平煤集團(tuán)公司瓦斯綜合治理技術(shù)

摘　要　介紹了平頂山煤業(yè)集團(tuán)有限公司近幾年在通風(fēng)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(cè)監(jiān)控等瓦斯綜合治理方面的技術(shù)和方法。

關(guān)鍵詞　瓦斯　綜合治理　技術(shù)

第一作者為平頂山煤業(yè)集團(tuán)有限公司總工程師

1　前言

平頂山煤業(yè)集團(tuán)有限公司（以下簡(jiǎn)稱“平煤集團(tuán)公司”）是新中國(guó)誕生后我國(guó)自行勘探設(shè)計(jì)、開發(fā)建設(shè)的第一個(gè)特大型煤炭基地，經(jīng)過(guò)50年的開發(fā)建設(shè)，煤炭年產(chǎn)量達(dá)到3000多萬(wàn)t。隨著礦井開采深度加大，瓦斯涌出量越來(lái)越大。全公司高瓦斯礦井由上世紀(jì)90年代初的2對(duì)，發(fā)展為目前的6對(duì)煤與瓦斯突出礦井，3對(duì)高瓦斯礦井，另外，一些低瓦斯礦井也發(fā)生過(guò)動(dòng)力現(xiàn)象。全公司礦井瓦斯絕對(duì)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(wàn)m3，噸煤突出瓦斯量59.7m3。瓦斯問(wèn)題已成為制約平煤集團(tuán)公司安全生產(chǎn)、高產(chǎn)高效和可持續(xù)發(fā)展的突出問(wèn)題。

近年來(lái)，平煤集團(tuán)公司堅(jiān)持“以思想教育為先導(dǎo)，以制度建設(shè)為基礎(chǔ)，以科技進(jìn)步和技術(shù)裝備為支撐，以一通三防和防治瓦斯突出為重點(diǎn)”的安全工作指導(dǎo)思想，始終把瓦斯治理提高到關(guān)系企業(yè)生死存亡的高度來(lái)認(rèn)識(shí)，堅(jiān)定不移地貫徹“先抽后采、監(jiān)測(cè)監(jiān)控、以風(fēng)定產(chǎn)”十二字方針，并將其納入采掘生產(chǎn)工序，堅(jiān)決做到不抽不采、監(jiān)測(cè)監(jiān)控不到位不采、風(fēng)量不足不采。瓦斯綜合治理工作，通風(fēng)是基礎(chǔ)，抽放是關(guān)鍵，防突是重點(diǎn)，監(jiān)控是保障。治理瓦斯的技術(shù)思路是“優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)，強(qiáng)化超前防治，完善監(jiān)測(cè)監(jiān)控，保證資金投入”。

2　優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)，提高礦井防災(zāi)抗災(zāi)能力

21　優(yōu)化礦井通風(fēng)系統(tǒng)

在對(duì)全公司通風(fēng)系統(tǒng)專項(xiàng)調(diào)查摸底的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了礦井通風(fēng)阻力和主要通風(fēng)機(jī)性能測(cè)定，并結(jié)合礦井現(xiàn)狀和長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展規(guī)劃，對(duì)礦井、采區(qū)進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)評(píng)價(jià)、優(yōu)化。（1）更換或改造性能差、效率低的主要通風(fēng)機(jī)18組，新增風(fēng)井3個(gè)，提高了礦井通風(fēng)能力，全公司礦井通風(fēng)能力由3260萬(wàn)t/a提高到4104萬(wàn)t/a，并且實(shí)現(xiàn)了主要通風(fēng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)、可靠運(yùn)行；(2)完善高突采區(qū)專用回風(fēng)巷系統(tǒng)，新增專用回風(fēng)巷14條，完成工程量〖BF〗6000m，高突采區(qū)形成了專用回風(fēng)巷系統(tǒng)；(3)開展巷道維修會(huì)戰(zhàn)活動(dòng)，以維修主要回風(fēng)巷道為重點(diǎn)，以保證通風(fēng)系統(tǒng)暢通，降低風(fēng)阻為目標(biāo)，維修主要回風(fēng)巷道3.8萬(wàn)m；（4）開展通風(fēng)設(shè)施質(zhì)量達(dá)標(biāo)活動(dòng)，減少采區(qū)內(nèi)部漏風(fēng)，整修永久風(fēng)門，并對(duì)保留的風(fēng)門全部實(shí)現(xiàn)了閉鎖，最大限度地解決了風(fēng)門同時(shí)敞開的問(wèn)題，提高了有效風(fēng)量率，確保通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。

22　因地制宜優(yōu)化采面通風(fēng)方式

針對(duì)高突采煤工作面U型通風(fēng)方式風(fēng)排瓦斯能力小、上隅角容易積聚瓦斯的問(wèn)題，根據(jù)采面煤層地質(zhì)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(fēng)方式。改變通風(fēng)方式與瓦斯抽放相結(jié)合，綜合治理，有效解決瓦斯危害，保證采面安全高效生產(chǎn)。如十礦戊9-10—21170采面采用偏Y型通風(fēng)方式（圖1），試驗(yàn)結(jié)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(wèn)題，月平均生產(chǎn)能力提高33.3%。

圖1　采煤工作面偏Y通風(fēng)方式示意圖（略）

23　加強(qiáng)局部通風(fēng)管理，開展局部通風(fēng)達(dá)標(biāo)會(huì)戰(zhàn)

平煤集團(tuán)公司100多個(gè)高突掘進(jìn)工作面全部使用對(duì)旋式局部通風(fēng)機(jī)和大直徑耐壓風(fēng)筒（直徑0.8～1.0m），總結(jié)推廣“三趟電纜”供電經(jīng)驗(yàn)（主風(fēng)機(jī)、副風(fēng)機(jī)、生產(chǎn)電源均為專用電纜），并將雙風(fēng)機(jī)軟質(zhì)分風(fēng)器更換為鐵質(zhì)分風(fēng)器，解決了分風(fēng)器易損問(wèn)題。同時(shí)更換自主研制開發(fā)的專利產(chǎn)品——局部通風(fēng)機(jī)自動(dòng)切換監(jiān)控器，該裝置集雙風(fēng)機(jī)自動(dòng)切換、相互閉鎖、風(fēng)電瓦斯電閉鎖、風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視、恢復(fù)供電不能自動(dòng)啟車、被控開關(guān)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視等七種功能為一體，保證了局部通風(fēng)機(jī)連續(xù)可靠運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)提高工作面風(fēng)量，防止瓦斯超限起到了重要作用。

3　依靠科技進(jìn)步，完善瓦斯抽放技術(shù)

平煤集團(tuán)公司自1991年開展瓦斯抽放工作以來(lái)，不斷開展科技攻關(guān)研究，總結(jié)完善瓦斯抽放技術(shù)。在采煤工作面應(yīng)用實(shí)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(jìn)工作面應(yīng)用邊掘邊抽技術(shù)；還探索應(yīng)用地面鉆孔瓦斯抽放技術(shù)。集團(tuán)公司還采取橫向聯(lián)合的形式，不斷試驗(yàn)研究新的瓦斯抽放技術(shù)。與煤科總院撫順?lè)衷郝?lián)合進(jìn)行開采層交叉鉆孔抽放、戊9-10煤層合理預(yù)抽期、深孔松爆等提高煤層透氣性技術(shù)研究和試驗(yàn)；與河南理工大學(xué)聯(lián)合開展軟煤層打鉆深度的攻關(guān)；與中國(guó)礦業(yè)大學(xué)合作開展平頂山礦區(qū)開采層抽放基礎(chǔ)參數(shù)測(cè)定，以及與其他科研單位聯(lián)合進(jìn)行各種抽放技術(shù)研究。現(xiàn)已建立地面永久抽放系統(tǒng)3個(gè)，井下臨時(shí)抽放系統(tǒng)22個(gè)，安設(shè)抽放泵50多臺(tái)。累計(jì)抽放瓦斯3.9億m3，為集團(tuán)公司的安全生產(chǎn)做出了貢獻(xiàn)。

31　淺孔抽放技術(shù)

利用工作面煤壁前方2～6m受采動(dòng)破壞影響卸壓區(qū)，煤層透氣性明顯提高，采用淺孔工藝進(jìn)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(shè)一趟直徑150mm脈吸管，每10m設(shè)一個(gè)多通接頭，每個(gè)接口用直徑25mm軟膠管連接一個(gè)封孔器，對(duì)應(yīng)插入煤壁前方超前鉆孔內(nèi)，形成工作面抽放系統(tǒng)。如四礦丁5-6—19200綜采面進(jìn)行的淺孔抽放試驗(yàn)，施工鉆孔13196個(gè)（直徑89mm，深度9.2m），累計(jì)孔深12.14萬(wàn)m，抽放瓦斯16.65萬(wàn)m3，淺孔抽放的平均百米孔抽放流量到達(dá)0.31m3/min，是開采層預(yù)抽的24倍。大大降低了生產(chǎn)班回風(fēng)流瓦斯?jié)舛?，杜絕了瓦斯超限事故，月增產(chǎn)2萬(wàn)t。

32　分源抽放技術(shù)

傳統(tǒng)的開采層、高位水平鉆孔、采空區(qū)抽放共用一個(gè)抽放系統(tǒng)，由于負(fù)壓、流量不匹配，抽放效果不佳，無(wú)法適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)瓦斯治理及安全高產(chǎn)高效的要求。針對(duì)瓦斯涌出規(guī)律及特點(diǎn)，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(dú)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(dá)25 m3/min，曾一度嚴(yán)重制約著安全生產(chǎn)。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(fēng)流瓦斯?jié)舛扔勺畲?.4%，降低到0.5%～0.7%。月產(chǎn)量由4.5萬(wàn)t上升到9.0萬(wàn)t；噸煤成本由102元降到69元，效益增加550萬(wàn)元。

圖2　高位預(yù)抽巷及鉆孔布置示意圖（略）

33　高位預(yù)抽巷抽放技術(shù)

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

34　邊掘邊抽技術(shù)

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

圖3　邊掘邊抽鉆場(chǎng)、鉆孔布置示意圖（略）

4　防治煤與瓦斯突出技術(shù)

針對(duì)礦區(qū)煤與瓦斯突出越來(lái)越嚴(yán)重的狀況，平煤集團(tuán)公司開展保護(hù)層開采、突出區(qū)域分級(jí)管理和掘進(jìn)工作面綜合防突配套技術(shù)等煤與瓦斯突出研究和相關(guān)技術(shù)的配套應(yīng)用。防突綜合配套技術(shù)采用先進(jìn)的地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)工作面前方大于50m范圍內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造，利用電磁輻射技術(shù)預(yù)測(cè)突出危險(xiǎn)，研究確定與構(gòu)造復(fù)雜程度和突出危險(xiǎn)程度相適應(yīng)的防突技術(shù)參數(shù)，利用專門研制的防突鉆機(jī)實(shí)施防突措施，大幅度提高了高突掘進(jìn)工作面的掘進(jìn)速度。

41　保護(hù)層開采技術(shù)

對(duì)具備條件的采區(qū)，優(yōu)先實(shí)行開采保護(hù)層區(qū)域性防治措施，保護(hù)層的開采大大降低或消除了被保護(hù)煤層的突出危險(xiǎn)性，為被保護(hù)煤層開采打下堅(jiān)實(shí)的安全基礎(chǔ)（圖4）。如四礦己三采區(qū)先開采己15煤層保護(hù)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(chǎn)過(guò)程中瓦斯超限次數(shù)也大大降低。因此，保護(hù)層開采在四礦乃至全公司己組、戊組煤層開采過(guò)程中具有極其重要的推廣價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。

42　突出區(qū)域分級(jí)管理技術(shù)

平頂山是突出災(zāi)害較嚴(yán)重的礦區(qū)之一，隨著開采深度和強(qiáng)度的加大，突出危害程度也越來(lái)越大。但生產(chǎn)實(shí)踐表明，在突出煤層中有潛在突出危險(xiǎn)的區(qū)域僅占10%～30%。因此，通過(guò)突出區(qū)域預(yù)測(cè)，把具有突出危險(xiǎn)的區(qū)域劃分出來(lái)，采用分級(jí)管理，可以大大節(jié)約防突措施費(fèi)用，提高非突出區(qū)域的采掘速度，達(dá)到安全生產(chǎn)，提高效益的目的。

按照煤層瓦斯地質(zhì)條件分析及煤與瓦斯突出規(guī)律，對(duì)煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性進(jìn)行劃分，將不同的突出危險(xiǎn)區(qū)域分為四級(jí)管理，分別采取不同的防突措施。

圖4　保護(hù)層開采示意圖（略）

通過(guò)對(duì)十二礦己六采區(qū)16次、己七采區(qū)5次突出的預(yù)測(cè)分析，以及八礦和十礦4個(gè)工作面的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，突出危險(xiǎn)區(qū)域劃分的準(zhǔn)確率達(dá)100%，突出條帶劃分的正確率達(dá)95%，杜絕了突出傷亡事故，提高了采掘速度。

43　加強(qiáng)防治煤與瓦斯突出技術(shù)管理

對(duì)突出危險(xiǎn)區(qū)域煤層瓦斯釋放半徑進(jìn)行測(cè)定，全面掌握防突基礎(chǔ)參數(shù)，編制瓦斯地質(zhì)圖，堅(jiān)持瓦斯地質(zhì)分析。為提高防突預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的準(zhǔn)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(yù)測(cè)敏感指標(biāo)和臨界值。在沒(méi)有敏感指標(biāo)前，突出工作面按《細(xì)則》規(guī)定，采用兩個(gè)以上預(yù)測(cè)指標(biāo)或綜合指標(biāo)進(jìn)行預(yù)測(cè)，增大預(yù)測(cè)的安全系數(shù)，防止誤報(bào)造成突出事故；預(yù)測(cè)超標(biāo)認(rèn)真執(zhí)行防突技術(shù)措施，并經(jīng)效果檢驗(yàn)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(xiǎn)采掘工作面進(jìn)行爆破作業(yè)時(shí)，工作面及其回風(fēng)流必須切斷除監(jiān)測(cè)系統(tǒng)外的一切電源，人員全部撤到防突反向風(fēng)門外的新鮮風(fēng)流中或避難硐室內(nèi)。同時(shí)嚴(yán)格突出掘進(jìn)工作面掘進(jìn)機(jī)使用管理，必須經(jīng)集團(tuán)公司審批后方可使用。為建立安全生產(chǎn)長(zhǎng)效機(jī)制，組織有關(guān)專家、工程技術(shù)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(jiān)持“監(jiān)測(cè)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(shù)據(jù)，我們也會(huì)發(fā)現(xiàn)，煤炭需求量的擬合值與實(shí)際值之間的差異很小。如果應(yīng)用此模型對(duì)2004年以后的煤炭市場(chǎng)需求進(jìn)行預(yù)測(cè)，直接輸入解釋變量的設(shè)計(jì)值，我們就能夠從回歸方程中讀出我們想要知道的數(shù)量預(yù)測(cè)值。

4　結(jié)論

（1）我國(guó)煤炭需求主要受工業(yè)生產(chǎn)用煤的影響，這主要包括冶金、電力、建材三個(gè)行業(yè)，它們對(duì)煤炭市場(chǎng)需求量的影響系數(shù)分別是0.755343、1.121937、0.378677。

（2）價(jià)格對(duì)煤炭的市場(chǎng)需求影響幾乎為0，屬于剛性需求，即使價(jià)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(duì)煤炭需求也有較強(qiáng)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(lái)替代對(duì)煤的需求。

（4）我國(guó)煤炭需求的市場(chǎng)曲線是呈簡(jiǎn)單線性的，這符合經(jīng)典需求理論的一貫假設(shè)。

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