平煤集团公司瓦斯综合治理技术

摘　要　介绍了平顶山煤业集团有限公司近几年在通风系统优化、防治煤与瓦斯突出、瓦斯综合抽放、安全监测监控等瓦斯综合治理方面的技术和方法。

关键词　瓦斯　综合治理　技术

第一作者为平顶山煤业集团有限公司总工程师

1　前言

平顶山煤业集团有限公司（以下简称“平煤集团公司”）是新中国诞生后我国自行勘探设计、开发建设的第一个特大型煤炭基地，经过50年的开发建设，煤炭年产量达到3000多万t。随着矿井开采深度加大，瓦斯涌出量越来越大。全公司高瓦斯矿井由上世纪90年代初的2对，发展为目前的6对煤与瓦斯突出矿井，3对高瓦斯矿井，另外，一些低瓦斯矿井也发生过动力现象。全公司矿井瓦斯绝对涌出量468.33m3/min，并以每年8.5%的速度递增。截至目前，共发生瓦斯突出137次，突出煤量8019t，瓦斯量47.9万m3，吨煤突出瓦斯量59.7m3。瓦斯问题已成为制约平煤集团公司安全生产、高产高效和可持续发展的突出问题。

近年来，平煤集团公司坚持“以思想教育为先导，以制度建设为基础，以科技进步和技术装备为支撑，以一通三防和防治瓦斯突出为重点”的安全工作指导思想，始终把瓦斯治理提高到关系企业生死存亡的高度来认识，坚定不移地贯彻“先抽后采、监测监控、以风定产”十二字方针，并将其纳入采掘生产工序，坚决做到不抽不采、监测监控不到位不采、风量不足不采。瓦斯综合治理工作，通风是基础，抽放是关键，防突是重点，监控是保障。治理瓦斯的技术思路是“优化通风系统，强化超前防治，完善监测监控，保证资金投入”。

2　优化通风系统，提高矿井防灾抗灾能力

21　优化矿井通风系统

在对全公司通风系统专项调查摸底的基础上，进行了矿井通风阻力和主要通风机性能测定，并结合矿井现状和长远发展规划，对矿井、采区进行通风系统评价、优化。（1）更换或改造性能差、效率低的主要通风机18组，新增风井3个，提高了矿井通风能力，全公司矿井通风能力由3260万t/a提高到4104万t/a，并且实现了主要通风机的经济、可靠运行；(2)完善高突采区专用回风巷系统，新增专用回风巷14条，完成工程量〖BF〗6000m，高突采区形成了专用回风巷系统；(3)开展巷道维修会战活动，以维修主要回风巷道为重点，以保证通风系统畅通，降低风阻为目标，维修主要回风巷道3.8万m；（4）开展通风设施质量达标活动，减少采区内部漏风，整修永久风门，并对保留的风门全部实现了闭锁，最大限度地解决了风门同时敞开的问题，提高了有效风量率，确保通风系统稳定可靠。

22　因地制宜优化采面通风方式

针对高突采煤工作面U型通风方式风排瓦斯能力小、上隅角容易积聚瓦斯的问题，根据采面煤层地质条件、回采工艺、瓦斯含量、瓦斯压力、瓦斯涌出量、巷道布置方式等综合因素,因地制宜采用偏Y型或W型通风方式。改变通风方式与瓦斯抽放相结合，综合治理，有效解决瓦斯危害，保证采面安全高效生产。如十矿戊9-10—21170采面采用偏Y型通风方式（图1），试验结果表明，与上一区段戊9-10—21150采面相比，有效防治采面上隅角瓦斯超限问题，月平均生产能力提高33.3%。

图1　采煤工作面偏Y通风方式示意图（略）

23　加强局部通风管理，开展局部通风达标会战

平煤集团公司100多个高突掘进工作面全部使用对旋式局部通风机和大直径耐压风筒（直径0.8～1.0m），总结推广“三趟电缆”供电经验（主风机、副风机、生产电源均为专用电缆），并将双风机软质分风器更换为铁质分风器，解决了分风器易损问题。同时更换自主研制开发的专利产品——局部通风机自动切换监控器，该装置集双风机自动切换、相互闭锁、风电瓦斯电闭锁、风机运行状态监视、恢复供电不能自动启车、被控开关运行状态监视等七种功能为一体，保证了局部通风机连续可靠运转，对提高工作面风量，防止瓦斯超限起到了重要作用。

3　依靠科技进步，完善瓦斯抽放技术

平煤集团公司自1991年开展瓦斯抽放工作以来，不断开展科技攻关研究，总结完善瓦斯抽放技术。在采煤工作面应用实施开采层、高位水平钻孔、高（低）位水平抽放巷、迎面斜交钻孔、采空区和浅孔抽放等综〖BF〗合抽放方法；在掘进工作面应用边掘边抽技术；还探索应用地面钻孔瓦斯抽放技术。集团公司还采取横向联合的形式，不断试验研究新的瓦斯抽放技术。与煤科总院抚顺分院联合进行开采层交叉钻孔抽放、戊9-10煤层合理预抽期、深孔松爆等提高煤层透气性技术研究和试验；与河南理工大学联合开展软煤层打钻深度的攻关；与中国矿业大学合作开展平顶山矿区开采层抽放基础参数测定，以及与其他科研单位联合进行各种抽放技术研究。现已建立地面永久抽放系统3个，井下临时抽放系统22个，安设抽放泵50多台。累计抽放瓦斯3.9亿m3，为集团公司的安全生产做出了贡献。

31　浅孔抽放技术

利用工作面煤壁前方2～6m受采动破坏影响卸压区，煤层透气性明显提高，采用浅孔工艺进行抽放。利用采区抽放泵站系统，干管直径为200mm薄壁管，支管为150mm薄壁管，工作面支架架箱敷设一趟直径150mm脉吸管，每10m设一个多通接头，每个接口用直径25mm软胶管连接一个封孔器，对应插入煤壁前方超前钻孔内，形成工作面抽放系统。如四矿丁5-6—19200综采面进行的浅孔抽放试验，施工钻孔13196个（直径89mm，深度9.2m），累计孔深12.14万m，抽放瓦斯16.65万m3，浅孔抽放的平均百米孔抽放流量到达0.31m3/min，是开采层预抽的24倍。大大降低了生产班回风流瓦斯浓度，杜绝了瓦斯超限事故，月增产2万t。

32　分源抽放技术

传统的开采层、高位水平钻孔、采空区抽放共用一个抽放系统，由于负压、流量不匹配，抽放效果不佳，无法适应现场瓦斯治理及安全高产高效的要求。针对瓦斯涌出规律及特点，采取分源抽放方法，即：开采层、高位水平钻孔（迎面斜交钻孔）和采空区利用三趟独立的抽放系统分别抽放。如八矿己15—12100采面瓦斯涌出量最大达25 m3/min，曾一度严重制约着安全生产。采用分源抽放等瓦斯治理措施后，上隅角瓦斯浓度由20%～50%，降低到0.4%～0.8%；回风流瓦斯浓度由最大1.4%，降低到0.5%～0.7%。月产量由4.5万t上升到9.0万t；吨煤成本由102元降到69元，效益增加550万元。

图2　高位预抽巷及钻孔布置示意图（略）

33　高位预抽巷抽放技术

结合煤层的赋存特点,在戊9-10煤层以上沿戊8煤层施工一条高位预抽巷，向机巷掘进工作面前方煤体打钻预抽（图2）。支管采用直径200mm薄壁管，随着钻机的前移向前延接。钻孔施工完毕后，当班及时封孔、联网抽放。支管抽放瓦斯纯流量1.8m3/min。高位预抽巷抽放不但解决工作面瓦斯超限问题，还解决了煤与瓦斯突出灾害。如戊9-10—21170机巷采用高位预抽巷预抽后，大幅度降低瓦斯超限次数，超限次数比上区段戊9-10—21150机巷掘进减少80%。同时，平均月进度80m，最高108m。

34　边掘边抽技术

突出危险工作面掘进时，在巷道两帮每隔30m开2个钻场，自钻场向迎头前方打钻抽放，提前释放前方煤体瓦斯压力，达到减少或消除煤层突出危险性的目的。打钻采用MK-4型钻机，每个钻场上下两排布置6个抽放钻孔，孔深不低于50m，控制巷道两帮以外4m的范围。单个钻场瓦斯抽放流量1~15m3/min（图3）。如十矿己15—24090风巷采用边掘边抽技术，与相邻的己15—24060机巷相比，平均月进度由50m提高到80m以上，有效遏制了突出事故的发生，实现了安全生产。

图3　边掘边抽钻场、钻孔布置示意图（略）

4　防治煤与瓦斯突出技术

针对矿区煤与瓦斯突出越来越严重的状况，平煤集团公司开展保护层开采、突出区域分级管理和掘进工作面综合防突配套技术等煤与瓦斯突出研究和相关技术的配套应用。防突综合配套技术采用先进的地质雷达探测工作面前方大于50m范围内的地质构造，利用电磁辐射技术预测突出危险，研究确定与构造复杂程度和突出危险程度相适应的防突技术参数，利用专门研制的防突钻机实施防突措施，大幅度提高了高突掘进工作面的掘进速度。

41　保护层开采技术

对具备条件的采区，优先实行开采保护层区域性防治措施，保护层的开采大大降低或消除了被保护煤层的突出危险性，为被保护煤层开采打下坚实的安全基础（图4）。如四矿己三采区先开采己15煤层保护己16-17煤层，杜绝了己16-17煤层采掘工作面煤与瓦斯突出事故，生产过程中瓦斯超限次数也大大降低。因此，保护层开采在四矿乃至全公司己组、戊组煤层开采过程中具有极其重要的推广价值和广阔的应用前景。

42　突出区域分级管理技术

平顶山是突出灾害较严重的矿区之一，随着开采深度和强度的加大，突出危害程度也越来越大。但生产实践表明，在突出煤层中有潜在突出危险的区域仅占10%～30%。因此，通过突出区域预测，把具有突出危险的区域划分出来，采用分级管理，可以大大节约防突措施费用，提高非突出区域的采掘速度，达到安全生产，提高效益的目的。

按照煤层瓦斯地质条件分析及煤与瓦斯突出规律，对煤与瓦斯突出危险性进行划分，将不同的突出危险区域分为四级管理，分别采取不同的防突措施。

图4　保护层开采示意图（略）

通过对十二矿己六采区16次、己七采区5次突出的预测分析，以及八矿和十矿4个工作面的现场应用，突出危险区域划分的准确率达100%，突出条带划分的正确率达95%，杜绝了突出伤亡事故，提高了采掘速度。

43　加强防治煤与瓦斯突出技术管理

对突出危险区域煤层瓦斯释放半径进行测定，全面掌握防突基础参数，编制瓦斯地质图，坚持瓦斯地质分析。为提高防突预测预报的准确性，减少防突措施的盲目执行，各单位研究探索适合本矿突出煤层的预测敏感指标和临界值。在没有敏感指标前，突出工作面按《细则》规定，采用两个以上预测指标或综合指标进行预测，增大预测的安全系数，防止误报造成突出事故；预测超标认真执行防突技术措施，并经效果检验有效后方可施工，把好最后一道防线，确保突出不发生伤亡事故。如突出危险采掘工作面进行爆破作业时，工作面及其回风流必须切断除监测系统外的一切电源，人员全部撤到防突反向风门外的新鲜风流中或避难硐室内。同时严格突出掘进工作面掘进机使用管理，必须经集团公司审批后方可使用。为建立安全生产长效机制，组织有关专家、工程技术人员编制了高突矿井瓦斯综合治理五年规划。

5　发挥安全监控系统作用，建立牢固的安全屏障

坚持“监测监控”的原则，发挥矿井安全监控系统连续监控作用。所有矿井全部安装了矿井安全监控系统。高突矿井完成了安全的GDP，Poil，Steel，Elec，Mate数据，我们也会发现，煤炭需求量的拟合值与实际值之间的差异很小。如果应用此模型对2004年以后的煤炭市场需求进行预测，直接输入解释变量的设计值，我们就能够从回归方程中读出我们想要知道的数量预测值。

4　结论

（1）我国煤炭需求主要受工业生产用煤的影响，这主要包括冶金、电力、建材三个行业，它们对煤炭市场需求量的影响系数分别是0.755343、1.121937、0.378677。

（2）价格对煤炭的市场需求影响几乎为0，属于刚性需求，即使价格上涨，作为用煤大户的工业部门也不愿减少用煤量。

（3）GDP对煤炭需求也有较强的影响，这主要表现为居民生活用煤。随着人们生活水平的提高，人们更愿意用电力、天然气等来替代对煤的需求。

（4）我国煤炭需求的市场曲线是呈简单线性的，这符合经典需求理论的一贯假设。

参考文献

1　赵国浩等中国煤炭工业与可持续发展［M］北京：中国物价出版社，2000

2　仲维清，纪成君，张岩 未来十五年中国煤炭需求预测与总供给战略［J］辽宁工程技术大学学报，1997（2）：223~226

3　王端武，王浩，张烁，李德波我国煤炭需求预测——全国煤炭市场调查研究之二［J］中国煤炭，1999（4）：9~16