平煤集團公司瓦斯綜合治理技術

摘　要　介紹了平頂山煤業(yè)集團有限公司近幾年在通風系統(tǒng)優(yōu)化、防治煤與瓦斯突出、瓦斯綜合抽放、安全監(jiān)測監(jiān)控等瓦斯綜合治理方面的技術和方法。

關鍵詞　瓦斯　綜合治理　技術

第一作者為平頂山煤業(yè)集團有限公司總工程師

1　前言

平頂山煤業(yè)集團有限公司（以下簡稱“平煤集團公司”）是新中國誕生后我國自行勘探設計、開發(fā)建設的第一個特大型煤炭基地，經過50年的開發(fā)建設，煤炭年產量達到3000多萬t。隨著礦井開采深度加大，瓦斯涌出量越來越大。全公司高瓦斯礦井由上世紀90年代初的2對，發(fā)展為目前的6對煤與瓦斯突出礦井，3對高瓦斯礦井，另外，一些低瓦斯礦井也發(fā)生過動力現(xiàn)象。全公司礦井瓦斯絕對涌出量468.33m3/min，并以每年8.5%的速度遞增。截至目前，共發(fā)生瓦斯突出137次，突出煤量8019t，瓦斯量47.9萬m3，噸煤突出瓦斯量59.7m3。瓦斯問題已成為制約平煤集團公司安全生產、高產高效和可持續(xù)發(fā)展的突出問題。

近年來，平煤集團公司堅持“以思想教育為先導，以制度建設為基礎，以科技進步和技術裝備為支撐，以一通三防和防治瓦斯突出為重點”的安全工作指導思想，始終把瓦斯治理提高到關系企業(yè)生死存亡的高度來認識，堅定不移地貫徹“先抽后采、監(jiān)測監(jiān)控、以風定產”十二字方針，并將其納入采掘生產工序，堅決做到不抽不采、監(jiān)測監(jiān)控不到位不采、風量不足不采。瓦斯綜合治理工作，通風是基礎，抽放是關鍵，防突是重點，監(jiān)控是保障。治理瓦斯的技術思路是“優(yōu)化通風系統(tǒng)，強化超前防治，完善監(jiān)測監(jiān)控，保證資金投入”。

2　優(yōu)化通風系統(tǒng)，提高礦井防災抗災能力

21　優(yōu)化礦井通風系統(tǒng)

在對全公司通風系統(tǒng)專項調查摸底的基礎上，進行了礦井通風阻力和主要通風機性能測定，并結合礦井現(xiàn)狀和長遠發(fā)展規(guī)劃，對礦井、采區(qū)進行通風系統(tǒng)評價、優(yōu)化。（1）更換或改造性能差、效率低的主要通風機18組，新增風井3個，提高了礦井通風能力，全公司礦井通風能力由3260萬t/a提高到4104萬t/a，并且實現(xiàn)了主要通風機的經濟、可靠運行；(2)完善高突采區(qū)專用回風巷系統(tǒng)，新增專用回風巷14條，完成工程量〖BF〗6000m，高突采區(qū)形成了專用回風巷系統(tǒng)；(3)開展巷道維修會戰(zhàn)活動，以維修主要回風巷道為重點，以保證通風系統(tǒng)暢通，降低風阻為目標，維修主要回風巷道3.8萬m；（4）開展通風設施質量達標活動，減少采區(qū)內部漏風，整修永久風門，并對保留的風門全部實現(xiàn)了閉鎖，最大限度地解決了風門同時敞開的問題，提高了有效風量率，確保通風系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。

22　因地制宜優(yōu)化采面通風方式

針對高突采煤工作面U型通風方式風排瓦斯能力小、上隅角容易積聚瓦斯的問題，根據采面煤層地質條件、回采工藝、瓦斯含量、瓦斯壓力、瓦斯涌出量、巷道布置方式等綜合因素,因地制宜采用偏Y型或W型通風方式。改變通風方式與瓦斯抽放相結合，綜合治理，有效解決瓦斯危害，保證采面安全高效生產。如十礦戊9-10—21170采面采用偏Y型通風方式（圖1），試驗結果表明，與上一區(qū)段戊9-10—21150采面相比，有效防治采面上隅角瓦斯超限問題，月平均生產能力提高33.3%。

圖1　采煤工作面偏Y通風方式示意圖（略）

23　加強局部通風管理，開展局部通風達標會戰(zhàn)

平煤集團公司100多個高突掘進工作面全部使用對旋式局部通風機和大直徑耐壓風筒（直徑0.8～1.0m），總結推廣“三趟電纜”供電經驗（主風機、副風機、生產電源均為專用電纜），并將雙風機軟質分風器更換為鐵質分風器，解決了分風器易損問題。同時更換自主研制開發(fā)的專利產品——局部通風機自動切換監(jiān)控器，該裝置集雙風機自動切換、相互閉鎖、風電瓦斯電閉鎖、風機運行狀態(tài)監(jiān)視、恢復供電不能自動啟車、被控開關運行狀態(tài)監(jiān)視等七種功能為一體，保證了局部通風機連續(xù)可靠運轉，對提高工作面風量，防止瓦斯超限起到了重要作用。

3　依靠科技進步，完善瓦斯抽放技術

平煤集團公司自1991年開展瓦斯抽放工作以來，不斷開展科技攻關研究，總結完善瓦斯抽放技術。在采煤工作面應用實施開采層、高位水平鉆孔、高（低）位水平抽放巷、迎面斜交鉆孔、采空區(qū)和淺孔抽放等綜〖BF〗合抽放方法；在掘進工作面應用邊掘邊抽技術；還探索應用地面鉆孔瓦斯抽放技術。集團公司還采取橫向聯(lián)合的形式，不斷試驗研究新的瓦斯抽放技術。與煤科總院撫順分院聯(lián)合進行開采層交叉鉆孔抽放、戊9-10煤層合理預抽期、深孔松爆等提高煤層透氣性技術研究和試驗；與河南理工大學聯(lián)合開展軟煤層打鉆深度的攻關；與中國礦業(yè)大學合作開展平頂山礦區(qū)開采層抽放基礎參數測定，以及與其他科研單位聯(lián)合進行各種抽放技術研究。現(xiàn)已建立地面永久抽放系統(tǒng)3個，井下臨時抽放系統(tǒng)22個，安設抽放泵50多臺。累計抽放瓦斯3.9億m3，為集團公司的安全生產做出了貢獻。

31　淺孔抽放技術

利用工作面煤壁前方2～6m受采動破壞影響卸壓區(qū)，煤層透氣性明顯提高，采用淺孔工藝進行抽放。利用采區(qū)抽放泵站系統(tǒng)，干管直徑為200mm薄壁管，支管為150mm薄壁管，工作面支架架箱敷設一趟直徑150mm脈吸管，每10m設一個多通接頭，每個接口用直徑25mm軟膠管連接一個封孔器，對應插入煤壁前方超前鉆孔內，形成工作面抽放系統(tǒng)。如四礦丁5-6—19200綜采面進行的淺孔抽放試驗，施工鉆孔13196個（直徑89mm，深度9.2m），累計孔深12.14萬m，抽放瓦斯16.65萬m3，淺孔抽放的平均百米孔抽放流量到達0.31m3/min，是開采層預抽的24倍。大大降低了生產班回風流瓦斯?jié)舛?，杜絕了瓦斯超限事故，月增產2萬t。

32　分源抽放技術

傳統(tǒng)的開采層、高位水平鉆孔、采空區(qū)抽放共用一個抽放系統(tǒng)，由于負壓、流量不匹配，抽放效果不佳，無法適應現(xiàn)場瓦斯治理及安全高產高效的要求。針對瓦斯涌出規(guī)律及特點，采取分源抽放方法，即：開采層、高位水平鉆孔（迎面斜交鉆孔）和采空區(qū)利用三趟獨立的抽放系統(tǒng)分別抽放。如八礦己15—12100采面瓦斯涌出量最大達25 m3/min，曾一度嚴重制約著安全生產。采用分源抽放等瓦斯治理措施后，上隅角瓦斯?jié)舛扔?0%～50%，降低到0.4%～0.8%；回風流瓦斯?jié)舛扔勺畲?.4%，降低到0.5%～0.7%。月產量由4.5萬t上升到9.0萬t；噸煤成本由102元降到69元，效益增加550萬元。

圖2　高位預抽巷及鉆孔布置示意圖（略）

33　高位預抽巷抽放技術

結合煤層的賦存特點,在戊9-10煤層以上沿戊8煤層施工一條高位預抽巷，向機巷掘進工作面前方煤體打鉆預抽（圖2）。支管采用直徑200mm薄壁管，隨著鉆機的前移向前延接。鉆孔施工完畢后，當班及時封孔、聯(lián)網抽放。支管抽放瓦斯純流量1.8m3/min。高位預抽巷抽放不但解決工作面瓦斯超限問題，還解決了煤與瓦斯突出災害。如戊9-10—21170機巷采用高位預抽巷預抽后，大幅度降低瓦斯超限次數，超限次數比上區(qū)段戊9-10—21150機巷掘進減少80%。同時，平均月進度80m，最高108m。

34　邊掘邊抽技術

突出危險工作面掘進時，在巷道兩幫每隔30m開2個鉆場，自鉆場向迎頭前方打鉆抽放，提前釋放前方煤體瓦斯壓力，達到減少或消除煤層突出危險性的目的。打鉆采用MK-4型鉆機，每個鉆場上下兩排布置6個抽放鉆孔，孔深不低于50m，控制巷道兩幫以外4m的范圍。單個鉆場瓦斯抽放流量1~15m3/min（圖3）。如十礦己15—24090風巷采用邊掘邊抽技術，與相鄰的己15—24060機巷相比，平均月進度由50m提高到80m以上，有效遏制了突出事故的發(fā)生，實現(xiàn)了安全生產。

圖3　邊掘邊抽鉆場、鉆孔布置示意圖（略）

4　防治煤與瓦斯突出技術

針對礦區(qū)煤與瓦斯突出越來越嚴重的狀況，平煤集團公司開展保護層開采、突出區(qū)域分級管理和掘進工作面綜合防突配套技術等煤與瓦斯突出研究和相關技術的配套應用。防突綜合配套技術采用先進的地質雷達探測工作面前方大于50m范圍內的地質構造，利用電磁輻射技術預測突出危險，研究確定與構造復雜程度和突出危險程度相適應的防突技術參數，利用專門研制的防突鉆機實施防突措施，大幅度提高了高突掘進工作面的掘進速度。

41　保護層開采技術

對具備條件的采區(qū)，優(yōu)先實行開采保護層區(qū)域性防治措施，保護層的開采大大降低或消除了被保護煤層的突出危險性，為被保護煤層開采打下堅實的安全基礎（圖4）。如四礦己三采區(qū)先開采己15煤層保護己16-17煤層，杜絕了己16-17煤層采掘工作面煤與瓦斯突出事故，生產過程中瓦斯超限次數也大大降低。因此，保護層開采在四礦乃至全公司己組、戊組煤層開采過程中具有極其重要的推廣價值和廣闊的應用前景。

42　突出區(qū)域分級管理技術

平頂山是突出災害較嚴重的礦區(qū)之一，隨著開采深度和強度的加大，突出危害程度也越來越大。但生產實踐表明，在突出煤層中有潛在突出危險的區(qū)域僅占10%～30%。因此，通過突出區(qū)域預測，把具有突出危險的區(qū)域劃分出來，采用分級管理，可以大大節(jié)約防突措施費用，提高非突出區(qū)域的采掘速度，達到安全生產，提高效益的目的。

按照煤層瓦斯地質條件分析及煤與瓦斯突出規(guī)律，對煤與瓦斯突出危險性進行劃分，將不同的突出危險區(qū)域分為四級管理，分別采取不同的防突措施。

圖4　保護層開采示意圖（略）

通過對十二礦己六采區(qū)16次、己七采區(qū)5次突出的預測分析，以及八礦和十礦4個工作面的現(xiàn)場應用，突出危險區(qū)域劃分的準確率達100%，突出條帶劃分的正確率達95%，杜絕了突出傷亡事故，提高了采掘速度。

43　加強防治煤與瓦斯突出技術管理

對突出危險區(qū)域煤層瓦斯釋放半徑進行測定，全面掌握防突基礎參數，編制瓦斯地質圖，堅持瓦斯地質分析。為提高防突預測預報的準確性，減少防突措施的盲目執(zhí)行，各單位研究探索適合本礦突出煤層的預測敏感指標和臨界值。在沒有敏感指標前，突出工作面按《細則》規(guī)定，采用兩個以上預測指標或綜合指標進行預測，增大預測的安全系數，防止誤報造成突出事故；預測超標認真執(zhí)行防突技術措施，并經效果檢驗有效后方可施工，把好最后一道防線，確保突出不發(fā)生傷亡事故。如突出危險采掘工作面進行爆破作業(yè)時，工作面及其回風流必須切斷除監(jiān)測系統(tǒng)外的一切電源，人員全部撤到防突反向風門外的新鮮風流中或避難硐室內。同時嚴格突出掘進工作面掘進機使用管理，必須經集團公司審批后方可使用。為建立安全生產長效機制，組織有關專家、工程技術人員編制了高突礦井瓦斯綜合治理五年規(guī)劃。

5　發(fā)揮安全監(jiān)控系統(tǒng)作用，建立牢固的安全屏障

堅持“監(jiān)測監(jiān)控”的原則，發(fā)揮礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)控作用。所有礦井全部安裝了礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)。高突礦井完成了安全的GDP，Poil，Steel，Elec，Mate數據，我們也會發(fā)現(xiàn)，煤炭需求量的擬合值與實際值之間的差異很小。如果應用此模型對2004年以后的煤炭市場需求進行預測，直接輸入解釋變量的設計值，我們就能夠從回歸方程中讀出我們想要知道的數量預測值。

4　結論

（1）我國煤炭需求主要受工業(yè)生產用煤的影響，這主要包括冶金、電力、建材三個行業(yè)，它們對煤炭市場需求量的影響系數分別是0.755343、1.121937、0.378677。

（2）價格對煤炭的市場需求影響幾乎為0，屬于剛性需求，即使價格上漲，作為用煤大戶的工業(yè)部門也不愿減少用煤量。

（3）GDP對煤炭需求也有較強的影響，這主要表現(xiàn)為居民生活用煤。隨著人們生活水平的提高，人們更愿意用電力、天然氣等來替代對煤的需求。

（4）我國煤炭需求的市場曲線是呈簡單線性的，這符合經典需求理論的一貫假設。

參考文獻

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