淮南矿区近三年瓦斯治理与利用.doc

淮南矿区近三年瓦斯治理与利用 淮南矿业集团公司 淮南矿区位于安徽省中北部，横跨淮南和阜阳两市。东西长约70km，南北宽约25km，面积约1750km2。在2000m以浅，矿区保有和预测煤炭储量501亿t，瓦斯（煤层气）储量5928亿m3。矿区现有13对生产矿井，生产能力5400万t/a,均建有瓦斯抽采系统，瓦斯抽采能力3.0亿m3/a，2007年抽采瓦斯1.9亿m3，瓦斯抽采率46％。 矿区开采条件复杂，水、火、瓦斯、煤尘、顶板五大灾害俱全。矿区煤层松软，透气性低，瓦斯含量大，瓦斯压力高，主采煤层瓦斯含量一般为10～26 m3/t，瓦斯压力为2～6.4MPa，煤层透气性系数为0.01～0.008 m2/MPa2d，属于难以抽采的煤层。目前全矿区瓦斯涌出量已达853 m3/min，采煤工作面瓦斯涌出量达到40～90 m3/min。 一、瓦斯治理理念 淮南矿区认真吸取瓦斯事故教训，全面开展瓦斯综合治理，并通过瓦斯治理积极推进从传统煤矿企业向以发展先进生产力、保护生命、保护资源、保护环境为特征的新型能源基地的转型。在长期的瓦斯综合治理过程中，淮南矿区提高认识、转变观念，从实践入手，不断提炼总结，形成瓦斯是害也是宝,瓦斯事故是可以预防和避免的,煤与瓦斯共采、治理与利用并重，高瓦斯矿井低瓦斯状态下进行采掘活动，瓦斯治理战略可保尽保、应抽尽抽，瓦斯超限就是事故，瓦斯治本措施高投入、高素质、强技术、严管理，通风系统是基础，抽采是重点，防突是关键，监测监控是保障等瓦斯治理理念。 二、瓦斯综合治理技术 煤矿瓦斯治理国家工程中心由淮南矿业（集团）有限责任公司和中国矿业大学联合组建，工程中心具备本领域技术研发、成果转化、产业化、技术辐射、人才培养、技术标准制定等主要功能。国家发改委明确了工程中心的主要任务围绕提高煤矿整体安全生产水平、增强瓦斯控制与防治的自主技术创新能力，跟踪国内外相关技术发展动态，进行瓦斯地质保障技术、煤与瓦斯共采技术、矿井安全监测监控技术、瓦斯灾害预警技术、煤矿瓦斯利用技术、煤矿救灾技术等煤矿瓦斯治理领域的关键技术研究，不断推出具有自主知识产权和市场竞争力的工程化技术；承接国家相关部门及企业委托的科研任务；消化吸收和集成创新引进的先进技术，并进行相关技术的成果转化；建立煤矿瓦斯治理技术标准体系，加速相关技术的应用推广，为相关行业与工程提供技术服务。 近年来，淮南矿区采取从理论研究出发，设计源头入手，试验研究再现、工程实践检验的研究方法，依托国家工程中心开展了适应淮南矿区条件的瓦斯综合治理和矿区安全高效开采关键技术攻关，建立了高倍安全系数的矿井安全生产系统、立体交叉抽采瓦斯技术体系、煤与瓦斯防治突出技术体系为代表的淮南矿区瓦斯综合治理技术体系。 （一）煤与瓦斯突出防治技术体系 1.无煤柱连续开采防治瓦斯成套技术 保护层开采使用沿空留巷“Ｙ”形通风＋大角度上（下）穿层钻孔抽采邻近层卸压瓦斯的配套治理瓦斯技术，成功实现了高瓦斯保护层无煤柱连续性开采，大大地提高了资源回收率,节省了掘进巷道及瓦斯治理专用巷道的费用,并从根本上消除了上隅角瓦斯积聚隐患,解决了传统的保护层开采留设煤柱造成突出的问题,并为瓦斯抽采抽供了时间和空间，同时有效地改善了工作面的作业环境，降低了工作面粉尘浓度和温度。 2.卸压开采防突技术 根据煤层赋存和具体开采条件，研究并成功实践了近水平煤层远距离下卸压层、倾斜煤层多重上卸压层、急倾斜煤层卸压层、超远距离和薄煤层卸压层等卸压开采技术。 （1）近水平煤层远距离下卸压层开采。在被卸压煤层底板布置巷道，通过施工钻孔与被卸压煤层卸压瓦斯富集区连通，抽采被卸压煤层瓦斯。采高1.8m的卸压层开采后，经过抽采，层间距70m的被卸压层透气性增大2880倍，钻孔抽采量增大160倍，瓦斯压力降为0。 （2）倾斜煤层多重上卸压层开采。在被卸压煤层底板布置巷道，施工钻孔与被卸压煤层卸压瓦斯富集区连通，抽采被卸压煤层瓦斯。被卸压层透气性增大570倍，单孔抽采量增大40倍，完全消除了突出威胁。 （3）急倾斜煤层卸压层开采。在被卸压煤层底板布置巷道，施工钻孔与被卸压煤层卸压瓦斯富集区连通，抽采被卸压煤层瓦斯后，十分松软的突出煤层，硬度显著增大，“抽冒”、“淌漏”现象完全得到控制。 3.突出煤层顺层钻孔区域性消突技术 为解决卸压层开采过程中的局部未卸压块段，以及不具备卸压层开采条件的突出煤层工作面综放消突问题，加大了顺层钻孔抽采技术攻关。通过研究试验风力排渣和能够有效提高排渣能力的钻机、具等，应用水力扩孔、下向孔深孔预裂爆破技术，顺层钻孔成孔深度由原来30～50m提高到150m以上，抽采率达到30％以上，满足了工作面回采区域预抽瓦斯消除突出危险性的要求。 4.防突预测预报指标体系 淮南矿区煤与瓦斯突出预测预报工作进行了15年，实践中发现循环点预报结论可信度低、预报方法工艺上存有缺陷、突出危险性区划方法不标准、区域防突措施效检方法不规范、非突出煤层演变升级监测不力等不足，不能杜绝突出伤人事故。为找准适合淮南矿区突出特征条件的预测预报方法和指标，近年来开展了分区域性预测、工作面预报、突出征兆预警3个层次的预测预报体系研究。主要内容包括建立采掘工作面（包括井巷揭煤）突出预测预报敏感指标及其临界值体系、突出煤层突出危险性程度区域划分工作方法及指标体系、区域性防突措施（卸压层开采、穿层钻孔预抽、顺层钻孔预抽）消突效果考察指标体系和非突出煤层演变升级动态监测指标体系。 （二）立体交叉抽采瓦斯技术体系 1.顶板走向钻孔抽采技术 在采煤工作面上风巷每隔80～100m向顶板施工一个钻场，在钻场内施工6～10个钻孔，终孔高度位于煤层顶板向上10～15m，距工作面回风巷的水平距离为5～20m，扇形布置。顶板走向钻孔抽采浓度一般在15～45％，纯量在5～18 m3/min。 2.穿层钻孔预抽技术 在煤层底板开拓或分组集中岩巷内，沿走向每隔25～30m施工一个钻场，布置一组穿层钻孔，钻孔穿透煤厚，孔底间距10～20m，预抽时间2～3年。抽采浓度一般在30％～70％，单孔纯量在0.2～1 m3/min。该技术主要用于无保护层开采的突出煤层消突。 3.穿层钻孔抽采卸压瓦斯技术 一般配合卸压层开采，施工穿层钻孔拦截抽采被卸压层卸压瓦斯，终孔位置为进入邻近被卸压煤层顶板0.5m，钻孔间距为20～40m。抽采浓度在40％～80％，纯量在20～30 m3/min，最佳抽采范围为随卸压层开采推进走向200～300m。 4.采空区埋管抽采技术 在工作面上风巷单独敷设抽采管路进行上隅角埋管抽采，埋管分为浅埋（3～5m）和深埋（20～40m）2种。上隅角充填垛采用编织袋装填煤矸进行充填，主要用于控制高瓦斯工作面上隅角瓦斯超限或积聚。 5.顶板专用瓦斯抽采巷抽采技术 在开采煤层顶板岩层或煤层中沿工作面走向方向施工顶板专用瓦斯抽采巷，层位处于采空区裂隙带内抽采高浓度瓦斯。一般用于瓦斯涌出量在30～70 m3/min的工作面。 6.回风巷倾向钻孔抽采技术 开采下卸压层或工作面上邻近层瓦斯涌出量较大时可在回风巷向顶板施工倾向钻孔，抽采被卸压层或邻近层瓦斯。钻孔倾角40～60，终孔落在被卸压层顶板或邻近煤层顶板。封孔深度超过冒落带并且不低于20m。 7.地面钻井抽采技术 开采卸压层时，采用地面钻井抽采采动区卸压瓦斯。钻井一般布置在工作面的中部，钻井间距300m左右，单井流量5～18 m3/min，浓度50％～95％，单井抽放纯瓦斯可达200万m3以上。 采用地面钻井抽采采空区瓦斯时，钻井一般布置在距工作面回风巷30～50m左右，钻井间距120m左右，单井抽采纯量3～8 m3/min，抽采浓度30％～80％，单井抽放纯瓦斯可达100万m3。 8.顺层钻孔抽采技术 顺层钻孔通常是在开采煤层的机巷和风巷沿煤层倾斜方向施工顺层倾向钻孔，也可由采区上、下山、工作面煤壁沿煤层走向施工水平钻孔。顺层长钻孔瓦斯抽采主要解决消突问题和本煤层瓦斯涌出量大的工作面。矿区实验顺层钻孔深已达300m。 （三）高倍安全系数的矿井安全生产系统 矿井安全生产系统能力比设计规范能力提高2～4倍，做到装备现代化、系统自动化、管理信息化。 1.矿井通风系统 坚持“大风量、大断面、双回路”的方法，系统单机风量达到30000 m3/min以上，主要风道建立两进两回系统。采煤工作面采用“一面三巷”或“一面四巷”，保证工作面配风能力能达到3000 m3/min以上。长距离掘进采用高风压、大功率对旋局部通风机和大直径、高强度风筒，局部通风机功率达255kW，送风能力达3000m。 2.瓦斯抽采系统 每个矿井建立一套或多套地面抽采系统，每套系统装备4～6台单泵能力达500 m3/min的大流量抽采泵；抽采系统管路，干管直径不小于600mm，支管直径不小于500mm，工作面管路2～3趟，直径不小于300mm；形成“多系统、大流量、多台泵，大管径、多回路”的瓦斯抽采系统格局，系统实际抽采能力达设计规范要求能力的2～4倍。 3.供电系统 矿井的主变电所及井下各级变电所开关全部实现无油化，110kV开关全部采用SF6断路器或GIS组合开关，35kV以下的开关全部采用真空断路器，配套微机综合保护装置和计算机监控管理系统，实现无人值班。 （四）实施安全管理转型，夯实瓦斯综合治理的管理基础 集团公司经理层已经实现安全生产技术管理体制一体化，明确由集团常务副总经理兼总工程师负责对集团安全、生产、技术统一管理，做到管生产的同时管安全、管技术，从体制上解决安全与生产之间协调统一问题。 加强瓦斯防治专业化队伍建设。在抓好测气员、安监员、放炮员建设和管理的同时，充实和加强防突员队伍，增加人员，保证素质，提高待遇，实行准军事化管理。加强专业化打钻队伍建设，所有穿层钻孔和岩巷揭煤打钻均由专业化队伍负责施工。 实行防突工作精细化管理。坚持瓦斯治理“一矿一策”、“一面一策”。制定矿区防突细则，实行防突预测预报、防突措施、效果检验和安全防护、突出区域划分、突出敏感指标及其临界值的确定等整个防突流程的精细化管理。制定瓦斯抽采管理细则，实行钻孔设计、施工、验收和瓦斯抽采、防突效果考察等流程的精细化管理。 三、瓦斯利用 随着瓦斯抽采总量的增加，瓦斯利用和环境保护被提高到重要的议事日程，2002年集团公司提出“可保尽保，应抽尽抽，以抽促用，以用促抽”的战略决策，把瓦斯作为一种能源来开采，变被动的瓦斯抽放为主动的瓦斯抽采。为此，集团公司组建了瓦斯利用分公司，开始了较大规模的瓦斯利用工程建设。目前，瓦斯利用主要用于民用燃气、锅炉改造、瓦斯发电、余热利用和CDM项目开发等方面。 （一）民用燃气 民用燃气已建成11座储配站，输配能力23万m3，敷设中压管网33km，庭院入户管网300km，能满足10万户居民用气。现有民用燃气户数已达41000余户。 二瓦斯发电 瓦斯发电建成总规模20632kW。其中低浓6500kW、进口德国、美国、奥地利等国瓦斯发电机9台，总装机规模13232kW。目前正在筹建2座低浓度瓦斯发电站。 （三）锅炉改造 工业燃煤锅炉燃瓦斯气改造全面启动，全集团公司现有瓦斯锅炉9台，共28.5t/h，运转良好。 （四）余热利用 在首个瓦斯发电站工程建设的同时，余热利用系统工程也同步建设，并与电站同时建成。其原理就是将发动机在发电过程中排出的高达550℃的烟气回收利用，烟气通过针式换热器和板式交换器将热能送至其它办公场所和食堂、浴室。每台发电机组的余热利用相当于一台1t/h的燃煤热水锅炉。2个矿井的瓦斯发电、余热制冷返供井下降温的热电冷联供项目正在建设。 （五）CDM项目开发 CDM即清洁发展机制，是指由发达国家提供资金或技术给发展中国家，用于温室气体减排。与英国可再生能源公司和煤炭信息研究院合作开发的第一个CDM项目已注册成功，每年可减排10万t的二氧化碳。此外，2个CDM项目已上网公布，另2个项目签订了正式协议。 四、效果 淮南矿区历史上是瓦斯事故重灾区，在20世纪8090年代瓦斯事故造成的伤亡人数占矿区事故总人数的87％，对矿区安全生产发展和社会形象影响很大。 与10年以前相比，2007年瓦斯抽采量由1000万m3提高到1.9亿m3，矿井瓦斯抽采率由5％提高到46％；采煤工作面个数由60个减少到33个，工作面单产由25200t/月提高到79584t/月；瓦斯利用量由450万m3增加到2200万m3；百万吨死亡率由4.01下降到0.18。 近年来，淮南矿业集团的瓦斯治理以抽采为主，风排、管理并重；防突攻坚，全面推行卸压开采等技术，探索并形成了复杂特困条件下高瓦斯煤层群瓦斯治理技术体系。矿区瓦斯抽采量每年以1000～3000万m3的速度增加；瓦斯利用迅猛发展，大力开发民用燃气、高（低）浓度瓦斯发电、瓦斯锅炉和发电余热利用技术，建成了一批国际先进的瓦斯利用工程，民用燃气用户由1998年以前的3000余户发展到41000户，瓦斯发电已建成总规模20632kW，改造瓦斯锅炉28.5t/h。 淮南矿区的实践表明，通过加强技术攻关能够有效治理瓦斯灾害，煤矿瓦斯资源可以变害为宝。只有瓦斯治理与利用技术不断突破，才能有效预防和避免瓦斯事故的发生，促进煤炭生产安全高效绿色开采，实现煤炭工业健康可持续发展。 9