淮南礦區近三年瓦斯治理與利用

淮南礦區近三年瓦斯治理與利用
淮南礦業集團公司

淮南礦區位於安徽省中北部，橫跨淮南和阜陽兩市。東西長約70km，南北寬約25km，麵積約1750km2。在2000m以淺，礦區保有和預測煤炭儲量501億t，瓦斯（煤層氣）儲量5928億m3。礦區現有13對生產礦井，生產能力5400萬t/a,均建有瓦斯抽采係統，瓦斯抽采能力3.0億m3/a，2007年抽采瓦斯1.9億m3，瓦斯抽采率46％。
礦區開采條件複雜，水、火、瓦斯、煤塵、頂板五大災害俱全。礦區煤層鬆軟，透氣性低，瓦斯含量大，瓦斯壓力高，主采煤層瓦斯含量一般為10～26 m3/t，瓦斯壓力為2～6.4MPa，煤層透氣性係數為0.01～0.008 m2/(MPa2·d)，屬於難以抽采的煤層。目前全礦區瓦斯湧出量已達853 m3/min，采煤工作麵瓦斯湧出量達到40～90 m3/min。
一、瓦斯治理理念
淮南礦區認真吸取瓦斯02manbetx.com 教訓，全麵開展瓦斯綜合治理，並通過瓦斯治理積極推進從傳統煤礦企業向以發展先進生產力、保護生命、保護資源、保護環境為特征的新型能源基地的轉型。在長期的瓦斯綜合治理過程中，淮南礦區提高認識、轉變觀念，從實踐入手，不斷提煉總結，形成瓦斯是害也是寶,瓦斯02manbetx.com 是可以預防和避免的,煤與瓦斯共采、治理與利用並重，高瓦斯礦井低瓦斯狀態下進行采掘活動，瓦斯治理戰略：可保盡保、應抽盡抽，瓦斯超限就是02manbetx.com ，瓦斯治本措施：高投入、高素質、強技術、嚴管理，通風係統是基礎，抽采是重點，防突是關鍵，監測監控是保障等瓦斯治理理念。
二、瓦斯綜合治理技術
煤礦瓦斯治理國家工程中心由淮南礦業（集團）有限責任公司和中國礦業大學聯合組建，工程中心具備本領域技術研發、成果轉化、產業化、技術輻射、人才培養、技術標準製定等主要功能。國家發改委明確了工程中心的主要任務：圍繞提高煤礦整體安全生產水平、增強瓦斯控製與防治的自主技術創新能力，跟蹤國內外相關技術發展動態，進行瓦斯地質保障技術、煤與瓦斯共采技術、礦井安全監測監控技術、瓦斯災害預警技術、煤礦瓦斯利用技術、煤礦救災技術等煤礦瓦斯治理領域的關鍵技術研究，不斷推出具有自主知識產權和市場競爭力的工程化技術；承接國家相關部門及企業委托的科研任務；消化吸收和集成創新引進的先進技術，並進行相關技術的成果轉化；建立煤礦瓦斯治理技術標準體係，加速相關技術的應用推廣，為相關行業與工程提供技術服務。
近年來，淮南礦區采取從理論研究出發，設計源頭入手，試驗研究再現、工程實踐檢驗的研究方法，依托國家工程中心開展了適應淮南礦區條件的瓦斯綜合治理和礦區安全高效開采關鍵技術攻關，建立了高倍安全係數的礦井安全生產係統、立體交叉抽采瓦斯技術體係、煤與瓦斯防治突出技術體係為代表的淮南礦區瓦斯綜合治理技術體係。
（一）煤與瓦斯突出防治技術體係
1.無煤柱連續開采防治瓦斯成套技術
保護層開采使用沿空留巷“Ｙ”形通風＋大角度上（下）穿層鑽孔抽采鄰近層卸壓瓦斯的配套治理瓦斯技術，成功實現了高瓦斯保護層無煤柱連續性開采，大大地提高了資源回收率,節省了掘進巷道及瓦斯治理專用巷道的費用,並從根本上消除了上隅角瓦斯積聚隱患,解決了傳統的保護層開采留設煤柱造成突出的問題,並為瓦斯抽采抽供了時間和空間，同時有效地改善了工作麵的作業環境，降低了工作麵粉塵濃度和溫度。
2.卸壓開采防突技術
根據煤層賦存和具體開采條件，研究並成功實踐了近水平煤層遠距離下卸壓層、傾斜煤層多重上卸壓層、急傾斜煤層卸壓層、超遠距離和薄煤層卸壓層等卸壓開采技術。
（1）近水平煤層遠距離下卸壓層開采。在被卸壓煤層底板布置巷道，通過施工鑽孔與被卸壓煤層卸壓瓦斯富集區連通，抽采被卸壓煤層瓦斯。采高1.8m的卸壓層開采後，經過抽采，層間距70m的被卸壓層透氣性增大2880倍，鑽孔抽采量增大160倍，瓦斯壓力降為0。
（2）傾斜煤層多重上卸壓層開采。在被卸壓煤層底板布置巷道，施工鑽孔與被卸壓煤層卸壓瓦斯富集區連通，抽采被卸壓煤層瓦斯。被卸壓層透氣性增大570倍，單孔抽采量增大40倍，完全消除了突出威脅。
（3）急傾斜煤層卸壓層開采。在被卸壓煤層底板布置巷道，施工鑽孔與被卸壓煤層卸壓瓦斯富集區連通，抽采被卸壓煤層瓦斯後，十分鬆軟的突出煤層，硬度顯著增大，“抽冒”、“淌漏”現象完全得到控製。
3.突出煤層順層鑽孔區域性消突技術
為解決卸壓層開采過程中的局部未卸壓塊段，以及不具備卸壓層開采條件的突出煤層工作麵綜放消突問題，加大了順層鑽孔抽采技術攻關。通過研究試驗風力排渣和能夠有效提高排渣能力的鑽機、具等，應用水力擴孔、下向孔深孔預裂爆破技術，順層鑽孔成孔深度由原來30～50m提高到150m以上，抽采率達到30％以上，滿足了工作麵回采區域預抽瓦斯消除突出危險性的要求。
4.防突預測預報指標體係
淮南礦區煤與瓦斯突出預測預報工作進行了15年，實踐中發現循環點預報結論可信度低、預報方法工藝上存有缺陷、突出危險性區劃方法不標準、區域防突措施效檢方法不規範、非突出煤層演變升級監測不力等不足，不能杜絕突出傷人02manbetx.com 。為找準適合淮南礦區突出特征條件的預測預報方法和指標，近年來開展了分區域性預測、工作麵預報、突出征兆預警3個層次的預測預報體係研究。主要內容包括建立采掘工作麵（包括井巷揭煤）突出預測預報敏感指標及其臨界值體係、突出煤層突出危險性程度區域劃分工作方法及指標體係、區域性防突措施（卸壓層開采、穿層鑽孔預抽、順層鑽孔預抽）消突效果考察指標體係和非突出煤層演變升級動態監測指標體係。
（二）立體交叉抽采瓦斯技術體係
1.頂板走向鑽孔抽采技術
在采煤工作麵上風巷每隔80～100m向頂板施工一個鑽場，在鑽場內施工6～10個鑽孔，終孔高度位於煤層頂板向上10～15m，距工作麵回風巷的水平距離為5～20m，扇形布置。頂板走向鑽孔抽采濃度一般在15%～45％，純量在5～18 m3/min。
2.穿層鑽孔預抽技術
在煤層底板開拓或分組集中岩巷內，沿走向每隔25～30m施工一個鑽場，布置一組穿層鑽孔，鑽孔穿透煤厚，孔底間距10～20m，預抽時間2～3年。抽采濃度一般在30％～70％，單孔純量在0.2～1 m3/min。該技術主要用於無保護層開采的突出煤層消突。
3.穿層鑽孔抽采卸壓瓦斯技術
一般配合卸壓層開采，施工穿層鑽孔攔截抽采被卸壓層卸壓瓦斯，終孔位置為進入鄰近被卸壓煤層頂板0.5m，鑽孔間距為20～40m。抽采濃度在40％～80％，純量在20～30 m3/min，最佳抽采範圍為隨卸壓層開采推進走向200～300m。
4.采空區埋管抽采技術
在工作麵上風巷單獨敷設抽采管路進行上隅角埋管抽采，埋管分為淺埋（3～5m）和深埋（20～40m）2種。上隅角充填垛采用編織袋裝填煤矸進行充填，主要用於控製高瓦斯工作麵上隅角瓦斯超限或積聚。
5.頂板專用瓦斯抽采巷抽采技術
在開采煤層頂板岩層或煤層中沿工作麵走向方向施工頂板專用瓦斯抽采巷，層位處於采空區裂隙帶內抽采高濃度瓦斯。一般用於瓦斯湧出量在30～70 m3/min的工作麵。
6.回風巷傾向鑽孔抽采技術
開采下卸壓層或工作麵上鄰近層瓦斯湧出量較大時可在回風巷向頂板施工傾向鑽孔，抽采被卸壓層或鄰近層瓦斯。鑽孔傾角40°～60°，終孔落在被卸壓層頂板或鄰近煤層頂板。封孔深度超過冒落帶並且不低於20m。
7.地麵鑽井抽采技術
開采卸壓層時，采用地麵鑽井抽采采動區卸壓瓦斯。鑽井一般布置在工作麵的中部，鑽井間距300m左右，單井流量5～18 m3/min，濃度50％～95％，單井抽放純瓦斯可達200萬m3以上。
采用地麵鑽井抽采采空區瓦斯時，鑽井一般布置在距工作麵回風巷30～50m左右，鑽井間距120m左右，單井抽采純量3～8 m3/min，抽采濃度30％～80％，單井抽放純瓦斯可達100萬m3。
8.順層鑽孔抽采技術
順層鑽孔通常是在開采煤層的機巷和風巷沿煤層傾斜方向施工順層傾向鑽孔，也可由采區上、下山、工作麵煤壁沿煤層走向施工水平鑽孔。順層長鑽孔瓦斯抽采主要解決消突問題和本煤層瓦斯湧出量大的工作麵。礦區實驗順層鑽孔深已達300m。
（三）高倍安全係數的礦井安全生產係統
礦井安全生產係統能力比設計規範能力提高2～4倍，做到裝備現代化、係統自動化、管理信息化。
1.礦井通風係統
堅持“大風量、大斷麵、雙回路”的方法，係統單機風量達到30000 m3/min以上，主要風道建立兩進兩回係統。采煤工作麵采用“一麵三巷”或“一麵四巷”，保證工作麵配風能力能達到3000 m3/min以上。長距離掘進采用高風壓、大功率對旋局部通風機和大直徑、高強度風筒，局部通風機功率達2×55kW，送風能力達3000m。
2.瓦斯抽采係統
每個礦井建立一套或多套地麵抽采係統，每套係統裝備4～6台單泵能力達500 m3/min的大流量抽采泵；抽采係統管路，幹管直徑不小於600mm，支管直徑不小於500mm，工作麵管路2～3趟，直徑不小於300mm；形成“多係統、大流量、多台泵，大管徑、多回路”的瓦斯抽采係統格局，係統實際抽采能力達設計規範要求能力的2～4倍。
3.供電係統
礦井的主變電所及井下各級變電所開關全部實現無油化，110kV開關全部采用SF6斷路器或GIS組合開關，35kV以下的開關全部采用真空斷路器，配套微機綜合保護裝置和計算機監控管理係統，實現無人值班。
（四）實施安全管理轉型，夯實瓦斯綜合治理的管理基礎
集團公司經理層已經實現安全生產技術管理體製一體化，明確由集團常務副總經理兼總工程師負責對集團安全、生產、技術統一管理，做到管生產的同時管安全、管技術，從體製上解決安全與生產之間協調統一問題。
加強瓦斯防治專業化隊伍建設。在抓好測氣員、安監員、放炮員建設和管理的同時，充實和加強防突員隊伍，增加人員，保證素質，提高待遇，實行準軍事化管理。加強專業化打鑽隊伍建設，所有穿層鑽孔和岩巷揭煤打鑽均由專業化隊伍負責施工。
實行防突工作精細化管理。堅持瓦斯治理“一礦一策”、“一麵一策”。製定礦區防突細則，實行防突預測預報、防突措施、效果檢驗和安全防護、突出區域劃分、突出敏感指標及其臨界值的確定等整個防突流程的精細化管理。製定瓦斯抽采管理細則，實行鑽孔設計、施工、驗收和瓦斯抽采、防突效果考察等流程的精細化管理。
三、瓦斯利用
隨著瓦斯抽采總量的增加，瓦斯利用和環境保護被提高到重要的議事日程，2002年集團公司提出“可保盡保，應抽盡抽，以抽促用，以用促抽”的戰略決策，把瓦斯作為一種能源來開采，變被動的瓦斯抽放為主動的瓦斯抽采。為此，集團公司組建了瓦斯利用分公司，開始了較大規模的瓦斯利用工程建設。目前，瓦斯利用主要用於民用燃氣、鍋爐改造、瓦斯發電、餘熱利用和CDM項目開發等方麵。
（一）民用燃氣
民用燃氣已建成11座儲配站，輸配能力23萬m3，敷設中壓管網33km，庭院入戶管網300km，能滿足10萬戶居民用氣。現有民用燃氣戶數已達41000餘戶。
(二)瓦斯發電
瓦斯發電建成總規模20632kW。其中：低濃6×500kW、進口德國、美國、奧地利等國瓦斯發電機9台，總裝機規模13232kW。目前正在籌建2座低濃度瓦斯發電站。
（三）鍋爐改造
工業燃煤鍋爐燃瓦斯氣改造全麵啟動，全集團公司現有瓦斯鍋爐9台，共28.5t/h，運轉良好。
（四）餘熱利用
在首個瓦斯發電站工程建設的同時，餘熱利用係統工程也同步建設，並與電站同時建成。其原理就是將發動機在發電過程中排出的高達550℃的煙氣回收利用，煙氣通過針式換熱器和板式交換器將熱能送至其它辦公場所和食堂、浴室。每台發電機組的餘熱利用相當於一台1t/h的燃煤熱水鍋爐。2個礦井的瓦斯發電、餘熱製冷返供井下降溫的熱電冷聯供項目正在建設。
（五）CDM項目開發
CDM即清潔發展機製，是指由發達國家提供資金或技術給發展中國家，用於溫室氣體減排。與英國可再生能源公司和煤炭信息研究院合作開發的第一個CDM項目已注冊成功，每年可減排10萬t的二氧化碳。此外，2個CDM項目已上網公布，另2個項目簽訂了正式協議。
四、效果
淮南礦區曆史上是瓦斯事故重災區，在20世紀80~90年代瓦斯事故造成的傷亡人數占礦區事故總人數的87％，對礦區安全生產發展和社會形象影響很大。
與10年以前相比，2007年瓦斯抽采量由1000萬m3提高到1.9億m3，礦井瓦斯抽采率由5％提高到46％；采煤工作麵個數由60個減少到33個，工作麵單產由25200t/月提高到79584t/月；瓦斯利用量由450萬m3增加到2200萬m3；百萬噸死亡率由4.01下降到0.18。
近年來，淮南礦業集團的瓦斯治理以抽采為主，風排、管理並重；防突攻堅，全麵推行卸壓開采等技術，探索並形成了複雜特困條件下高瓦斯煤層群瓦斯治理技術體係。礦區瓦斯抽采量每年以1000～3000萬m3的速度增加；瓦斯利用迅猛發展，大力開發民用燃氣、高（低）濃度瓦斯發電、瓦斯鍋爐和發電餘熱利用技術，建成了一批國際先進的瓦斯利用工程，民用燃氣用戶由1998年以前的3000餘戶發展到41000戶，瓦斯發電已建成總規模20632kW，改造瓦斯鍋爐28.5t/h。
淮南礦區的實踐表明，通過加強技術攻關能夠有效治理瓦斯災害，煤礦瓦斯資源可以變害為寶。隻有瓦斯治理與利用技術不斷突破，才能有效預防和避免瓦斯事故的發生，促進煤炭生產安全高效綠色開采，實現煤炭工業健康可持續發展。