采煤采氣一體　地麵井下同抽

采煤采氣一體　地麵井下同抽
強化先抽後采 建設本質安全新型礦山
晉城煤業集團

晉城礦區是國家規劃的13個大型煤炭基地——¬晉東煤炭基地的重要組成部分，是19個首批國家規劃礦區之一，是我國優質無煙煤重要生產基地。晉城煤業集團由東向西開采礦區沁水煤田的東南部，規劃建設礦井13座,產能達8520萬t/a。
晉城煤業集團自成立以來，實施“煤氣電化綜合發展，建設環保型綠色礦山”的中長期發展戰略，突出煤氣（煤和煤層氣）、煤電、煤化三大主導產業，著力發展循環經濟，初步形成了煤氣電化、礦路港航、煤機製造和其它非煤產業“四大板塊”多元化發展的格局。現有八對生產礦井,2006年度瓦斯等級鑒定，成莊礦和寺河礦絕對瓦斯湧出量分別達到234.51m3/min和486.6m3/min，為高瓦斯礦井。
作為以煤為主的企業，把瓦斯治理作為安全生產的“天字號”工程，堅持“先抽後采、監測監控、以風定產”方針，按照“抓大、管小、用人”的工作思路，以礦井瓦斯不超限、不積聚、不突出的瓦斯治理“三不工程”建設為切入點和著力點，依靠科技創新，推進工藝革新，積極探索“先抽後采、采煤采氣一體、地麵井下同抽、抽采利用並舉”的瓦斯抽采治理模式。
一、堅持理論與技術創新，探索“采煤采氣一體化”、“三級瓦斯治理”瓦斯治理模式和方法，實現了地麵煤層氣抽采、井下區域性預抽采、雙係統抽采等關鍵技術和配套工藝的全麵突破
晉城礦區瓦斯賦存和湧出呈東低西、北高的趨勢，具有本煤層瓦斯含量高，儲量大，條件好，裂隙發育，可抽采性好等特點，經過多年的研究和探索，逐步確立了適合自身特點的 “先抽後采”、采煤采氣一體和“三級”瓦斯治理的模式、方法及配套抽采方式、工藝。
1、采煤采氣一體化模式
通過地麵鑽井預抽、井下順煤層長鑽孔預抽及邊采（掘）邊抽與采空區抽采相結合的瓦斯抽采方式，對煤層進行“先抽後采”，實現煤炭與煤層氣（瓦斯）開采的一體化。
實施采煤采氣一體化可以減少時間、空間限製。在時間上，煤層氣的抽采與礦井開發、生產的全過程協調一致；在空間上，地麵煤層氣井位的布置與礦井采掘銜接相一致；在功能上，煤層氣井可實現“地質勘探，采前抽、采動抽，采後抽”，一井四用。我們在進行地麵煤層氣開發和礦井瓦斯治理的實踐中，逐漸認識到地麵煤層氣（瓦斯）預抽可以保證從源頭上降低煤層瓦斯含量，真正做到礦井的“先抽後采”；可以與煤炭企業的地質勘探、礦井建設、瓦斯治理、生產銜接相協調，達到為礦井的安全生產服務的目的。
2、“三級瓦斯治理”方式　
高瓦斯礦井新煤層、新水平、新盤區的開采，必須根據煤層勘探情況和瓦斯參數測定結果，分“三級”進行抽采治理：對瓦斯含量高於16m3/t的煤層或區域，提前5～8年實施地麵鑽井預抽，達到建設條件；對瓦斯含量在9～16m3/t的煤層或區域，提前3～5年，采用千米鑽機等實施井下區域性預抽采，達到開采條件；對瓦斯含量低於9m3/t的煤層或區域，采用邊抽邊采掘、采空區抽采、加強通風、監測監控等綜合措施治理采掘過程中湧出的瓦斯。
3、以地麵抽采為先導，開創高瓦斯礦井抽采治理新的有效途徑
晉城煤業集團早在1993年，引進美國地麵煤層氣開發技術進行試驗。經過幾年的探索、實踐，總結出具有自主知識產權的地麵預抽煤層氣（瓦斯）技術，初步掌握了清水鑽井、活性水壓裂、定壓排采、低壓集輸的抽采技術體係，為我國無煙煤礦區的煤層氣地麵預抽奠定了理論基礎，創出了第一個成功範例。
為進一步推進煤層氣（瓦斯）開發的專業化、產業化，更好地服務礦井瓦斯抽采治理工作，從2003年開始，設立了“沁水藍焰煤層氣有限公司”，按照300m×300m模式在寺河礦、成莊礦等高瓦斯礦井的生產區和規劃區布井實施抽采（如圖1），其中寺河礦布井247口，成莊礦布井30口。經驗證，每口煤層氣井每天平均抽采2500 m3/d，每年可使0.1km2井田範圍內煤層噸煤瓦斯含量降低約1m3/t，為高瓦斯礦井實現高產、高效、安全生產奠定了基礎。

圖1　井上抽采鑽井與井下生產工作麵相結合局部圖

截止2006底，礦區已形成480口煤層氣井組規模，具備年產煤層氣2億m3的產氣能力，其中149口井投入抽采，日抽采量達60萬m3/d。礦區地麵鑽井抽采煤層氣累計近1.8億m3，其中2006年抽采1億m3，有效地降低了礦井的煤層瓦斯含量。根據我公司“十一五”發展規劃，到2010年，煤層氣井群將達到2000口井，產能達到15億m3/a。
2005年，我們與中國地質大學、中國礦業大學、中國石油大學、河南理工大學、煤科總院西安分院、重慶分院“四校兩院”合作，創建了煤層氣開發工程產學研基地，加快煤層氣抽采治理科研攻關。
4、以井下區域性預抽采為核心，實現井下抽采有序銜接
4.1煤層采掘活動前區域性預抽
晉城煤業集團3#煤層屬近水平可抽煤層，煤質較硬，適合於在煤層中施工長鑽孔，組織區域性預抽采（如圖2）。在經過地麵預抽或瓦斯含量較小的煤層（岩層）中掘進巷道，利用MK係列鑽機和千米鑽機向其兩幫施工長鑽孔，形成一定範圍的預抽區域，在該區域抽采瓦斯達到預定效果後，再在其邊緣施工巷道，形成接替預抽區域，實現井田抽采區域有序銜接。
寺河礦在3302采煤工作麵從2002年4月至2003年5的圈定過程中，一方麵施工該工作麵抽采鑽孔期間，同時左右相鄰的3303和3301、2307工作麵煤體施工區域抽采鑽孔，使3301、2307預抽時間達到了兩年以上。在工作麵掘進前，預抽煤體瓦斯30%以上，並保證了二、三盤區形成良性的抽、掘、采循環。

圖2 寺河礦二、三盤區抽采區域預抽示意圖

4.2煤層掘進中扇形鑽孔抽采
在布置抽采區域和圈定采麵過程中，配套多巷掘進方式，在巷幫鑽場施工抽采鑽孔，實施“巷幫鑽場走向和扇形鑽孔抽采”，覆蓋巷道兩側各10m的範圍和多巷間留設煤柱（如圖3），進行先抽後掘。若工作麵瓦斯湧出量異常，再實施 “迎頭走向鑽孔抽采”。成莊礦在施工4215/4220巷時，利用扇形鑽孔進行先抽後掘和邊抽邊掘，保證了工作麵正常掘進。

圖3　成莊礦4215/4220煤層掘進中扇形鑽孔抽采瓦斯示意圖

4.3采煤工作麵順層長鑽孔抽采
在采麵巷道掘進過程中，同時施工順煤層鑽孔對該工作麵或鄰近工作麵的實體煤進行預抽采（如圖4）。采煤工作麵順煤層鑽孔的間距根據采煤工作麵煤體的瓦斯含量和可預抽采時間確定，一般不超過5m，噸煤鑽孔進尺不低於0.06m/t。針對工作麵切眼區段采前預抽時間短，回采時間早，采取加密鑽孔（孔間距0.8～3m）措施，降低工作麵初采期間的瓦斯湧出。
成莊礦2315采煤工作麵共施工抽采鑽孔1764個，鑽孔間距1.5m（靠近切眼區段鑽孔間距為800mm），抽采總進尺達到19.98 萬m，采麵抽采瓦斯量40.44 m3/min，回采前累計抽采瓦斯1789.78萬m3，預抽煤體瓦斯35%。從2005年4月3日開始回采到2006年10月7日的回采過程中，工作麵未出現過瓦斯超限現象。

圖4　成莊礦2315采煤工作麵順層長鑽孔抽采瓦斯示意圖

5、全麵推行雙係統獨立運行方式，實施瓦斯分源抽采治理，提高礦井安全保障能力
針對礦區本煤層瓦斯賦存量大，預抽需要高負壓、低流量，采空區卸壓抽采需要低負壓、大流量的特點，在高瓦斯礦井建立兩套抽采係統，獨立分離運行，實施瓦斯分源抽采治理。
寺河礦於2000年5月建成礦井地麵本煤層瓦斯永久抽采係統，安裝6台CBF710型水環式真空泵，形成2億m3/a抽采能力，於2002年底在井下東區建成井下采空區瓦斯抽采泵站係統，安裝了5台2BE1-705水環式真空泵，形成1億m3/a抽采能力。
成莊礦2002年底建成地麵本煤層瓦斯永久抽放係統，安裝4台CBF710型水環式真空泵，形成1億m3/a抽采能力， 2006年建成井下3#風井采空區抽采泵站，安裝3台CBF630水環式真空泵，形成0.4億m3/a采空區抽采能力。2#風井采空區抽采泵站計劃2007年底投入運行。
通過實施雙係統獨立分離運行，分源抽采瓦斯，提升了係統的運行能力，有效地提高了本煤層預抽濃度和預抽瓦斯量，提高了工作麵及礦井的瓦斯抽采率。目前寺河礦礦井抽采瓦斯量達到336m3/min，礦井抽采率達到59.2%，成莊礦礦井抽采瓦斯量達到151m3/min，礦井抽采率達到54.5%。
此外，晉城煤業集團在低瓦斯礦井推廣使用移動水環式抽采泵，采用頂板走向和傾向長鑽孔進行采麵上隅角等局部地點的瓦斯抽采，有效地防止瓦斯超限。
二、堅持管理創新，強化政策引導，確保資金投入，夯實基礎
1、在管理上，堅持“抓大、管小、用人”的原則
“抓大”就是抓好抽采、通風、監測等大係統的建設和完善工作，作到“銜接有序、能力配套、簡單高效、安全可靠”；
“管小”就是以高度的責任心，從嚴過細地安排、部署、落實好每一細小環節的工作（如排放瓦斯、密閉巷道、巷道貫通、高冒區處理、井下燒焊、煤倉檢查等）；
“用人”就是要求礦井“一通三防”的主要技術管理人員由公司統一聘任，抓好隊伍的班子建設和素質建設，確立技術負責人的權威，不能用管理代替技術，從而增強凝聚力，提高執行力。
2、在投入上，堅持通風瓦斯治理工程優先的原則
將噸煤提取的50元安全費用重點用於地麵抽采鑽井建設、井下抽采能力的建設等係統工程上：投入9億多資金用於地麵抽采能力建設；投入10億多資金元用於井下抽采能力建設。目前礦區已建成投運井下永久抽采泵站5座（在建和籌建9座），低瓦斯礦井及高瓦斯礦井的移動式抽采係統13套。
3、在考核上，堅持重獎重責原則
建立瓦斯抽采專項考核獎勵基金80萬元，提高瓦斯治理積極性和創造性；將抽采瓦斯的進尺、抽采量、抽采濃度指標與礦工資總額的40%進行掛勾結算，虧一扣一，超一獎一，上不封頂。
通過這些舉措，推動和強化了瓦斯抽采工作，提升了礦井安全保障能力。2000年至今，公司累計完成瓦斯抽采量8.74億m3，其中2006年完成3.2788億m3，比2005年增長了82%，比2000年增長了40倍；累計完成瓦斯抽采鑽孔進尺334.4萬m，其中2006年完成145.71萬m，比2005年增長了57.9%，比2003年增長了312%。
三、堅持以用促抽，推進煤層氣（瓦斯）抽采產業化經營，變“殺手”為“幫手”，開創瓦斯抽采利用的新局麵
多年來，晉城煤業集團堅持“為安全生產服務、為提高礦區居民生活質量服務、實現產業化經營”的指導思想和“井上下抽采相結合，井上抽采先行；抽采利用相結合，以用促采”的工作方針，積極探索煤層氣抽采利用的新途徑，取得良好的安全、經濟、環保和社會效益。
1、煤層氣發電：1.5萬Kw瓦斯發電試驗廠2001年～2006年累計發電4.5953億Kwh，實現產值約1.28億元。目前，利用亞行貸款的12萬Kw瓦斯發電廠正在加緊建設。
2、民用燃氣：利用專用煤層氣運輸槽車向城區、礦區及周邊城市居民、工業鍋爐、CNG清潔能源汽車供氣。同時，開工建設礦區西部煤層氣產地至東部利用基地的輸送管道工程。
3、工業用氣：向晉城市陶瓷、玻璃等企業提供工業燃料，並計劃實施陽城電廠以煤層氣代替重油助燃項目。
4、積極參與CDM(清潔發展機製)的運作。
截止2007年3月，晉城煤業集團井上下共抽采純瓦斯8.74億m3，總利用量達4.48億m3，利用率為40%左右。
五、實施先抽後采和采煤采氣一體化的體會
通過幾年抽采瓦斯的實踐，我們明顯感到礦井的安全保障能力在不斷提高，礦井的潛在能力在不斷得到釋放。同時隨著“采煤采氣一體化、地麵井下抽采並舉”抽采模式的初步成型，公司各級領導和全體員工的治理瓦斯的意識在進一步提高，對“先抽後采”的瓦斯治本措施也有了更深的理解。
我公司在構建“先抽後采”、“采煤采氣一體化”的瓦斯治理體係過程中遇到了礦業權重疊，地麵無法展開大規模預抽；井下抽采工藝複雜，瓦斯抽采治理技術裝備研究相對滯後；煤層氣開發利用發展緩慢等問題和情況，使一些方案、方法和措施實施困難，希望予以政策上的扶持，以保證礦山瓦斯抽采治理工作的持續推進。
在今後的工作中，我們將繼續把瓦斯治理放在一切工作的首位，堅持“先抽後采”，抽采與利用並舉的方針，堅持采氣采煤一體化，認真落實瓦斯治理十二字方針，不斷探索，豐富瓦斯抽采工藝方式和手段方法，進一步提升礦井安全保障能力，堅決遏製重特大02manbetx.com 的發生，切實保證煤礦安全生產和職工生命安全，推動本質安全新型礦山的建設。
二00七年四月十日