可保尽保应抽尽抽.doc

可保尽保 应抽尽抽 不断推进先抽后采的瓦斯治本战略 淮南矿业（集团）有限责任公司 2007年4月10日 一、矿区概况 淮南矿区是我国高瓦斯、低透气性煤层群、煤岩松软、地质条件特别复杂的典型矿区。国家批准开发煤炭资源量285亿吨，估算瓦斯资源量5928亿m3。煤层瓦斯含量高（12～26m3/t）、埋藏深（-300～-1500 m）、表土层厚（200～600 m）、极松软（f 0.2～0.8）、透气性低（λ0.0011m2/MPa2.d）、瓦斯压力大（Pmax6MPa）。现有9对生产矿井均为煤与瓦斯突出矿井，瓦斯绝对涌出量820m3/min，相对瓦斯涌出量15 m3/t，预计2010年瓦斯涌出量达1500 m3/min。矿区地质构造复杂，生产矿井已探明落差3m以上断层2970条。矿区开采煤层8～15层，多组高瓦斯煤层群开采。 1998年以前，矿区瓦斯事故频繁发生，生产效率低下。瓦斯抽采效果极差，年均抽采量520万m3，矿井平均抽采率3。在1987～1997的10年间，发生特别重大瓦斯爆炸事故5起，死亡293人。其中在1997年11月份的两周时间内发生2起特别重大瓦斯爆炸事故，死亡133人，被称为瓦斯事故重灾区。 1998年以来,我们高度重视瓦斯抽采工作,瓦斯抽采量逐年提高。2003年为1.3亿m3，超过了1961～1997年37年的总和，2006年增加到1.73亿m3，年平均抽采率由九十年代初的5增加到现在的45（如图1所示），逐步实现了由风排为主向抽排为主的战略转移。 控制了重特大瓦斯爆炸事故，甩掉了瓦斯事故重灾区的帽子。2006年原煤产量增加到3383万吨，百万吨死亡率由4.01下降到0.18，工作面单产由2.4万吨提高到8万吨，综采工作面最高单产达380万吨。 图1 淮南矿区瓦斯抽采量统计图 二、统一思想，形成先进的抽采瓦斯理念 （一）可保尽保，应抽尽抽，先抽后采 1997年开始，历时10年，统一“瓦斯不治，局无宁日”思想认识，以“瓦斯超限就是事故”为切入点，确立“先抽后采，抽采治本，综合治理”技术原则，瓦斯抽采技术取得突破性进展。在实施“可保尽保，应抽尽抽”治理战略的过程中，形成瓦斯治理理念二十种，其中瓦斯抽采理念五条。 1、瓦斯治理战略可保尽保、应抽尽抽、先抽后采 2、以风定产、以抽定产 3、变抽放为抽采 4、煤与瓦斯共采，治理与利用并重 5、高瓦斯矿井低瓦斯状态下进行采掘活动 （二）高投入、重利用，以用促抽 自2005年起，集团公司吨煤安全投入30元，其中瓦斯治理15元，主要用于瓦斯抽采与利用。瓦斯抽采系统基本完善，瓦斯利用初具规模。2006年集团公司实行瓦斯抽采与利用激励政策。每抽采1立方米奖励0.1元，每利用1立方米另增加奖励0.2元。 1998年以来，集团公司逐步为各矿建立地面永久系统，并且对三分之二以上矿井进行多次改、扩建，共建有16套地面永久抽采系统，共装备抽采泵42台，装机功率9200KW，装机抽采能力达6400m3/min；井下移动抽放泵共使用106台，装机功率5000KW，装机抽采能力为2800m3/min；在用抽采管路34万米；在籍抽采钻机302台，实际使用156台，平均钻机效率960m/月.台。 到2006年底，集团公司共有民用瓦斯用户38000户，共建成了5座3万m3和5座1万m3瓦斯储气罐,总储气能力20万m3;敷设中压管网33km，低压及庭院入户管网300km，具有满足10万户居民同时用气的储配能力 ；改造瓦斯锅炉9台，共28.5吨；瓦斯发电建成装机总规模32000kW，其中低浓发电机组3000kW；建立了相当于4台1吨的燃煤热水锅炉的余热利用，可供28000m2面积的办公楼冬季采暖；5个矿井签订了CDM项目协议。 三、注重技术创新，形成具有淮南煤矿特色的瓦斯抽采技术 在国家煤矿安全监察局、科学技术部、国家发展改革委等部门和省政府有关部门的指导和大力支持下，我们针对淮南矿区先抽后采技术难题开展了技术攻关，联合产学研，经过多年的辛勤探索，特别是经过“十五”和“十一五”国家科技攻关课题的研究实施，逐步成熟了适合淮南煤矿特色的“保护层开采抽采技术”、“地面钻井抽采技术”、“采煤工作面瓦斯抽采技术” 等具有淮南矿区特色的瓦斯抽采新技术。 1、保护层开采抽采技术 矿区研究并成功实践了“近水平煤层远距离下保护层开采抽采技术”、“倾斜煤层多重上保护层开采抽采技术”、“急倾斜煤层保护层开采抽采技术”等，逐步形成保护层开采抽采技术体系。成功实现上向卸压距离达150m，下向多重卸压距离达100m，通过开采卸压抽采瓦斯，层间距50倍采高的上向被卸压煤层透气性增加两千多倍、下向被卸压煤层透气性增加近千倍，抽采后煤体卸压收缩，煤层硬度增大近10倍，突破了传统开采卸压距离不大于30倍采高的卸压保护开采理论。 （1）近水平煤层远距离下保护层开采抽采技术 通过开采下部煤层上向卸压，提高被卸压煤层的透气性，同时布置瓦斯抽采工程抽采瓦斯，实现距离70m、相对层间距3550倍的上部被卸压煤层先抽后采，如图2所示。 技术关键开采远程下保护层上向卸压，低抽巷网格式钻孔抽采瓦斯。 应用效果被保护层13-1煤层透气性增大2880倍，钻孔抽采量由0.1m3/min提高到1.6m3/min以上，增大160倍，煤层瓦斯压力由2.3MPa降至O。1个走向1000m，面长200m左右的保护层工作面，抽采被保护层瓦斯量达1000万m3左右。 图2 潘一矿2121（3）通风系统及钻场布置示意图 （2）倾斜煤层多重上保护层开采防突技术 通过多次开采上部煤层群下向卸压，提高下部煤层的透气性，同时布置瓦斯抽采工程抽采被卸压煤层瓦斯，实现下部高瓦斯突出煤层先抽后采，如图3所示。 技术关键高瓦斯煤层群开采上保护层下向卸压，低抽巷上向网格式钻孔抽采瓦斯。 应用效果多重开采B8、B7a、B7b 保护层，突出煤层B6、B4透气性增大570倍，单孔抽采量增大40倍。消除突出威胁，解决B8煤层回采瓦斯治理问题。保护层工作面单产提高33，突出煤层掘进单进由30m/月提高到90m/月。 图3 新庄孜矿B4、B7、B8煤层瓦斯压力钻孔 （3）急倾斜煤层保护层开采抽采技术 通过开采急倾斜煤层平行卸压，同时布置瓦斯抽采工程抽采被卸压煤层瓦斯，实现被卸压煤层先抽后采，如图4所示。 技术关键急倾斜煤层开采保护层卸压，低抽巷网格式钻孔抽采瓦斯。 应用效果煤层硬度增大，避免了采掘“抽冒”、“淌漏”现象。 图4 李二矿煤层赋存及穿层钻孔布置示意图 2、采煤工作面面瓦斯抽采技术 （1）开采煤层顶板高位钻孔或巷道抽采技术 煤层倾向 瓦斯抽采钻孔 抽采管路 顶板抽采钻场 上风巷 工作面 图5 潘三矿17413顶板高位钻孔或巷道法抽采瓦斯示意图 从上风巷沿走向在煤层顶板向采空区上方施工巷道或钻孔，抽采采空区顶板裂隙或冒落空间内积存的高浓度瓦斯，如图5所示。减少采空区瓦斯向工作面涌入，控制上隅角瓦斯积聚。根据数值模拟、相似材料试验和现场探测证明瓦斯富集区即顶板抽采口最佳位置，以上风巷为界，垂直煤层顶板向上8～25m，倾斜方向0～30m最佳抽采区域。 顶板抽采是淮南矿区“边抽边采”主导方法，应用单项技术抽采率达25～50。 （2）上隅角埋管或插管抽采技术 在工作面上风巷单独敷设一路8″以上的抽采管路，采用移动泵进行上隅角埋管抽采。埋管分为浅埋（3～5m）和深埋（20～40m）两种。上隅角充填垛采用编织袋装填煤矸进行充填。 浅埋抽采时抽采浓度为2～5，纯量0.5～1.5 m3/min；深埋抽采时抽采浓度为5～15，纯量2～6 m3/min。 3、地面钻井抽采瓦斯技术 （1）地面钻井抽采采动区和采空区瓦斯 开采11-2下保护层，采用地面钻井抽采上覆的13-1煤层松动区域瓦斯。下保护层收作后，继续抽采其卸压瓦斯，被保护层回采，抽采采空区瓦斯。如图6所示。 2002年，第一口地面钻井试验抽采采动区、采空区瓦斯在潘一矿2352（1）和2322（3）取得成功。随后潘一、潘三的地面钻井全部获得成功。 抽采效果第一口井日平均抽出瓦斯14943m3，最高22190m3/d，共抽出瓦斯1225207m3。实测单井抽采有效影响半径211m。正常条件下，抽采浓度95左右。淮南矿区已经应用地面钻井20口，其中潘三矿14102（1）地面钻井单井平均抽采量达15 m3/min，潘一矿2361（1）地面钻井单井平均抽采量达18.2m3/min。 （2） 地面钻井抽采采空区瓦斯 谢一矿5111C15保护层，从地面施工直径Φ311mm、深687.1m、终孔位于C15煤层顶板4m的钻井，试验采空区抽采瓦斯。 图6 地面钻孔结构示意图 应用效果 2005年3月22日进行抽采，3月31日工作面采至钻井位置，负压500mmHg、抽采浓度30～35、纯量3～4.5m3/min。 四、理念创新是关键、投入是保障、创新是动力 1、理念创新是关键 1998年以后，我们认真吸取事故教训，开始在矿区进行大规模的安全整治，全面启动瓦斯综合治理工程，坚持从技术源头抓起，构架瓦斯抽采与利用理念和思路。 1998～2000年为第一阶段。提出了瓦斯治理由风排为主、抽排为辅、健全管理向以抽排为主、风排和管理并重转变的规划，全面启动瓦斯治理工程，有效控制了重大瓦斯爆炸事故。 2000～2002年为第二阶段，研究应用了顶板走向钻孔、高抽巷、顺层钻孔、开采上下保护层卸压瓦斯抽采等技术，初步形成矿区瓦斯抽采技术体系，完成了瓦斯治理向风排、抽采、管理并重的战略转移。 2003年开始进入第三阶段。实施“可保尽保、应抽尽抽、先抽后采、煤气共采”治理战略，全面推动保护层开采战略的实施，从技术、制度、经济上给予保障，形成了矿区保护层开采良好的发展态势。变“抽放”为“抽采”，进行以抽采为主，风排、管理并重的第二次转变。形成了淮南瓦斯抽采理念。 2、投入是保障 集团公司先后引进煤矿主体专业大学本科生1600人，与中国矿大合作开办矿井地质、通风安全专业2个在职硕士班，培养工程技术人员60名。 2005年起吨煤安全投入30元，其中瓦斯治理15元。2001年～2005年间，科技部、国家煤矿安全监察局“十五”科技攻关项目专款1410万元，集团公司配套资金2000万元。 3、技术创新是动力 “以区域预抽为主、边采边抽相结合，民用和瓦斯发电为主、锅炉改造和CDM项目开发相结合”的瓦斯抽采与利用技术原则，坚持走产、学、研相结合的路子，努力创建拥有自主知识产权的瓦斯治理新技术，争取在以下几个方面实现新突破。 地面钻井抽采瓦斯技术集成。目前已经试验钻进20口井，通过现场考察，优化钻井布井参数，改进钻井结构，积极试验地面“L”型钻井，逐步成熟松软低透条件煤田地面钻井抽采卸压瓦斯技术。 开展高瓦斯回采工作面“Y”型通风与沿空留巷抽采技术攻关，研究新的倾向钻孔抽采邻近层瓦斯和采空区瓦斯方法，有效解决上隅角瓦斯超限问题，实现无煤柱开采。既能够提高煤炭回收率，又可以最大程度发挥保护层的作用。 成熟低浓度瓦斯利用和输送技术。目前淮南矿区抽采的瓦斯浓度在30以下的占整个矿区瓦斯抽采量的一半。所以低浓度瓦斯利用有广阔的发展前景。 研究风排瓦斯利用技术。矿井回风排出的瓦斯量大但浓度极低，目前尚无法利用，我们已经开展了有益的尝试，近期将有所突破。 随着矿区向深部开采，以瓦斯为重点的安全威胁将越来越大，必须通过先抽后采来解决。我们将以瓦斯治理国家工程研究中心为平台，以“十一五”国家科技支撑计划课题为契机，加强与国内外的合作，在国家煤矿安全监察局的正确领导领导和大力支持下，进一步加大瓦斯抽采与利用科技攻关力度，努力建设本质安全型矿井。为中国煤矿瓦斯抽采与利用的技术进步，为构建社会主义和谐社会做出新贡献。 8