阳煤集团瓦斯治理实践与展望_图文.doc

★专题论坛煤层气开发与利用★ 阳煤集团瓦斯治理实践与展望 张爱科 山西阳泉煤业集团有限责任公司,山西省阳泉市,045000 摘 要 阳煤集团是全国瓦斯涌出量最大的矿区之一。该文对阳煤集团瓦斯治理技术进行了总结,介绍了该公司研究并全面推广应用的“UL”、“UI”采面通风系统及其配套的大直径穿层钻孔、走向高抽巷等上邻近层瓦斯抽采技术,最后简介了阳煤集团针对煤与瓦斯突出进一步增强的趋势制定的瓦斯治理规划。 关键词 瓦斯治理 通风方式 瓦斯抽放 技术研究 综述 阳煤集团 中图分类号 TD712 文献标识码 B Mine gas control in Yangquan Coal G rouppractice and prospects Zhang Aike Yangquan Coal Group Co Lt d,Yangquan,Shanxi Province450000,China Abstract This paper is act ually a technical report on mine gas cont rol in Yangquan Coal Gro up,one of highly gassy coal mines in t his country.In t his paper,t he“UL“and“UI“ face ventilation systems and t heir auxiliary technologies such as large-diameter drill-hole pene2 t rating multiple strata and gas-drainage drift opened in coal seam roof layer along coal seam st rike.Finally,t his paper p resent s a brief introduction to t he“Mine Gas Cont rol Scheme“as countermeasures prepared by Yangquan Coal Group to encounter t he worsening coal/gas out burst sit uatio n in t he f ut ure. K ey w ords gas cont rol,mode of ventilation,gas ext raction,technical st udy,overview, Yangquan Coal Gro up 阳泉煤业集团公司现有6个生产矿,10对生产矿井,2008年核定生产能力3822万t,在10对生产矿井中,煤与瓦斯突出矿井4对,高瓦斯矿井6对,自然发火矿井6对。另有2007年建成已进入试生产的左权石港公司、寿阳平舒公司和新元矿一期3对矿井,矿井生产能力为480万t/a。全公司相对瓦斯涌出量平均为2912m3/t,绝对瓦斯涌出量为1580168m3/min含抽放,矿井平均抽放率5217,再加上水、火、煤尘、顶板等自然灾害,阳煤集团是全国瓦斯涌出量最大、自然灾害最严重的矿区之一。 阳泉矿区瓦斯含量大,涌出量大,治理难度大。开采煤层瓦斯含量在1417521173m3/t。目前,全公司生产和试生产矿井均为高瓦斯矿井或煤与瓦斯突出矿井。随着矿井开采深度的加深和产量的提高,矿井瓦斯涌出量也越来越大,煤与瓦斯突出的趋势增大。因此,只有加强瓦斯治理的技术研究,方可实现煤矿安全生产。 1 阳煤集团瓦斯治理历程 111 通风瓦斯治理技术发展 阳煤集团自建立至今,围绕着回采工艺的变革,通风瓦斯治理技术也在不断进步。企业建立之初,回采面采用长壁式炮采工艺,通风采用了最简单的一进一回“U”型通风系统。之后专门进行了瓦斯治理技术的研究,开展了邻近层穿层钻孔瓦斯抽采试验,1957年初步取得成功,随后在局部瓦斯涌出量大的工作面推广应用。 上世纪70年代,企业开始推广长壁式综采工艺,回采面瓦斯涌出量也成倍增加,根据这一情 况,阳煤集团又开展了技术攻关,在长壁式综采工作面采用一进两回“U L ”型通风系统加“邻近层穿层钻孔瓦斯抽采技术”,使得通风系统排放瓦斯能力大幅提高。满足了综采工艺安全和高产高效需要。到1996年,以一进两回“U L ”型通风系统加“大直径200mm 邻近层穿层钻孔瓦斯抽采技术”为核心的技术见图1及配套的管理制度,使得阳煤集团在瓦斯治理技术方面走在了全国前列。 随着采煤技术的进步,上世纪90年代,开始推广长壁式综采放顶煤工艺。推广之初,仍然采用 了成熟的一进两回 “U L ”型通风系统,先后试验了“邻近层穿层钻孔”、“倾斜高抽巷道”、“走向高抽巷道”等瓦斯抽采技术,终因煤层自然发火特性而失败,造成5个综放工作面被迫封闭。但阳煤人没有放弃,再次选择了技术攻关,经过努力,以一进两回“U I ”型通风系统加“走向高抽巷道瓦斯抽采”为核心的瓦斯治理技术终于问世见图2,并在综放工作面得到推广应用。该技术也获得2005年国家科技进步二等奖煤炭行业最高奖,达到世界领先水平。 112 通风瓦斯治理现状 目前,公司采煤工作面采用“一进两回”通风系统,风量一般在1500m 3/min ,为低瓦斯矿井采煤工作面风量的2倍以上,巷道布置增加了一条,即专用排瓦斯巷。 公司掘进工作面一般为“双巷掘进”,风量为1500m 3/min 。相应的主要巷道断面大,主要通风 机装机容量大,施工风井数目多,导致通风工程、设备、消耗投入增大。目前集团公司生产矿井包括寺家庄,不含联营技改矿共安装主通风机58台,装机功率110460kW ,运行29台,风量3416万m 3/min 。 近年来,根据国家抽采标准,高瓦斯及突出煤层均必须进行瓦斯抽采,公司组织推广本煤层预抽。目前地面抽放泵站安装的和在建的抽放泵共64台,装机功率22062kW ,另有井下移动泵约34 台;2008年各类本煤层钻机110台,2009年计划增加101台和邻近层钻机、钻杆等备件;2009年新增主抽放管路314万m ,更换主管路2105万m 。年施工走向高抽巷115万m ,本煤层抽放钻孔180万m ,邻近层抽放钻孔513万m ,2009年须施工瓦斯管路巷5209m 。 从2007年开始,回采面本煤层瓦斯预抽按照“高起点、正规化、规范化”原则进行运作,预抽范围扩展至寺家庄15煤、平舒公司8煤、新元公司3煤以及开元9煤层的回采工作面。规定集团公司范围内所有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。2008年回采面预抽时间不得低于3个月、2009年不得低于6个月。凡未按规定进行本煤层打钻预抽的回采面一律不得生产。 对于掘进面,要积极扩大高压注水及超前抽放防突等技术的试验研究,对于突出煤层及预计瓦斯涌出量超出5m 3/min 的掘进工作面,要采取以高压注水试验为主、以煤层瓦斯预抽为辅的防治煤与瓦斯突出及治理瓦斯措施。 113 阳煤集团预抽煤层瓦斯目前采用的钻孔布置 阳煤集团预抽煤层瓦斯目前主要采用顺层钻孔预抽回采区域煤层瓦斯和顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯两种方式。11311 顺层钻孔预抽回采区域煤层瓦斯钻孔布置回采区域顺层钻孔按间距不大于5m 垂直于顺槽布置,根据钻机钻进能力与施工条件又有单侧、双侧两种布孔方式。 1单侧钻孔布置方式如图3所示,钻孔采用德国EH1400型液压钻机,其钻孔孔径115mm 、深160m ,效果较好 。 2回采区域顺层双侧钻孔布置如图4所示, 施工采用ZD Y -4000L 型液压钻机或ZY -3200L 型煤矿用履带自移式坑道全液压钻机,其钻孔孔径153mm 、深度100m 中间重叠1520m 左右、螺旋钻杆排粉,效果较好。11312 掘进煤巷条带顺层钻孔布置 据钻机钻进能力与施工条件又有单巷、三巷“耳状”和一巷超前掩护相邻近巷道3种布孔方式。 突出危险煤层掘进面预抽钻孔采用向巷道两侧施工钻场俗称“耳状”钻场、在每个钻场和巷 道内沿煤层向巷道前方平行或斜交于巷道方向 及其周边保护区域顺层钻孔,对掘进巷道前方及两侧煤体实行预抽。采用ZY -1250L 型液压钻机或ZY -1200L 型煤矿用履带自移式坑道全液压钻机、 钻孔孔径94mm 、深度6080m 左右、螺旋钻杆排粉,效果较好。 1单巷掘进时钻孔布置方式如图5所示 。 图5 掘进煤巷单巷条带“耳状”顺层钻孔布置图 2双巷或三巷掘进时钻孔布置方式如图6所 示 。 图6 掘进煤巷条带三巷“耳状”顺层钻孔布置图 3多巷平行掘进时煤巷条带顺层钻孔则采用 综合布置方式,即一巷掘进采用“耳状”钻场布置方式超前掘进,在巷道内垂直向相邻近巷道待掘区域施工顺层钻孔预抽瓦斯,布置方式如图7所示 。 图7 掘进煤巷条带一巷超前掩护相邻近巷道 顺层钻孔布置图 所有钻孔施工完毕,立即封孔,封孔深度不低于5m ,并与地面永久泵站或井下移动泵连接实行本煤层瓦斯预抽。 2008年实际施工本煤层钻孔180万m ,抽采本煤层瓦斯4000万m 3,抽采邻近层瓦斯416亿m 3,超额完成了年度计划。全公司瓦斯超 限次数降低3/4。随着抽采队伍专业化、管理规范化、预抽时间延长至6个月,预抽效果进一步提 高,本煤层抽放钻孔的装备水平达到国内领先水平。 截至2008年底,全公司含试生产、基建矿井已累计抽采瓦斯51亿m3,2005到2008年每年抽采量分别为312亿m3、3176亿m3、4144亿m3本煤层抽采011023亿m3、510126亿m3。 2 存在问题 阳煤集团高突矿井比率为100,7处高瓦斯矿井中有4处局部按突出矿井管理,占到矿井总数的72173。截至2009年6月底,共发生煤与瓦斯突出1976次,2007年以来每年平均20次,是全国瓦斯突出频率最高的矿区之一。 随着阳煤集团跨越式发展和联合兼并步伐的加快,老矿和新建矿井开采深度逐步增加,煤与瓦斯突出趋势进一步增强。阳泉矿区煤层的低透气性仍是制约本煤层瓦斯抽采效果的一大难题。采取区域性防突措施保护层开采,以解放突出煤层已成为现实需要和法规的强制要求。 另外,防治煤与瓦斯突出工作又是一大难题。该难题不解决,阳煤集团扩展空间将受到严重制约,并将面临巨大的投资、安全风险。 3 阳煤集团今后发展 2009年全国煤矿瓦斯防治工作会后,阳煤集团制定了未来瓦斯治理规划。争取通过3年的强势治理,基本解决瓦斯制约安全生产的主要问题,进入全国瓦斯治理先进行列。 311 规划方案 1加大通风能力。新建矿井风量富余系数不小于210,生产技改矿井不小于115,工作面配风充足,通风系统合理稳定。 2万吨瓦斯超限次数按照每年降低50的目标进行组织和考核。 3合理调整采掘部署、规划实施保护层开采、井下千米钻机进行区段煤体预抽等区域防突措施,大幅度超前、增加抽放工程量,提高本煤层抽出率,实现抽采达标。矿井抽出率达到AQ1026标准指标,争取到2012年本煤层瓦斯预抽量翻一番。 4突出煤层应抽尽抽,做到不掘突出头、不采突出面,消除采掘作业过程中煤与瓦斯突出事故。312 规划可采用的预抽方式 1保护层开采。保护层开采分下、上保护层两类。先采非突出煤层,利用采动活动对邻近煤岩的松动、卸压作用,使得被保护突出煤层透气性系数增大,再对其进行瓦斯预抽。 2千米钻机钻孔方式。顺层钻孔区段预抽瓦斯,利用千米钻机可定向、钻孔深度大的特点,钻孔穿透12个工作面及其配套工作面巷道保护区域,超前预抽未卸压瓦斯。 煤巷条带掘进顺层千米钻机钻孔布置方式,对工作面巷道前方及其保护区域施工顺层钻孔,超前预抽未卸压瓦斯。 3岩巷超前掩护保护煤巷工作面巷道钻孔布置方式。在距突出煤层一定距离的底板先掘进一条岩巷,在岩巷内向待掘煤层巷道位置及其周边规定区域施工钻孔预抽瓦斯。可推广采用区域为一矿,对暂未实现保护层开采、无千米钻机或千米钻机不适宜打钻软煤等情况,也有借鉴作用。 4地面穿层钻孔预抽方式。在地面以300m 间距布置穿层钻孔至待采掘煤层,超前7年以上预抽煤层瓦斯。可推广采用区域为煤层透气性较好、衔接期限较长且地面具备施工条件的矿井。 通过上述瓦斯治理措施的实施,真正为阳煤集团发展筑牢根基,实现“强煤强化、五年千亿”的宏伟目标。 参考文献 [1]阳泉矿务局等1煤矿抽放瓦斯[M]1阳泉煤炭工业出版社,1977 [2]任洞天1煤矿通风与安全[M]1大同煤炭工业出版社,1993 [3]包剑影等1阳泉煤矿瓦斯治理技术[M]1阳泉煤炭工业出版社,1996 [4]李宝玉等1阳泉高瓦斯易燃煤层高产高效综放面瓦斯综合治理技术研究与应用[M]1阳泉阳泉煤业集团有效责任公司,2004 [5]王刚1煤矿地下开采[M]1徐州中国矿业大学出版社,1989 作者简介张爱科1964-,男,1983年8月参加工作,大学学历,现任阳泉煤业集团有限责任公司通风部副部长,通风工程师、安全注册工程师、经济师。从1983年开始,致力于煤矿开采、矿井通风与瓦斯治理技术研究及安全管理工作,参加过多个相关内容的研究项目。 责任编辑 张毅玲