斯基础参数 KA/T 1047-2007
GB/T 23250-2009		 井下打钻封孔测压仪、解吸罐直接测定法 瓦斯压力 $P$ (MPa)、原始瓦斯含量 $X$ ($\text{m}^3/\text{t}$)、放散初速度 $\Delta p$
2 煤自燃倾向性鉴定 GB/T 20104-2006
KA/T 1068-2008		 色谱吸氧法、绝热氧化动力学测定法 吸氧量 $V_{O2}$、自燃倾向性等级分类（容易自燃/自燃/不易自燃）
3 最短自然发火期测定 GB 482 / GB 474
煤炭行业标准		 实验室程序升温耗氧模拟与数值反演 煤层最短自然发火期 $\tau_{min}$（天）、自燃预警安全推进步距
4 煤尘爆炸性鉴定 AQ 1045-2007 大管状煤尘爆炸性鉴定仪点火测试法 火焰长度、是否具有煤尘爆炸性、岩粉抑制最低添加比例
5 煤层注水可注性鉴定 MT/T 1023-2006 现场4处取样、实验室孔隙率/吸水率测试 单轴抗压强度、裂隙发育度、煤层润湿接触角、可注性等级评定
6 标志性气体及临界值 GB/T 44819-2024 程序控温煤自燃实验箱 + 气相色谱联测 标志性气体优选 ($\text{CO}, \text{C}_2\text{H}_4, \text{C}_2\text{H}_2$)、特征温度点与浓度临界值报警阈值
瓦斯与一通三防高精度检测仪器特写
图4：钻孔测压密封表、光学气体检测仪及分析天平等核心精密仪器特写

GB/T 44819-2024 新国标核心升级亮点解读

相较于传统的标志气体测定，GB/T 44819-2024 更加注重现场实测与实验室动态模拟的交叉耦合：

  1. 多指标气体复合判据：取消单一 $\text{CO}$ 浓度定性，强制引入链烷比（$\text{CH}_4/\text{C}_2\text{H}_6$）、烯烷比（$\text{C}_2\text{H}_4/\text{C}_2\text{H}_6$）及 Graham 燃烧指数等无量纲复合指标；
  2. 矿井地质背景值扣除：规范要求必须扣除井下柴油机车尾气、爆破炮烟和深部地热导致的背景气体干扰，建立各矿井专属的“净产气特征曲线”；
  3. 分级预警机制：明确划分“注意（初期氧化）”、“警戒（自热加速）”、“危险（明火逼近）”三级响应临界阈值。

五、工程案例复盘与经济预算：神木典型矿井一通三防项目实施对账

煤矿委托第三方专业科研机构开展参数测定，如何合理编制项目预算？以下结合神木及陕北 3 个经过脱敏的真实工程项目合同与报价单进行深度复盘。

专家组与总工程师一通三防报告评审会
图5：中国矿业大学专家组与煤矿总工围坐在会议室审查通风系统图与鉴定报告

案例 1：神木市某矿业 3-1/4-2 煤重大灾害评估与瓦斯测定综合项目（82.5 万元）

该矿井设计产能 120 万吨/年，因 3-1 煤层揭煤穿层及 4-2 煤大巷保护煤柱留设问题，委托中矿天智与中国矿业大学安全生产检测检验中心开展系统性重大灾害评估：

项目总投资：825,000 元（含税包干价）
  ├── 3-1 煤层瓦斯基础参数现场测定（10万元）
  ├── 3-1 煤层瓦斯压力与封孔测压（10万元）
  ├── 3-1 煤层自燃倾向性、最短自然发火期测定（8.5万元）
  ├── 3-1 煤尘爆炸性、煤层注水可注性鉴定（8万元）
  ├── 3-1 煤标志性气体与临界值测定（GB/T 44819-2024，17万元）
  ├── 3-1/4-2 煤煤与瓦斯突出危险性评估报告（15万元）
  └── 3-1 回风斜巷与 14211 工作面对 4-2 煤大巷煤柱安全论证及专家评审（14万元）
  • 实施周期：现场测定 12 天，实验室分析 15 天，专家评审会 3 天，总工期 30 个工作日；
  • 交付成果：7 大专项盖章报告（每项 6 份正式纸质本），成功通过榆林市能源局与矿山安监局合规审查，为矿井避免了数千万元的大巷保护煤柱呆滞损失。

案例 2：神木店塔镇某煤矿 5-1/4-3 煤一通三防参数测定项目（18.6 万元）

  • 项目内容：
  1. 5-1 煤自燃倾向性鉴定（GB/T 20104, AQ/T 1068）：0.8 万元；
  2. 5-1 煤煤尘爆炸性鉴定：0.8 万元；
  3. 4-3 煤标志性气体与临界值测定（GB/T 44819-2024）：17.0 万元；
  4. 合计金额：18.6 万元。
  • 项目收益：精准界定了 4-3 煤层在氧化升温过程中的 $\text{CO}$ 预警基线（临界值为 24ppm），使井下束管监测系统误报率下降 85%。

案例 3：陕北某集团赵家梁煤矿三一煤井一通三防测定项目（24.5 万元）

  • 项目内容：
  1. 4-3 煤层最短自然发火期测定（GB 482, GB 474，数学模拟反演）：3.5 万元；
  2. 4-3 煤层注水可注性鉴定（MT/T 1023-2006，现场 4 处以上取样布点）：4.0 万元；
  3. 4-3 煤层标志性气体及临界值测定（GB/T 44819-2024）：17.0 万元；
  4. 合计金额：24.5 万元。

六、矿长与总工自查清单：迎检准备与大巷煤柱安全论证核心要点

根据监管迎检与专家评审经验，总工程师在开展一通三防测定与重大灾害评估前，需提前准备并梳理以下材料：

1. 现场迎检与资质备案资料清单

  • 地质基础图件：矿井综合地质柱状图、3-1/4-2/5-1 煤层等高线及赋存厚度等值线图。
  • 采掘接续图纸：采掘工程平面图、矿井通风系统示意图、井下测风站分布图。
  • 现场取样影像与台账：钻孔施工深度记录单、现场取样视频录像（带时间水印与坐标）、双层真空密封记录。
  • 检测机构资质文件：检验检测机构资质认定证书（CMA）、中国合格评定国家认可委员会证书（CNAS）及国家安全生产检测检验机构资质。
  • 专家评审意见表：不少于 5 位省级煤矿瓦斯与防灭火权威专家现场签字的评审决议。

    • 2. 采掘空间与大巷煤柱安全受载校核

    在神木等复合煤层开采区，上层煤（如 3-1 煤）采空区回撤通道、回风斜巷及临时水仓的留设，易对下层煤（如 4-2 煤）集中运输大巷产生支承压力传递集中。

    通过三维弹塑性数值模拟（FLAC3D）与原位应力监测，大巷垂直应力集中系数 $K_{stress}$ 需满足：

    $$K_{stress} = \frac{\sigma_z}{\gamma \cdot H} \le 1.45$$

    若 $K_{stress} > 1.45$，必须开展大巷煤柱卸压注浆加固或优化调整空间交错距离，防范下伏巷道顶板变形垮塌与冲击地压诱发。

    七、常见问题深度解答 (FAQ)

    Q1：GB/T 44819-2024 实施后，矿井必须重新测定标志性气体吗？

    答： 强烈建议重新测定。新国标对标志气体的测定精度、升温速率、多组分比值判据提出了更严格要求。旧版仅依据单点测试的数据在应对安监局常态化安全巡检时存在合规风险。重新测定能精准校正井下束管监测报警阈值，避免误报与漏报。

    Q2：瓦斯等级鉴定报告的有效期限是多久？

    答： 根据《煤矿瓦斯等级鉴定规范》，一般矿井应当每 2 年进行一次高瓦斯或低瓦斯矿井等级鉴定。但在采掘范围扩大、开采新水平、新煤层，或矿井瓦斯动力现象显现、绝对瓦斯涌出量异常增大时，必须在当年立即组织重新鉴定。

    Q3：煤层最短自然发火期测定通常需要多长时间？

    答： 现场取样后，实验室需进行煤样制备、粒度筛分、绝热氧化升温实验及数值模型反演推算，标准检测周期通常为 7~10 个工作日；出具正式盖章报告全流程约需 10~15 个工作日。

    Q4：煤层注水可注性鉴定结果对矿井防尘有何实际指导价值？

    答： 该鉴定通过测定煤体孔隙率、吸水率与抗压强度，将煤层划分为“容易注水、可以注水、较难注水、极难注水”四类。鉴定结果直接决定了高压注水泵的选型压力（如需 10MPa 还是 25MPa）、润湿剂添加方案以及采煤机降尘喷雾设计。

    Q5：陕北低瓦斯矿井，为什么合同中包含“煤与瓦斯突出危险性评估”？

    答： 陕北矿区在深部延伸或穿越断层、褶曲构造带时，局域瓦斯压力易出现突增。依据《防治煤与瓦斯突出细则》，在揭煤或进入新采区前开展突出危险性评估，是依法免除“盲目揭煤诱发瓦斯事故”的法定义务。

    Q6：委托中国矿业大学安全生产检测检验中心测定，具备怎样的法律效力？

    答： 中国矿业大学安全生产检测检验中心拥有国家认可的 CMA 与 CNAS 检验资质，报告盖有国家法定检测专用章，出具的报告在国家矿山安全监察局系统内终身可溯源，全行业互认，完全满足安监核查、项目验收及复工复产备案要求。

    Q7：一通三防参数测定中，矿方现场需要提供哪些配合？

    答： 矿方主要负责：① 提供现场钻孔施工设备与打钻作业人员；② 协调入井安全通道与防爆运输；③ 提供矿井地质说明书、采掘平面图及通风系统基础数据；实验室测试、取样封装、数据处理及专家评审组织全由受托方一站式包干完成。

    参考依据与标准规范

    1. GB 40880-2021《煤矿瓦斯等级鉴定规范》
    2. GB/T 44819-2024《煤层自然发火标志气体及临界值确定方法》
    3. GB/T 20104-2006《煤自燃倾向性色谱吸氧鉴定法》
    4. KA/T 1068-2008（原 AQ/T 1068）《煤自燃倾向性的氧化动力学测定方法》
    5. AQ 1045-2007《煤尘爆炸性鉴定规范》
    6. MT/T 1023-2006《煤层注水可注性鉴定方法》
    7. KA/T 1047-2007《煤矿井下煤层瓦斯压力的直接测定方法》
    8. 矿安〔2026〕81号《国家矿山安全监察局关于进一步加强煤矿重大灾害精准治理与安全风险辨识评估的指导意见》

    关于作者与中矿天智服务承接

    张洁贞，中矿天智信息科技（徐州）有限公司高级销售经理，深耕煤矿安全技术服务与矿业信息化领域，长期服务陕北榆林、神木、府谷，山西及内蒙古各大煤矿企业。

    技术方案与检验检测依托 中国矿业大学安全生产检测检验中心 及中国矿业大学科研团队全面支撑，具备国家法定资质认证。

    承接业务范围：

    • 矿井瓦斯等级鉴定（高瓦斯/低瓦斯/突出矿井鉴定）；
    • 一通三防全参数测定（瓦斯压力、瓦斯含量、放散初速度 $\Delta p$、自燃倾向性、最短发火期、煤尘爆炸性、注水可注性、标志性气体 GB/T 44819 测定）；
    • 煤矿重大灾害评估报告与大巷煤柱安全论证；
    • 井下覆岩隔离注浆充填、膏体充填防冲与保水采煤顶层方案设计。

    矿方下一步行动指引

    📋 获取《煤矿瓦斯等级鉴定与一通三防现场取样资料清单》

    📊 获取《煤自燃标志气体临界值与束管预警台账模板》

    💬 咨询张洁贞——添加微信：zhangjiezhen176，电话：+86 139 3815 5869，一对一沟通项目预算与进场计划。

    本文首发于 zhangjiezhen.cn，转载请注明出处。

    声明：文中涉及工程案例数据已依法进行脱敏处理，具体矿井检测方案需结合煤层实际地质条件与生产接续进行专项设计。