平煤集團公司瓦斯綜合治理技術

摘　要　介紹了平頂山煤業集團有限公司近幾年在通風係統優化、防治煤與瓦斯突出、瓦斯綜合抽放、安全監測監控等瓦斯綜合治理方麵的技術和方法。

關鍵詞　瓦斯　綜合治理　技術

第一作者為平頂山煤業集團有限公司總工程師

1　前言

平頂山煤業集團有限公司（以下簡稱“平煤集團公司”）是新中國誕生後我國自行勘探設計、開發建設的第一個特大型煤炭基地，經過50年的開發建設，煤炭年產量達到3000多萬t。隨著礦井開采深度加大，瓦斯湧出量越來越大。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生過動力現象。全公司礦井瓦斯絕對湧出量46833m3/min，並以每年85%的速度遞增。截至目前，共發生瓦斯突出137次，突出煤量8019t，瓦斯量479萬m3，噸煤突出瓦斯量597 m3。瓦斯問題已成為製約平煤集團公司安全生產、高產高效和可持續發展的突出問題。

近年來，平煤集團公司堅持“以思想教育為先導，以製度建設為基礎，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係企業生死存亡的高度來認識，堅定不移地貫徹“先抽後采、監測監控、以風定產”十二字方針，並將其納入采掘生產工序，堅決做到不抽不采、監測監控不到位不采、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，監控是保障。治理瓦斯的技術思路是“優化通風係統，強化超前防治，完善監測監控，保證資金投入”。

2　優化通風係統，提高礦井防災抗災能力

21　優化礦井通風係統

在對全公司通風係統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，並結合礦井現狀和長遠發展規劃，對礦井、采區進行通風係統評價、優化。（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，並且實現了主要通風機的經濟、可靠運行；(2)完善高突采區專用回風巷係統，新增專用回風巷14條，完成工程量〖BF〗6000m，高突采區形成了專用回風巷係統；(3)開展巷道維修會戰活動，以維修主要回風巷道為重點，以保證通風係統暢通，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，減少采區內部漏風，整修永久風門，並對保留的風門全部實現了閉鎖，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，確保通風係統穩定可靠。

22　因地製宜優化采麵通風方式

針對高突采煤工作麵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，根據采麵煤層地質條件、回采工藝、瓦斯含量、瓦斯壓力、瓦斯湧出量、巷道布置方式等綜合因素,因地製宜采用偏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，保證采麵安全高效生產。如十礦戊9-10—21170采麵采用偏Y型通風方式（圖1），試驗結果表明，與上一區段戊9-10—21150采麵相比，有效防治采麵上隅角瓦斯超限問題，月平均生產能力提高33.3%。

圖1　采煤工作麵偏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

平煤集團公司100多個高突掘進工作麵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），並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。同時更換自主研製開發的專利產品——局部通風機自動切換監控器，該裝置集雙風機自動切換、相互閉鎖、風電瓦斯電閉鎖、風機運行狀態監視、恢複供電不能自動啟車、被控開關運行狀態監視等七種功能為一體，保證了局部通風機連續可靠運轉，對提高工作麵風量，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。在采煤工作麵應用實施開采層、高位水平鑽孔、高（低）位水平抽放巷、迎麵斜交鑽孔、采空區和淺孔抽放等綜〖BF〗合抽放方法；在掘進工作麵應用邊掘邊抽技術；還探索應用地麵鑽孔瓦斯抽放技術。集團公司還采取橫向聯合的形式，不斷試驗研究新的瓦斯抽放技術。與煤科總院撫順分院聯合進行開采層交叉鑽孔抽放、戊9-10煤層合理預抽期、深孔鬆爆等提高煤層透氣性技術研究和試驗；與河南理工大學聯合開展軟煤層打鑽深度的攻關；與中國礦業大學合作開展平頂山礦區開采層抽放基礎參數測定，以及與其他科研單位聯合進行各種抽放技術研究。現已建立地麵永久抽放係統3個，井下臨時抽放係統22個，安設抽放泵50多台。累計抽放瓦斯39億m3，為集團公司的安全生產做出了貢獻。

31　淺孔抽放技術

利用工作麵煤壁前方2～6m受采動破壞影響卸壓區，煤層透氣性明顯提高，采用淺孔工藝進行抽放。利用采區抽放泵站係統，幹管直徑為200mm薄壁管，支管為150mm薄壁管，工作麵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鑽孔內，形成工作麵抽放係統。如四礦丁5-6—19200綜采麵進行的淺孔抽放試驗，施工鑽孔13196個（直徑89mm，深度92m），累計孔深1214萬m，抽放瓦斯1665萬m3，淺孔抽放的平均百米孔抽放流量到達031m3/min，是開采層預抽的24倍。大大降低了生產班回風流瓦斯濃度，杜絕了瓦斯超限02manbetx.com ，月增產2萬t。

32　分源抽放技術

傳統的開采層、高位水平鑽孔、采空區抽放共用一個抽放係統，由於負壓、流量不匹配，抽放效果不佳，無法適應現場瓦斯治理及安全高產高效的要求。針對瓦斯湧出規律及特點，采取分源抽放方法，即：開采層、高位水平鑽孔（迎麵斜交鑽孔）和采空區利用三趟獨立的抽放係統分別抽放。如八礦己15—12100采麵瓦斯湧出量最大達25 m3/min，曾一度嚴重製約著安全生產。采用分源抽放等瓦斯治理措施後，上隅角瓦斯濃度由20%～50%，降低到04%～08%；回風流瓦斯濃度由最大1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　高位預抽巷及鑽孔布置示意圖（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，向機巷掘進工作麵前方煤體打鑽預抽（圖2）。支管采用直徑200mm薄壁管，隨著鑽機的前移向前延接。鑽孔施工完畢後，當班及時封孔、聯網抽放。支管抽放瓦斯純流量18m3/min。高位預抽巷抽放不但解決工作麵瓦斯超限問題，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後，大幅度降低瓦斯超限次數，超限次數比上區段戊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麵掘進時，在巷道兩幫每隔30m開2個鑽場，自鑽場向迎頭前方打鑽抽放，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。打鑽采用MK-4型鑽機，每個鑽場上下兩排布置6個抽放鑽孔，孔深不低於50m，控製巷道兩幫以外4m的範圍。單個鑽場瓦斯抽放流量1~15m3/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，有效遏製了突出02manbetx.com 的發生，實現了安全生產。

圖3　邊掘邊抽鑽場、鑽孔布置示意圖（略）

4　防治煤與瓦斯突出技術

針對礦區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、突出區域分級管理和掘進工作麵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麵前方大於50m範圍內的地質構造，利用電磁輻射技術預測突出危險，研究確定與構造複雜程度和突出危險程度相適應的防突技術參數，利用專門研製的防突鑽機實施防突措施，大幅度提高了高突掘進工作麵的掘進速度。

41　保護層開采技術

對具備條件的采區，優先實行開采保護層區域性防治措施，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煤層采掘工作麵煤與瓦斯突出02manbetx.com ，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　突出區域分級管理技術

平頂山是突出災害較嚴重的礦區之一，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域僅占10%～30%。因此，通過突出區域預測，把具有突出危險的區域劃分出來，采用分級管理，可以大大節約防突措施費用，提高非突出區域的采掘速度，達到安全生產，提高效益的目的。

按照煤層瓦斯地質條件03manbetx 及煤與瓦斯突出規律，對煤與瓦斯突出危險性進行劃分，將不同的突出危險區域分為四級管理，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16次、己七采區5次突出的預測03manbetx ，以及八礦和十礦4個工作麵的現場應用，突出危險區域劃分的準確率達100%，突出條帶劃分的正確率達95%，杜絕了突出傷亡02manbetx.com ，提高了采掘速度。

43　加強防治煤與瓦斯突出技術管理

對突出危險區域煤層瓦斯釋放半徑進行測定，全麵掌握防突基礎參數，編製瓦斯地質圖，堅持瓦斯地質03manbetx 。為提高防突預測預報的準確性，減少防突措施的盲目執行，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，突出工作麵按《細則》規定，采用兩個以上預測指標或綜合指標進行預測，增大預測的安全係數，防止誤報造成突出事故；預測超標認真執行防突技術措施，並經效果檢驗有效後方可施工，把好最後一道防線，確保突出不發生傷亡事故。如突出危險采掘工作麵進行爆破作業時，工作麵及其回風流必須切斷除監測係統外的一切電源，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麵掘進機使用管理，必須經集團公司審批後方可使用。為建立安全生產長效機製，組織有關專家、工程技術人員編製了高突礦井瓦斯綜合治理五年規劃。

5　發揮安全監控係統作用，建立牢固的安全屏障

堅持“監測監控”的原則，發揮礦井安全監控係統連續監控作用。所有礦井全部安裝了礦井安全監控係統。高突礦井完成了安全的GDP，Poil，Steel，Elec，Mate數據，我們也會發現，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年以後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。

6　結論

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

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

（3） GDP對煤炭需求也有較強的影響，這主要表現為居民生活用煤。隨著人們生活水平的提高，人們更願意用電力、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。