瓦斯先抽後采經驗交流材料

瓦斯先抽後采經驗交流材料

國投新集能源股份有限公司

一、 礦區（井）概況
國投新集能源股份有限公司是由國家開發投資公司、國華能源公司、淮南煤電總公司發起設立的股份製公司。擁有3對生產礦井，2對在建礦井，1對籌備礦井，2座選煤廠、1座煤矸石電廠，1座在建煤矸石電廠，即新集、花家湖及八裏塘3對生產礦井，在建劉莊煤礦和板集煤礦，籌備口孜東礦井；新集及花家湖2座選煤廠；1座新集煤矸石電廠和1座在建的花家湖煤矸石電廠。另有5對待開發的井田。
全公司總井田麵積為425km2，煤炭地質儲量為103億噸，煤質優良，是理想的動力、冶金和化工用煤。目前礦區生產規模8.0Mt/a，其中新集一礦4.0Mt/a、新集二礦3.1Mt/a，新集三礦0.9Mt/a；2座選煤廠入洗原煤能力均為4.0Mt/a，新集煤矸石電廠裝機容量為1.2萬kW；在建礦井2座（劉莊礦井、板集礦井），設計規模分別為8.0Mt/a， 3.0Mt/a；籌備礦井1座（口孜東礦井），設計規模為5.0Mt/a。規劃礦井5座（分別為：口孜集西礦、楊村礦、展溝礦、羅園礦、連塘李礦），1座在建的花家湖煤矸石電廠裝機容量為2.4萬kW。
2006年瓦斯等級鑒定結果為：新集一礦、二礦為煤與瓦斯突出礦井，新集三礦為低瓦斯礦井。公司三對生產礦井絕對瓦斯湧出為135.41m3/min。新集一礦礦井瓦斯絕對湧出量為79.91m3/min，二氧化碳絕對湧出量為17.00m3/min，礦井瓦斯相對湧出量為9.65m3/t，二氧化碳相對湧出量為2.05 m3/t,為煤與瓦斯突出礦井。
新集二礦礦井瓦斯絕對湧出量為51.57m3/min，二氧化碳絕對湧出量為10.54m3/min，礦井瓦斯相對湧出量為7.49m3/t，二氧化碳相對湧出量為1.53m3/t，為煤與瓦斯突出礦井。
新集三礦礦井瓦斯絕對湧出量為3.93m3/min，二氧化碳絕對湧出量為3.61m3/min，礦井瓦斯相對湧出量為2.6m3/t，二氧化碳相對湧出量為2.38m3/t，為低瓦斯礦井。　　　　　　　　　　　
高突采煤工作麵的瓦斯絕對湧出量為8～21m3/min，平均瓦斯湧出量為11.23m3/min，掘進工作麵瓦斯絕對湧出量為1～4m3/min，平均瓦斯湧出量為1.93m3/min。
一礦采用立井多水平開拓，混合式通風，由副井、混合井進風，中央風井、西風井回風；中央風井主扇和西風井主扇各有一台使用，一台備用。中央風井主扇型號為2K56NO.30，西風井主扇型號為GAF26.6-15-1，礦井總進風21158m3/min，總排風22527m3/min，礦井目前三個生產采區和兩個準備采區均有獨立的通風係統。礦井各用風地點的風量均達到或超過設計要求。
二礦采用GAF28-14-1型主扇2台，配套電機2500KW，一台運轉，一台備用，通風方法為抽出式，通風方式為中央並列式。礦井總進風量為：18630m3/min，總回風量為：19926 m3/min。
三礦通風方式為抽出式，副井進風，主井回風，回風井安裝了兩台2K56-NO24型軸流式通風機，配套電機355KW，一台運轉，一台備用，礦井進風4693m3/min，回風為5122m3/min。
劉莊煤礦通風方式為抽出式，主、付井及矸石井進風，風井回風，回風井安裝了兩台ANN－2884/140型軸流式通風機，配套電機2000KW，一台運轉，一台備用，礦井進風15300m3/min，總排風量為16547m3/min
目前三對生產礦井中一、二礦及劉莊礦均建立了地麵永久瓦斯抽放係統，三礦為低瓦斯礦井、瓦斯較小。
新集一礦地麵抽放係統共安裝抽放泵三套，泵型號為2BE3.520-2BY3，額定抽放流量為3×200m3/min，井下移動抽排泵5台（型號2BE1305），井下管路係統已基本完善。
新集二礦地麵永久抽排係統為2BE3520—300的3台，額定抽放流量為3×200m3/min；井下移動抽排泵6台（型號2BE1305的4台，型號YD-6的2台），抽放係統完善。二礦瓦斯抽放主要采用頂板高位鑽場抽放、頂板抽放巷抽放、上隅角埋管抽放、順層鑽孔抽放等抽放方法。
劉莊煤礦永久抽采係統為2BEY－67水環真空泵兩台，額定抽放流量為2×245m3/min；井下安裝兩台2BE1－303水環真空泵。
地麵抽采係統及裝備表 附表二
礦井名稱 瓦斯等級 礦井絕對瓦斯湧出量m3/min 係統名稱 泵的型號 裝備台數 裝機功率KW 抽采能力m3/min 抽采幹管管徑
mm 移動泵台數及型號
新集一礦 突出 67.93 瓦斯抽放 2BE3.520-2BY3 3 3×250 3×200 526-400 2BE1-253
5台
新集二礦 突出 43.09 瓦斯抽放 2BE3.520-2BY3 3 3×250 3×200 526-400 2BE1-203
4台，YD-6
2台
新集三礦 低 2.05 ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／
劉莊煤礦 突出 48.44 瓦斯抽放 2BEY-67 2 2×245 800-426 2BE1-203
2台
合計 / 161.51 / / 8 6×250 9×200 / 13
二、 瓦斯抽采工藝
（一）瓦斯抽采設備
公司三對生產礦井劉莊煤礦目前區域性瓦斯抽采的技術主要有：1、以解放層開采後，利用岩石抽排巷對被保護層進行瓦斯抽放一礦北中央采區主要以開采突出危險性較小的11煤層，解放13煤層。二礦的二水平主要以開采沒有突出危險性的11煤作為解放層並同時對8煤、6煤、13煤進行預抽。2、利用高抽巷、高位鑽場、采空區埋管和地麵鑽孔對本煤層采空區進行抽放；利用順層鑽孔對本煤層進行預抽。
新集一礦抽放方式有①順層孔預抽回采工作麵瓦斯：根據實際情況，對131103和211302高瓦斯區域工作麵進行了順層孔采前預抽。131103工作麵上、下巷在掘進期間，開始施工順層鑽孔抽放瓦斯，施工鑽孔523個，抽放瓦斯61.78萬m3。211302工作麵在機巷施工順層鑽孔67個，目前已抽放瓦斯14.11萬m3。②穿層孔預抽13煤瓦斯：三采區結合11煤保護層開采，對13煤施工穿層孔預抽瓦斯，在13煤層底板下20～30m施工底板巷，底板巷每30米布置1個鑽場，每個鑽場布置5—7個穿層鑽孔，穿層鑽孔已施工56組，施工鑽孔371個，抽放濃度15～30%左右，已累計抽放瓦斯160.6萬 m3。③地麵鑽井抽放瓦斯：由地麵向131103工作麵上方施工鑽孔，抽放131103采空區及該麵采動區13煤層瓦斯。設計了兩個鑽孔， 分別孔深為514m、 508m，兩孔施工結束，係統正在運行，已累計抽放瓦斯126.6萬 m3。
新集二礦嚴格按照“先抽後采、監測監控、以風定產”十二字方針和“多打孔、嚴封密、綜合抽”的九字方針，完善了以煤層順層鑽孔預抽、高位鑽場走向鑽孔抽放、高抽巷以及上隅角埋管抽放等多種抽放方法相結合的瓦斯抽放體係。合計施工各類瓦斯抽放鑽孔339個，累計進尺21272m。2006年度裏相繼在1606、1607、1308、W1607工作麵實施順層鑽孔預抽，同時高瓦斯掘進工作麵（如1308機、風巷）做到了邊掘邊抽；推廣、應用高抽巷，繼該礦在2813首次應用高抽巷取得成功以來，相繼在1606、1308、1306（裏段）及W1607工作麵投入使用，均取得很好的成效，回采工作麵瓦斯抽放率保持在60％以上；2006年8月22日，新集二礦瓦斯電廠首期兩台發電機組投入運行，瓦斯利用在新集礦區成為現實。不僅做到了“變廢為寶”、淨化了礦山空氣，同時對瓦斯抽采起到積極的促進作用。為保證瓦斯電廠的供氣質量，確保瓦斯電廠順利發電。二礦建立了地麵永久抽放係統和井下移動抽放係統相結合的“雙”係統抽放網路，實現了高、低濃度瓦斯的分離，在滿足電廠瓦斯供給的同時，保證了最大瓦斯抽采量。
劉莊煤礦為有效治理首采工作麵瓦斯，在機、風巷施工
順層鑽孔共179個，計9000m，施工高位鑽場6個， 47個鑽孔，計5400m，截止目前累計抽放純瓦斯量3477248ｍ3。按礦工程安排要求8月22日井下臨時抽放係統投用，安裝兩台2BE1－303水環真空泵；2006年10月13日完成了地麵永久抽排係統的安裝工作並投入使用，安裝兩台2BEY－67水環真空泵。首采麵施工地麵豎直孔及水平孔各一個，安裝兩台2BE1－303水環真空泵，鋪設Φ219鋼管600ｍ，柴油發電機發電，已投入使用，運行效果良好。
（二）、技術參數及適用條件
1、井下抽放
高抽巷及底板巷：工作麵高抽巷布置於煤層頂部，距本煤層15—25m，高抽巷沿走向貫穿工作麵整個走向長，其方向與工作麵風巷平行，內錯15m左右布置，距工作麵切眼平距10m，端頭用Φ94mm鑽孔與工作麵切眼相連，共布置10個孔，見煤點沿傾斜方向自上隅角往下控製範圍30m。巷道斷麵為6m2，采用錨網支護。工作麵底抽巷位於被解放層垂距30m處布置，每隔50m施工一組6至8個鑽孔至被解放層，鑽孔直徑為Φ94mm。巷道斷麵為6m2，采用錨網支護。
工作麵順層瓦斯抽放孔的布置情況：工作麵機巷沿工作麵傾斜方向，每隔10m布置順層鑽孔，其孔深為工作麵斜長的一半，孔間距10m，孔徑為Φ73mm，同時，在兩孔之間增加一交叉鑽孔，孔深適當處長1至2m，孔徑Φ73mm。風巷每隔10m亦布置順工作麵方向的下向鑽孔，孔長為工作麵斜長的三分之一。順層鑽孔前期預抽瓦斯，後期采用靜壓進行煤體注水。
高位鑽場：在工作麵風巷內每隔80m每隔施工一個高位鑽場，在鑽場內施工6個孔徑為Φ73mm鑽孔，相鄰兩個高位鑽場之間的鑽孔必須有部分在平麵上重疊，其長度不小於20m。
上隅角埋管抽放：在工作麵上隅角處埋一趟直徑為Φ100mm的埋吸管對上隅角進行抽放。
瓦斯抽放設備及管路布置：瓦斯抽放係統采用地麵抽排係統，在工作麵機、風巷分別鋪設Φ219mm瓦斯管路，高抽巷布置一趟Φ273mm瓦斯管路，並與主幹管路聯接，形成瓦斯抽放管路係統。所有抽放鑽孔采用聚胺脂化學劑人工封孔，封孔長度為5m。
2、地麵鑽孔抽放
在新集一礦地麵施工兩個鑽孔至131103工作麵距頂板20m ，抽采13及11煤層的瓦斯。由於該處新地層厚約201.7m至11-2煤層底板全深577.0m，其中，地表至新地層下基岩第二層堅硬岩層深約240m，采用Φ311mm鑽頭鑽井，下D245x10mm套管240m，並注水泥漿固井，以防第四紀含水層水湧入井下；基岩段改用Φ216mm鑽頭鑽進至478m孔底為堅硬砂岩段；再改用Φ152.4mm鑽頭鑽進穿過13-1煤、13-1下煤，至11-2煤頂板以上30m左右止，至545.0m，確定13-1煤層頂板標高約-489.3m（13煤厚7.8m），下D177.8x10mm的套管475m，並注水泥漿固井。Φ152.4mm鑽頭掃孔，洗井到542.4m，再下D139.7x10mm的篩孔管83.1m，下放深度到542.4m，篩管頂部進入D177.8x10mm工作管內15.3m，不固井，花管底口采用同厚鋼板焊封，其目的：一是防止11-2煤層開采後以上各煤層段受采動影響塌井；二是以上各煤層的卸壓瓦斯和11-2煤層采空區瓦斯湧入鑽井的通道。
以後又在劉莊煤礦地麵施工了一垂直孔和一“L”孔，抽采首采工作麵的瓦斯。
三、瓦斯抽采方麵的體會和經驗
（一）地麵瓦斯抽放鑽孔設計
隨著礦井的不斷延深及瓦斯技術的發展，我們在原有的抽放係統的基礎，利用瓦斯抽放新技術，及時改變瓦斯抽放方式，其中應用最為成功是地麵瓦斯抽放鑽孔的應用。
我們首先在新集一礦試點，其設計主要內容如下：
1、礦井瓦斯及采區瓦斯參數
新集一礦主采煤層為13-1煤、11-2煤、8煤。其中C13煤為複雜結構煤層，含2～3層夾矸。首采區正常生產過程中，最大絕對瓦斯湧出量為20.772m3/min，最大相對瓦斯湧出量為4.207m3/t。13煤瓦斯壓力3.6MPa，瓦斯含量為14.22m3/t，透氣性係數平均為6.67×10-4m2/MPa•d,鑽孔瓦斯流量衰減係數平均為0.159d-1，說明13-1煤層屬較難抽放煤層。
131305工作麵鑽井底C13-1煤層底板處沿走向平均按標高-465m，經計算W=0.0495H-9.1738=0.0495×465-9.1738=13.84m3/t；按工作麵生產4000t/d，本煤層瓦斯湧出量將達到38.4 m3/m。
2、 麵井布置和鑽井結構設計
地麵鑽井布置
1）、根據一礦保護層開采情況，131105麵走向保護角取70°，11-2煤層頂垂距按70m，則上方13-1煤層的131305工作麵的開切眼和停產線的保護線範圍。
開切眼向裏L1=70×Ctg700=25.4m(平距)，取26m；
停采線向裏L2=70×Ctg700=25.4m(平距)，取26m。
2）、131305工作麵傾向下部保護線範圍，根據《細則》，131105工作麵下部煤層傾角達300，卸壓角可取690，煤層間距按70m。
則：L3=70/sin690×cos（690+300）=-10.95 m(平距)，取10m。
3）、根據潘一礦2352(1)工作麵第一個地麵井預抽被保擴層13-1煤層瓦斯實踐證明，該井抽放半徑可以達到250m，謝橋礦為250左右；為留有餘地，嚴格瓦斯治理，抽放半徑還按200m，同時要保證兩井抽放半徑相交點要大於13-1煤層上下被保護線以外，以保證回采麵都在被保護範圍內，並考慮試驗保護層工作麵瓦斯治理。
4）、131105工作麵采動區擬布置5個鑽井，該5個鑽井按平均530m/個。第一口井131105-1#井位於131105工作麵開切眼以東40m，131105-2#、-3#、-4#、-5#井分別向東布置，間隔200m/個。
11-2煤回采後頂板高度20~30m，瓦斯抽放效果較好，瓦斯濃度可達40%以上，因此鑽井終孔擬布置在11-2煤層頂板上30m。
3、瓦斯抽放管路設計和抽排設備選型
瓦斯抽放係統布置
由於地麵鑽井位置離永久泵房距離遠，需要鋪設較長的管路，采用兩台2BE1－353型真空泵，建立臨時泵站，進行地麵鑽井抽放瓦斯。131105工作麵從設計切眼向東40m，沿傾向在工作麵中部，每200m布置一個鑽井，共5個鑽井。鑽井高出地麵4米左右，其高架支管均與幹管連接，架空敷設管路高度正常情況下不低於3米，過農村車道不低於3.5米，過主要車道處不低於5米，型鋼組合支架。

4、瓦斯抽出量和抽出率預測
平均單個鑽井抽放瓦斯量為10.995 m3/min，考慮繼續抽放瓦斯量逐漸衰減，因此單個鑽井平均按5 m3/min，抽放時間按8個月，每天抽放時間按20h，預計瓦斯抽放量單井可達144.0萬m3。
131105工作麵五口井上覆13-1煤層可抽瓦斯儲量及預測抽瓦斯率：
平均真厚度（m） 容重
（t/m3） 傾斜長
（m） 走向長
（m） 煤炭儲量
（t） 瓦斯含量（m3/t） 瓦斯儲量
（m3） 抽出率（%） 預計可抽出瓦斯（m3）
5.65 1.38 139 1205.5 1306500 13.84 18081960 39.8 7200000
根據統計及計算新集礦煤層瓦斯殘存量為1.69 m3/t，則13-1煤層可解吸瓦斯量為12.15 m3/t，由上表可知地麵鑽井抽出瓦斯量為5.51 m3/t。按“瓦斯抽采基本要求”及“防突細則”，該範圍煤層瓦斯可解吸含量降到8 m3/t，瓦斯抽放率大於30%，如按上所訴，該範圍13-1煤層能夠符合要求進行工作麵采掘作業。
（二）抽采的組織機構及管理
1、堅持落實瓦斯治理“十二字”方針，完善礦井“一
通三防”五大係統。
2、製定激勵政策，對完善通風係統的措施工程、保護層的開采以及瓦斯抽放及利用進行獎勵。
①每年公司根據實際情況給各礦下達瓦斯抽放量計劃。獎罰標準：計劃內每抽1m3瓦斯獎勵0.06元，超過計劃後每抽1m3瓦斯獎勵0.1元，按月考核兌現。對未完成公司下達瓦斯抽放計劃指標的單位罰款2萬元。
②每施工1m高位瓦斯抽放巷，公司返還礦2000元，用於抵消各礦成本。
③開采保護層同時采用穿層鑽孔預抽煤層瓦斯的，每噸煤補貼工資基金10元。
④為完善通風係統施工的專用通風巷道以及維修主要通風巷道，每米巷道公司分別補貼3000元和2000元。
⑤低濃度瓦斯發電每度獎勵0.05元。
3、嚴格執行“先抽後采”方針，優先開采保護層，加強煤層瓦斯預抽工作，以開采保護層和瓦斯抽放為重點，加大瓦斯抽放力度。
4、轉變思路，全麵加大瓦斯綜合治理投入（按國家規定銷售收入的4%提取安全技術措施費用，2005年就投入了3500萬元，2006年又投入1100萬元用於建立低濃度瓦斯發電站）；加強管理，確保瓦斯治理措施落實到位，力爭消滅瓦斯超限02manbetx.com 。
5、積極開展科研攻關，解決瓦斯抽采中的技術難題，不斷推廣應用新技術、新工藝。
6、進一步強化以安全生產責任製為核心的各項管理製度，落實“一通三防”及瓦斯抽采責任製，從嚴從細加強“一通三防”管理。
7、為了加強“一通三防”管理，加大瓦斯抽采的力度，公司為各配備了“一通三防”副礦長；公司及各礦總工程師對“一通三防”技術工作全麵負責；各礦設立了專門的抽排區，負責瓦斯抽排工作。
（三）、取得的效果
一礦、二礦及劉莊煤礦2002、2003、2004、2005、2006年瓦斯抽放總量為見下表。礦井瓦斯抽放率平均為20—40%。
近年來的瓦斯抽放情況表
礦別 2003年（萬m3） 2004年（萬m3） 2005年（萬m3） 2006年（萬m3）
新集一礦 48.4 83.6 205.7 1017.2
新集二礦 133.5 704.8 872.8 993.5
劉莊煤礦 0 0 0 101.0
合計 181.9 788.4 1078.5 2111.7
　　由上表可以看出，公司每年的瓦斯抽放量呈年上升，而且上升幅度很大。各礦的瓦斯超限的次數逐年下降。瓦斯抽放工作在新集礦區的安全中發揮巨大的作用。

二〇〇七年三月二十二日