貴州水城礦業(yè)(集團)有限責任公司--構(gòu)建“立體抽采”系統(tǒng)實現(xiàn)礦區(qū)瓦斯源頭治理

1、構(gòu)建“立體抽采”系統(tǒng)實現(xiàn)礦區(qū)瓦斯源頭治理貴州水城礦業(yè)（集團）有限責任公司一、企業(yè)概況水城礦業(yè)（集團）有限責任公司現(xiàn)有8對生產(chǎn)礦井，除1對礦井為高瓦斯礦井外，其余都是煤與瓦斯突出礦井。設計生產(chǎn)能力1071萬t/a，核定生產(chǎn)能力1031萬t/a，核定通風能力1351萬t/a，2007年生產(chǎn)原煤801萬t。 水城礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復雜，大小斷層發(fā)育、煤層賦成條件較差，給開采布局、瓦斯治理、頂板管理造成困難；含煤地層為二疊系上統(tǒng)宣威組和龍?zhí)督M，礦井開采深度大，目前開采深度在300800m之間；煤層瓦斯含量高，為1525 m3/t，主采煤層絕大部分是突出煤層并且是自燃煤層，煤塵具有爆炸危險性。近年來，隨著礦井

2、開采深度的增加，礦山壓力越來越大，瓦斯涌出量逐年上升，煤與瓦斯突出危險性不斷增大。歷史上曾發(fā)生過79次煤與瓦斯突出動力現(xiàn)象，18次瓦斯爆炸事故，12次瓦斯燃燒事故，14次瓦斯窒息事故，瓦斯災害治理的任務十分繁重。二、構(gòu)建“立體抽采”系統(tǒng)，實現(xiàn)瓦斯源頭治理（一）提前用專用巖石巷道打穿層鉆孔抽采瓦斯在煤層開采之前，首先在煤層的下部或上部巖層（或瓦斯含量小的煤層）中開掘抽采瓦斯專用巷道，巷道長度與煤層開采走向長度基本相同，在抽采瓦斯專用巷道內(nèi)每隔30m布置一個抽采鉆場，在鉆場內(nèi)施工穿層抽采鉆孔到開采煤層進行抽采（圖1）。抽采鉆孔在煤層內(nèi)成網(wǎng)格布置，鉆孔長度80120m，鉆孔終孔間距10m左右。每個鉆

3、場布置2432個鉆孔，抽采濃度2040，抽采負壓在1518kPa，抽采純瓦斯流量在0.50.8 m3/min，抽采時間達到1年以上。圖1 大河邊煤礦S1376底板專用抽采巷道布置示意圖（二）本煤層順層鉆孔先抽后采（掘）掘進工作面掘進前，通常在工作面向前方施工5個直徑為65mm、長度為80100m的順層抽采鉆孔對掘進巷道前方煤體中的瓦斯進行抽采。同時，在掘進工作面巷道兩幫布置鉆場向掘進前方煤體施工鉆孔，鉆場間距為30m。在每個鉆場內(nèi)向工作面掘進方向施工5個直徑為65mm、長度為6070m的鉆孔對掘進工作面前方煤體的瓦斯進行抽采（圖2），抽采時間通常在1個月左右。圖2 大灣煤礦111110運輸巷掘

4、進工作面抽采鉆孔布置示意圖采煤工作面生產(chǎn)前，在工作面進、回風巷分別沿煤層施工抽采鉆孔，鉆孔通常是扇形（圖3）和平行布置（圖4），鉆場間距為2030m，每個鉆場施工1014個鉆孔，鉆孔終孔間距35m，鉆孔長度為80100m。在工作面回采前預先對本煤層瓦斯進行抽采，預抽時間為36個月左右，并且在回采過程中繼續(xù)對未回采煤體瓦斯進行抽采。圖3 汪家寨煤礦P41102回采工作面本煤層扇形鉆孔布置示意圖圖4 大灣煤礦111108回采工作面平行抽采鉆孔布置示意圖圖5 大灣煤礦111108回采工作面高位巷抽采示意圖（三）高位專用巷道抽采瓦斯在采煤工作面煤層頂板上方平行于回風巷道施工一條高位巷，通過高位巷抽采鄰

5、近煤層涌出到采空區(qū)的瓦斯（圖5）。高位巷布置在工作面垮落后形成的裂隙區(qū)內(nèi)，高位巷一般處于煤層頂板上方1520m，距工作面回風巷內(nèi)側(cè)約20m處。此方法能將鄰近煤層涌出到采空區(qū)瓦斯的60以上抽出，抽采的瓦斯量較大。（四）高位鉆孔抽采瓦斯采煤工作面生產(chǎn)前，在采煤工作面的回風巷內(nèi)每隔60m施工一個高位鉆場，通過鉆場向工作面上方施工一組810個鉆孔，鉆孔成扇形布置（圖6），鉆孔位于工作面上方2030m范圍內(nèi)的裂隙帶內(nèi)，鉆孔長度為6080m。該抽采方法的抽采原理與高位巷相同。圖6 大灣煤礦111106回采工作面高位抽采鉆孔布置示意圖（五）采煤工作面運輸巷底板鉆孔攔截抽采采煤工作面生產(chǎn)前，在采煤工作面的運輸

6、巷內(nèi)每隔50m施工一個鉆場，通過鉆場向工作面采空區(qū)后方施工一組810個鉆孔，鉆孔與運輸巷水平角3060，終孔在開采層與第一下鄰近煤層之間的巖層內(nèi)，鉆孔長度為80120m（圖7），能有效攔截下鄰近煤層因采動影響產(chǎn)生裂隙而向上涌出的瓦斯。圖7 汪家寨煤礦采面底板鉆孔攔截抽采示意圖（六）采空區(qū)抽采對于正在回采的采煤工作面，在工作面回風巷內(nèi)預先將瓦斯管道埋進工作面采空區(qū)，在瓦斯管道上每隔3050m安設一個“T”形網(wǎng)管（圖8）或利用瓦斯尾巷在生產(chǎn)時對采空區(qū)的瓦斯進行抽采。另外，對于已回采完封閉的老空區(qū)，通過預先埋進老空區(qū)的瓦斯管道對老空區(qū)內(nèi)的瓦斯進行抽采。圖8 那羅寨煤礦2119回采工作面采空區(qū)T型網(wǎng)管

7、抽采示意圖（七）優(yōu)先開采保護層，實施先抽后采,實現(xiàn)區(qū)域治理瓦斯為了有效實施區(qū)域治理瓦斯，集團公司嚴格執(zhí)行優(yōu)先開采保護層和實施先抽后采的區(qū)域治理措施，充分認識到開采保護層不僅是有效治理瓦斯，也是防止煤與瓦斯突出最有效的措施。同時，集團公司提出了瓦斯抽采必須構(gòu)建先抽后采的巷道系統(tǒng)，在煤層開采之前通過專用抽采巷道施工鉆孔提前對煤層瓦斯進行預抽，開采后也能通過專用抽采巷道的鉆孔繼續(xù)對采空區(qū)瓦斯進行抽采。逐步取消采煤工作面埋管開放式抽采瓦斯方式，全面向鉆孔封閉式抽采瓦斯方式進行轉(zhuǎn)變，從而使治理措施實現(xiàn)以區(qū)域措施為主，逐步取消生產(chǎn)過程中工作面的局部措施，全面向區(qū)域措施轉(zhuǎn)變。（八）加大石門揭煤瓦斯抽采和管理

8、力度石門揭煤前采取抽采瓦斯防突措施時，必須對揭開煤層位置及前方揭煤區(qū)域的煤體瓦斯進行充分抽采，加大石門揭煤及突出煤層掘進工作面構(gòu)造帶的瓦斯預抽控制范圍，瓦斯預抽控制范圍為煤層上山方向、走向方向控制巷道輪廓線外20m，煤層下山方向控制巷道輪廓線外10m。揭開煤層后在煤巷內(nèi)再向煤層走向和傾向的上方50m、下方30m范圍進行抽采。從石門揭煤前的安全巖柱開始，到揭開煤層并進入煤層頂(底)板垂距5m均為揭煤區(qū)域。當揭煤工程超過揭煤區(qū)域時，還必須經(jīng)礦總工程師組織有關部門經(jīng)過地質(zhì)資料和現(xiàn)場分析，符合規(guī)定后下達揭煤工程結(jié)束的書面通知。 （九）進一步加強地質(zhì)預報工作和巷道支護堅持“逢掘必探，先探后掘”的原則，在

9、未分析清楚前方地質(zhì)構(gòu)造情況下不允許進行采掘作業(yè)。堅持采掘工作面每半月一次的全面地質(zhì)預報工作。突出煤層采掘工作面加強巷道支護。石門揭煤及突出煤層掘進工作面構(gòu)造帶，對巷道支護根據(jù)頂板構(gòu)造特點進行充分研究設計，確保巷道支護的牢固可靠。（十）進一步開展瓦斯綜合治理的科學技術(shù)研究與煤炭科學研究總院重慶研究分院合作，對各礦井開展煤層瓦斯賦存規(guī)律和瓦斯綜合治理技術(shù)研究。通過研究，掌握礦井瓦斯賦存規(guī)律，編制動態(tài)礦井瓦斯地質(zhì)圖，提高瓦斯綜合治理科學技術(shù)水平。（十一）完善通風系統(tǒng)，夯實瓦斯綜合治理基礎近年來，集團公司加大對通風系統(tǒng)的改造力度，將主要通風機均改造為BDK系列防爆軸流對旋式通風機，通過修復改造通風巷道

10、，優(yōu)化了通風系統(tǒng)，降低了礦井通風阻力；煤巷、半煤巖巷掘進工作面安裝雙風機雙電源供風供電系統(tǒng)和風機自動調(diào)速裝置。通過改造，礦井通風系統(tǒng)運行更加穩(wěn)定、合理、可靠，主要通風機效率提高1530個百分點，礦井總風量和通風能力均得到大幅度提高，供風量滿足礦井安全生產(chǎn)需要，并有20以上的富裕量，礦井通風能力遠大于實際生產(chǎn)能力，掘進工作面無計劃停風和排放瓦斯次數(shù)減少30以上。（十二）提高安全監(jiān)測監(jiān)控水平，構(gòu)筑瓦斯事故防線集團公司所有礦井均裝備完善了安全監(jiān)控系統(tǒng)，按規(guī)定裝備完善各類傳感器，班組長以上管理人員佩帶便攜式瓦斯自動檢測報警儀。各礦井的安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了公司內(nèi)部聯(lián)網(wǎng)，并實現(xiàn)了瓦斯超限時分級向有關管理

11、人員手機發(fā)送信息，初步構(gòu)建了“一通三防”安全的信息平臺。通過監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，將井下各工作地點的瓦斯?jié)舛群屯L安全裝備運行狀況實時傳送到礦井和集團公司各級領導及管理部門辦公室，各級管理人員根據(jù)生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場的瓦斯?jié)舛茸兓?，及時、準確地指揮井下的通風、瓦斯管理工作。當井下工作地點瓦斯?jié)舛瘸藓?，系統(tǒng)自動向各級管理人員手機發(fā)送瓦斯?jié)舛瘸迶?shù)值的信息，管理人員不管身在何處，都能及時知道井下工作地點瓦斯?jié)舛瘸迶?shù)值，及時指揮采取措施進行處理。礦井通風安全監(jiān)控特別是對井下瓦斯的監(jiān)測監(jiān)控做到了專職瓦檢員、安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)、管理人員配帶便攜式瓦檢儀這樣一個點、線、面相結(jié)合的良好局面。三、高投入、嚴管理，強化機構(gòu)建

12、設近幾年來，水礦集團公司始終把瓦斯治理作為一項重要工作來抓，緊緊圍繞煤礦瓦斯防治是“生命工程”的主題；認真貫徹落實“先抽后采、監(jiān)測監(jiān)控、以風定產(chǎn)”的瓦斯治理“十二字”方針；突出瓦斯綜合治理關鍵點，認真采取“可保盡保、應抽盡抽、先抽后采”的瓦斯治理措施；積極落實“高投入、嚴管理、強技術(shù)、重利用”的瓦斯治理理念，全面開展煤礦瓦斯綜合治理工作。（一）瓦斯治理組織機構(gòu)建設情況集團公司成立了以總經(jīng)理為組長的瓦斯治理工作領導小組，下設7個瓦斯治理工作組，在集團公司瓦斯治理工作領導小組的統(tǒng)一領導下，派駐到所屬各礦井開展瓦斯治理的督促和指導工作。各礦井也相應成立了以礦長為組長的瓦斯治理工作領導小組，規(guī)定了礦井

13、各級管理人員在瓦斯治理工作方面的具體責任。圖9 水礦集團公司瓦斯治理機構(gòu)圖從瓦斯防治的實際情況出發(fā)，加強機構(gòu)隊伍建設和管理。集團公司總部設立通風管理部，專門負責“一通三防”技術(shù)業(yè)務管理工作。各礦井都設立了通風部門，并設置了專職通風副總工程師和地測副總工程師，有6對礦井設立了瓦斯抽采工區(qū)，有2對礦井在通風工區(qū)內(nèi)設立了瓦斯抽采隊，專門負責煤礦瓦斯抽采治理工作（圖9）。（二）制定完善瓦斯綜合治理規(guī)章制度和獎罰政策為保障瓦斯綜合治理各項工作的落實，集團公司根據(jù)煤礦安全規(guī)程和上級的有關規(guī)定，結(jié)合自身實際，由集團公司總工程師組織編制完善了一系列瓦斯綜合治理規(guī)章制度。制定完善的管理制度有瓦斯治理管理制度、瓦

14、斯抽放管理制度、關于進一步加強防突管理的補充規(guī)定、預防“一通三防”重大生產(chǎn)安全隱患有關規(guī)定、貫徹落實煤礦瓦斯綜合治理“十二字方針”實施細則、突出煤層采掘工作面防突監(jiān)督控制管理制度等。制定完善的獎罰政策有瓦斯綜合治理獎罰辦法和瓦斯超限責任追究制度。瓦斯綜合治理獎罰辦法規(guī)定，集團公司對各礦井通過鉆孔預抽煤體瓦斯的封閉式抽采瓦斯量按0.05元/ m3進行獎勵，開放式抽采瓦斯量按0.02元/ m3進行獎勵；開采保護層按2元/ m2進行獎勵；對采掘工作面從開始生產(chǎn)到工程結(jié)束未發(fā)生瓦斯超限現(xiàn)象的掘進工作面按20元/m進行獎勵，回采工作面按0.3元/ m2進行獎勵。對瓦斯抽采專用巷補助50的工程費用。同時對

15、瓦斯治理效果不好(如出現(xiàn)瓦斯超限、發(fā)生煤與瓦斯突出等)的礦井進行了罰款。瓦斯超限責任追究制度明確了“瓦斯超限就是事故”的思想。該制度規(guī)定礦井一旦出現(xiàn)瓦斯超限現(xiàn)象，不管什么原因，必須當成事故由集團公司對礦井副礦級以上管理人員進行責任追究，根據(jù)造成瓦斯超限的原因，對其相應管理人員進行處罰。（三）加大瓦斯綜合治理的資金投入近年來，水礦集團加大安全投入，利用國債安全技術(shù)改造資金和企業(yè)煤炭安全生產(chǎn)費用資金投入超過5億元，其中80以上用于改造完善礦井通風系統(tǒng)、瓦斯抽采系統(tǒng)、安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)、防治煤與瓦斯突出等瓦斯治理方面的工程。從2006年起，每年提取噸煤20元的安全生產(chǎn)費用主要用于瓦斯綜合治理工程。四、

16、積極探索，以用促抽，充分利用瓦斯資源（一）瓦斯利用現(xiàn)狀水城礦區(qū)目前共建有4套民用瓦斯利用系統(tǒng)，民用瓦斯用戶10000余戶；有6座瓦斯發(fā)電站，共裝備發(fā)電機組36臺，總裝機功率18MW。2007年利用瓦斯量5068萬m3，抽采瓦斯利用率為31.2。其中民用瓦斯量906萬m3，瓦斯發(fā)電利用瓦斯量4162萬m3，發(fā)電量6983萬kWh。（二）積極探索利用低濃度瓦斯發(fā)電的技術(shù)途徑集團公司與發(fā)電機組生產(chǎn)廠家合作對發(fā)電機組進行技術(shù)改造，并采用輸送管道細水霧化等安全措施輸送瓦斯，使抽采的瓦斯?jié)舛仍?以上均可進行發(fā)電，為提高瓦斯利用量和利用率創(chuàng)造了條件。低濃度瓦斯發(fā)電技術(shù)的實施，大幅度提高了瓦斯利用量和利用率，

17、與原來的民用瓦斯和高濃度瓦斯發(fā)電相比，瓦斯利用量增加了3393萬m3，利用率提高了1.8倍，取得了十分顯著的效果。五、瓦斯綜合治理取得的成效經(jīng)過近幾年的努力，水礦集團公司通過加大瓦斯綜合治理安全投入，實施改造工程，使礦井瓦斯抽采能力、抽采量、抽采率都有了較大的提高（圖10圖13）。通過強化瓦斯綜合治理，2005年以來礦井瓦斯超限現(xiàn)象逐年減少20以上。到2007年抽采瓦斯量1.6238億m3，平均抽采率54.2，分別比2001年增加了2.9倍和1.1倍。2001年，瓦斯利用只是民用，利用瓦斯量只有827萬m3；到2007年利用瓦斯不但民用用戶增加到10000余戶，還建立了6座瓦斯發(fā)電站，利用瓦斯量5068萬m3，比2001年增加了5.1倍，達到了以用促抽、以抽促用的良性循環(huán)。圖10 歷年瓦斯抽采量對比圖（單位：萬m3）圖11 歷年瓦斯利用量對比圖(單位：萬m3)圖12 歷年抽采率對比圖(單位： )圖13 歷年利用率對比圖（單位： ）通過嚴格執(zhí)行瓦斯治理管理規(guī)定、獎罰制度和實施開采保護層、先抽后采、加大安全投入等綜合瓦斯治理措施，使礦井瓦斯綜合治理工作逐步達到從“單一抽采”到“立體綜合抽采”的轉(zhuǎn)變，從“局部措