加强瓦斯抽放是实现矿井高产高效

加强瓦斯抽放是实现矿井高产高效及安全生产的必由之路阳泉煤业（集团）有限责任公司阳泉煤业（集团）有限责任公司于1997年由阳泉矿务局（成立于1950年）改制而成，是具有五十年历史的老矿区，目前为全国最大的无烟煤生产加工企业，位居中国500强之列。建企五十多年来，公司历届领导和广大员工始终把治理瓦斯摆在安全生产“重中之重”的位置，牢固树立“安全第一、瓦斯为天”的思想，把搞好“一通三防”工作作为工作的重中之重，认真落实“先抽后采、监测监控、以风定产”的十二字方针，形成了集通风、抽放、监测为一体的通风瓦斯管理体系，建立了一整套行之有效的规章制度，走出了一条在高瓦斯矿井实现安全生产高产、高效的路子。一、阳煤集团生产概况：阳煤集团公司目前有9矿13对矿井，其中10对生产矿井，煤与瓦斯突出矿井4对、高瓦斯矿井5对，低瓦斯矿井1对。主采煤层3#、12#、15#，部分可采煤层6#、8#、9#，单一煤层采用综采，厚煤层采用综采放顶煤的回采方法，综合机械化程度100%。全公司绝对瓦斯涌出量高达1386.9m3/min，相对瓦斯涌2出量平均为22.07m3/t。风排瓦斯量660.45m3/min，抽放量726.45m3/min。公司从1974年开始装备瓦斯监测系统经过多年改造，初步形成了多功能瓦斯监测系统，同时我们实现了二级断电的后备保障技术。2003年实现了矿、集团公司、省局三级瓦斯监测联网。二、矿井瓦斯抽采：为了适应综采和综采放顶煤高产高效采煤工艺的发展几十年来，我公司研究发展并全面推广了多种邻近层瓦斯抽放技术，先后采取了Φ73㎜普通钻孔、加密钻孔、Φ200大直径钻孔等顶板穿层钻孔抽放，顶板岩石倾斜、走向和初采伪倾斜高抽的巷道抽放。通过采用上述抽放技术，钻孔抽放回采面邻近层瓦斯抽出率可达80%以上，巷道瓦斯抽出率可达90%以上。为了保证抽放效果，公司每年施工Φ73㎜钻孔1400m、Φ200㎜钻孔22000m、抽放用顶板专用岩石巷道15000m以上。瓦斯抽放系统经过多年努力，我公司井下瓦斯抽放管路系统正在形成“密钻孔、大直径、高抽巷、大管路”的抽放格局。目前，公司所有生产矿井全部建立了瓦斯抽放系统，全公司共建地面瓦斯抽放泵站8座，井下移动泵站5个，总装机容量6905KW，单机运行时的最大抽放能力达2954m3/分以上。共敷设抽放系统管路150千米；截止2006年底，全公司已累计抽放瓦斯41.55亿m3，仅2006年就达3到3.76亿m3，瓦斯抽放量占到矿井总涌出量的52.38%。（一）、矿区煤层赋存情况矿区共含煤16层，其中主采煤层3#、12#、15#，局部可采煤层6#、8#、9#，煤层倾角一般为5—10度。（具体煤层赋存情况见图一）各煤层均富含瓦斯，瓦斯含量在4.2m3/t—21.73m3/t之间，瓦斯压力在0.05—2.3MPa之间。所采煤层的透气性能很低，3#煤层的透气系数仅为0.017m2/MPa2·d，百米钻孔自然瓦斯涌出量0.004m3/min（﹤0.1）属低透气性煤层且有煤与瓦斯突出危险性。（二）、瓦斯抽采方式：1、邻近层抽放方式根据煤层赋存情况，在全部的3#、12#煤工作面及局部可采的6#、8#、9#煤层普遍采用钻孔法抽放瓦斯，即采用钻机向上邻近层打大直径顶板穿层钻孔进行瓦斯抽放。15#煤综采放顶煤工作面一般采用顶板巷道抽放方式抽放瓦斯。1）钻孔抽放3#、12#煤层工作面及局部可采的6#、8#、9#煤层一般采用U＋L的通风方式。回采工作面与专用瓦斯排放巷有一定的宽度，一般15米左右，抽放瓦斯的钻场布置在与回风巷相邻的专用瓦斯排放巷内，由该巷按垂直于巷道走向方向向开采工作面顶板打钻，按照采后煤层顶板移动规律，终孔位置4一般打在裂隙带内。顶板穿层钻孔抽放瓦斯效果的好坏，关图一阳泉矿区煤系地层综合地质柱状图键是顶板穿层钻孔终孔的空间位置应处在采后破坏裂隙带5的边缘。在有隔离煤柱开采的工作面打钻时，钻孔仰角受煤柱宽度和上邻近层高度的限制，钻孔下部还不能受到冒落带的破坏，一般要求钻孔出煤柱伸向工作面高度距开采层不小于10m。钻孔打完封孔后在专用瓦斯排放巷接Φ380mm瓦斯管路与地面抽放系统相连，也可接井下移动抽放系统进行瓦斯抽放。为避免抽放钻孔中的泥岩遇水膨胀造成堵孔，一般在泥岩层部位用套管进行加固，并且在套管壁均匀打孔，使其既能加固钻孔壁又能使县衙瓦斯通过，阻止泥岩堵塞钻孔，造成钻孔不起作用。我公司从1957年就开始进行上邻近层瓦斯抽放试验以来，在3#、6#、8#、9#、12#煤层都进行了大规模的试验和推广应用，邻近层瓦斯抽出率达到60—70%以上。我们现在应用的瓦斯抽放钻孔深度60米，间距不大于50米，仰角35°—55°，孔径Φ200mm，在距切巷20米范围内要布置1—2对初采高低孔以解决工作面初采期间的瓦斯涌出，由于大直径（Φ200mm）钻机的应用，并且大直径（Φ200mm）抽放钻孔的抽放效果已接近岩石高抽巷的抽放效果且成本较低廉，施工工期短，近几年已进行了普遍应用，经试验分析对比，大直径（Φ200mm）抽放钻孔抽放上邻近层的抽放瓦斯效果好、费用低，完全可以取代密集小直径钻孔，在钻孔布置参数合理的情况下也可取代顶板岩石走向高抽巷。现在Φ73mm的钻孔在我公司已经应用很少了。6如图：图二图二钻孔布置图2）、顶板岩石走向高抽巷抽放方式：根据煤层赋存情况，15#煤层平均厚度在6米以上，从采区回风巷开口，在工作面顶板预计裂隙带内先沿回采工作面走向打一条贯穿工作面走向的专用抽放瓦斯巷道。巷道垂距一般应处在等拌顶板裂隙带的中上部即65米左右，高抽巷的水平投影距回风巷一般为60米，高抽巷的抽出率在80—90%，最大抽放量可达80m3/min以上，一般在40—60m3/min之间。走向高抽巷初次抽出瓦斯一般在工作面回采到距切巷28米左右，大量抽出瓦斯在38米左右，我们把顶板走向高抽巷与后高抽巷贯通，利用走向高抽巷进行抽放来解决工作面初采期间的瓦斯涌出，大大缩短了高抽巷初次抽出瓦斯的距离，降低了工作面初采期间的瓦斯超限次数。如图：图三7图三3）布置初采伪倾斜高抽巷解决综放面初采瓦斯采用一条小断面斜巷，将工作面上隅角与走向高抽巷尾部连通，使初采期上邻近层瓦斯在高抽巷的抽放负压作用下即时排出。称该斜巷为：初采伪倾斜高抽巷。其关键是，要布置在顶板初始冒落的边缘带上，使之随顶板的冒落自下而8上逐段报废，使抽放负压点随之上移，瓦斯抽放浓度逐渐升高，直至顶板冒裂高度与高抽巷连通，渡过初采期。具体布置见图四图四综采放顶煤工作面初采伪倾斜高抽巷布置图为了适应综采和综采放顶煤高产高效采煤工艺的发展，几十年来，我公司研究发展并全面推广了多种邻近层瓦斯抽放技术，先后采取了Φ73mm普通钻孔、加密钻孔、Φ200mm大直径钻孔等顶板穿层钻孔抽放，顶板岩石倾斜、走向和中低位后高抽的巷道抽放，目前正进行用Φ200mm顶板岩石水平千米钻孔替代走向高抽巷的试验，以期在满足抽放要求前提下，降低巷道成本。通过采用上述抽放技术，钻孔抽放回9采面邻近层瓦斯抽出率可达80%以上，巷道抽放抽出率可达90%以上。为了保证抽放效果，公司每年施工Φ73mm钻孔17500米、Φ200mm钻孔6000米、抽放巷道5000米以上，为集团公司的高产高效起到了保障作用。钻孔抽放与走向高抽巷比较：钻孔抽放钻孔孔径较小，抽放不连续，单个钻孔服务时间短，呈梯次依次进行。抽放量较小，单孔抽放量平均为20m3/min，适用于产量不超过150万吨的综采工作面。走向高抽巷断面一般在4—5m2，比钻孔断面大得多，并且是连续不断的进行抽放，服务时间长，瓦斯抽放量较大，适用于厚煤层且产量在400万以上的综放工作面应用。2、本煤层瓦斯预抽方式：根据国家关于煤矿“先抽后采、监测监控、以风定产”的瓦斯治理十二字方针，为了大幅度降低瓦斯超限对安全生产的威胁，集团公司决定对本煤层瓦斯实施强制预抽。所有3#、8#煤层的回采工作面、五矿420水平15#煤、石港15#煤以及开元9#煤层的回采工作面，均必须进行本煤层瓦斯预抽。今后凡未按规定进新本煤层打钻预抽瓦斯的回采工作面一律不得生产，不予验收。1）本煤层预抽布置方式：本煤层瓦斯预抽钻孔在回风顺槽内与巷道垂直方向，向工作面打钻，孔径不小于100mm，布置方式分平行布置和扇形布置两种，平行布置按间距不大于5米垂直于顺槽布置，选用单侧布孔时，钻孔深度小于采10长15—20米。若采用双侧布孔时，钻孔深度应大于工作面采长（中部要重叠15—20米）。如图五、图六专用排放瓦斯巷图五本煤层预抽钻孔单侧布置示意图图六本煤层预抽钻孔双侧布置示意图2）有突出危险的3#煤层掘进工作面预抽钻孔采用向巷道两侧施工耳状钻场，在每个钻场内沿煤层向前（平行于巷道方向或内交方向）施工钻孔2—4个，钻孔深度一般为50回风巷20m进风巷11—80米，钻场间距一般为40—70米。对巷道两侧及前方煤体进行抽放。如图七图七掘进预抽钻布置示意图3）本煤层瓦斯钻孔施工设备为保证本煤层瓦斯钻孔施工，我集团公司大量购置了德国产EH1400、P75型号钻机，和煤科总院西安分院研制生产了ZDY4000L型履带钻机等设备。4）本煤层瓦斯抽放在生产采区建立永久移动泵站，在工作面专门增设一趟瓦斯管路与本煤层瓦斯抽放钻孔连通，通过采用井下移动泵利用高负压对瓦斯钻孔进行瓦斯预抽。总之，阳煤集团通过多年大规模的试验研究和探索，在钻孔抽放上邻近层瓦斯成功的基础上，又创造性地试验并推12广了顶板岩石高抽巷抽放邻近层瓦斯技术和布置初采伪倾斜高抽巷解决综放面初采瓦斯技术，取得了巨大的成功，顶板穿层钻孔和顶板走向高抽巷抽放上邻近层瓦斯抽出率稳定在55%以上，密集钻孔抽放邻近层瓦斯抽出率最高可达83%，顶板走向高抽巷抽放邻近层瓦斯以达90%以上，彻底解决了我集团公司高瓦斯矿井邻近层瓦斯涌出对高产高效生产的制约，而布置初采伪倾斜高抽巷解决综放面初采瓦斯技术研究成功，彻底解决了综放工作面瓦斯超限的难题。随着我集团公司本煤层瓦斯抽放技术的逐渐成熟，本煤层瓦斯抽放已全面在全集团公司范围推广，并纳入了各级干部的考核项目之中。通过50多年的努力我公司已形成了“大钻孔、高抽巷、初采伪倾斜高抽巷、大管路加本煤层钻孔抽放”的抽放格局，为治理矿井瓦斯打下了坚实的基础。阳煤集团原煤产量从1950年建企时的81.07万吨，增加到2006年的3181.23万吨，增长了39倍；瓦斯事故从最高时1952年（未进行抽放）的年死亡14人、瓦斯事故占同期煤炭生产死亡总人数的70%，下降至2006年（瓦斯综合治理、全面进行抽放）年瓦斯死亡人数为0。瓦斯研究和治理取得了明显的安全、经济和社会效益。三、瓦斯抽采的组织机构、管理及激励机制：集团公司对瓦斯预抽在组织机构、人员等方面都进行了13具体规定，集团公司通风部增设了防突科，各矿（公司）通风区增设分管防突和瓦斯抽放的副职：抽放队增设了1—2名跟班副队长，负责瓦斯预抽管理及防突措施落实工作，实行专业化管理，确保瓦斯预抽工作的完成。打钻施工队伍采用专业和兼职施工相结合，集团公司共增加从事瓦斯预抽人员431人，专业打钻人员入井补贴及班中餐按井下一线待遇。集团公司为促进瓦斯预抽工作的落实，提高基层单位积极性，制定了激励政策。1）对完成预抽钻孔累计计划的矿，公司对当月钻孔工程量按每米10元给予材料费补贴，超额部分回采按每米钻孔8元、掘进钻孔按每米4元进行奖励。对完不成计划指标的矿不进行奖励，并按计划完成百分比下浮每米钻孔材料补贴单价作为结算单价。2）对预抽瓦斯量按百米钻孔0.05m3/min为基数测定，对完成计划的矿，每抽1m3纯瓦斯按0.01元进行奖励；超计划，超过部分每抽1m3纯瓦斯增加奖励0.02元。对完不成计划的矿，进行对等处罚。集团公司同时对本煤层预抽瓦斯设备的配置及费用进行了划分：所有预抽设备及材料费用均由集团公司、矿安全费用支出，集团公司负责钻机、瓦斯泵、瓦斯预抽计量仪器费用；矿负责管路、钻杆及其它配件材料等费用。共增加瓦斯预抽设备即各类钻机，移动瓦斯抽放泵，压风机，各类计14量仪表等设备191台（套）及抽放管路，各类阀门，钻杆和其它配件材料等。2