成庄矿考察报告

赴晋煤集团成庄矿瓦斯综合治理技术专项考察报告集团公司通风管理部2013年4月3日赴晋煤集团瓦斯综合治理技术专项考察报告为了切实解决集团公司现阶段瓦斯治理工作的挡手问题，特别是解决龙泉能源公司的瓦斯抽采达标问题；按照集团公司领导安排，通风管理部组织龙泉能源、东河煤矿、神州煤业三矿（公司）总工程师、通风区长及技术员一行17人，于4月1日-4月3日赴晋煤集团成庄矿就瓦斯治理专项技术进行了考察学习。在认真听取经验介绍的基础上，考察组成员参观了成庄矿瓦斯基本参数实验室、1#风井地面抽采泵站以及井下大采高综采工作面、千米钻机及普通大功率钻机打钻现场，参观结束后还与有关人员进行了热烈的技术探讨。成庄矿在晋煤集团乃至全国都称得上瓦斯综合治理先进单位，通过本次考察学习，考察组成员不但学到了成庄矿先进的瓦斯治理经验，而且还切身感受到了集团公司在瓦斯综合治理理念上的巨大差距，有了一种紧迫感和危机感。为更好地学习成庄矿瓦斯治理先进经验，提升集团公司瓦斯治理水平，现将本次考察情况整理汇报如下：一、成庄矿矿井概况晋煤集团成庄矿位于沁水煤田南端，晋城市西北20km处，跨泽州和沁水两县，属于煤与瓦斯突出矿井。矿井设计生产能力为4.0Mt/a，2008年山西省煤炭工业厅核定成庄矿生产能力为8.3Mt/a，2012年原煤产量920万吨，煤炭板块利润20.5亿元，全年瓦斯治理资金投入2.24亿元。截止2012年底全矿在册职工6152人。为保证安全生产，成庄矿建设了完备的系统。（一）矿井生产系统成庄矿含煤地层为上石炭统太原组及下二迭统山西组，可采及局部可采煤层3层，煤层编号自上而下为3#、9#、15#。其中，3#煤位于山西组下部，厚4.30-7.68米，平均6.44米，硬度为2-4，为全区稳定的主要可采煤层，也是矿井目前的开采煤层。矿井采用斜井石门开拓方式。全矿井现有11个井筒，分别是主斜井、副斜井、排矸进风井、中央回风井、2号进风井（两个）、白沙斜井、3号进风井、3号回风井、4号进风井和4号回风井。矿井采煤方法采用走向长壁后退式采煤法。工作面走向长度为1800-3000米，工作面倾斜长度为200-250米,，工作面采高6.0m。回采工艺为综合机械化放顶煤开采或一次采全高开采、全部垮落采煤法。（二）矿井通风系统成庄矿通风方式为分区式，通风方法为机械抽出式。矿井总回风量60490 m3/min，总阻力8086Pa。其中1#回风井回风量11776m3/min，通风阻力2010Pa；3#回风井回风量28512m3/min，通风阻力2956Pa；4#回风井回风量20202m3/min，通风阻力3120Pa。矿井核定通风能力830万吨/年。矿井三个回风井均安装有2台轴流式风机，一台使用一台备用。1#回风井风机型号GAF31.6-15-1，电机功率1400KW，双电源双回路供电方式；3#回风井风机型号AGF606-3.6-1.9-2，电机功率4000KW，双电源双回路供电方式；4#回风井风机型号GAF35.5-18-2，电机功率4500KW，双电源双回路供电方式。（三）矿井抽采系统成庄矿共有三个瓦斯抽采泵站，分别为1#风井瓦斯抽采泵站、2#风井瓦斯抽采泵站、3#风井瓦斯抽采泵站。1#风井瓦斯抽采泵站位于排矸井工业场地附近。瓦斯泵房内共安装4台CBF-710-2BG3水环式真空泵，其中2台运转，2台备用，真空泵的能力为204 m3/min。2004年进行了改造，4台泵之间安设分系统阀门，形成了采空区抽放与钻孔预抽两套系统。从地面到井下共施工3个管道井，1#管道井安装管道直径为DN400mm，2#管道井安装管道直径为DN300mm，3#管道井安装管道直径为DN500mm。2#风井瓦斯抽采泵站在2#风井工业广场北部集中建站，抽放站共安装1台2BES-720-2BG3D 和4台CBF-720-2BG3水环式真空泵，其中2台运转，3台备用，真空泵的能力为230m3/min。3台用于采空区瓦斯抽放，1台运行，2台备用，另2台用于钻孔瓦斯预抽，1台运行，1台备用。井上下管路通过2个DN500管道井和地面两套DN700进气管道联接。3#风井瓦斯抽采泵站共安装5台CBF-630-2BG3抽放泵，其中2台运转，3台备用，泵的能力为187m3/min。井上下管路通过新施工的两个DN500管道联接。（三）矿井安全监控系统成庄矿于2005年装备了一套重庆院KJ90型煤矿安全监控系统，2008年3月升级改造为KJ90NA型煤矿安全监控系统。2009年10月升级改造为KJ90NB型煤矿安全监控系统。2011年系统更换为加拿大康斯培克公司的森透里昂监测系统，森透里昂S800（kj31N）在国际上享有很高的声誉，被称为“监测之王”。该系统由地面中心站、数据通讯设备、传输线路、监测现场各类工况环境的传感器及监控设备构成，对井下监控信息实现了实时连续监测，并将监控信息集中实时上传，三闭锁等相关功能齐全可靠，并与晋煤集团公司监控系统联网。三、成庄矿瓦斯治理主要技术措施（一）瓦斯防治基础资料1、瓦斯基本参数根据重庆煤科院2005年测定，成庄矿3#煤瓦斯赋存基本参数如下：瓦斯含量（W）:二盘区，原始瓦斯含量10.3213.27m3/t，平均11.80m3/t；四盘区，原始瓦斯含量8.9715.62m3/t，平均12.30m3/t；三盘区、五盘区浅部，原始瓦斯含量4.267.26m3/t，平均5.76m3/t；五盘区深部，原始瓦斯含量11.3414.02m3/t，平均12.68m3/t。瓦斯压力（P）：二盘区的瓦斯压力为0.320.46MPa，原始瓦斯压力为0.46MPa；四盘区瓦斯压力为0.190.69MPa，原始瓦斯压力为0.69MPa；三盘区、五盘区浅部瓦斯压力为0.020.18MPa，原始瓦斯压力为0.18MPa；五盘区深部瓦斯压力为0.300.63MPa，原始瓦斯压力为0.63MPa。透气性系数（）：0.5.m2/(MPa2d)。瓦斯放散初速度（P）：2637。煤的坚固性系数（f）：0.91.15。抽采半径（）：3m煤的工业性分析：灰分14%，挥发分6-8%。2、矿井瓦斯等级管理成庄矿原设计为低瓦斯矿井，随着产量的提升和生产区域的延深，矿井瓦斯涌出量不断增加，2001年度被山西省煤炭工业局确定为高瓦斯矿井，2011年被鉴定为煤与瓦斯突出矿井。近三年矿井瓦斯等级鉴定情况见下表：矿井瓦斯等级鉴定情况表年度绝对瓦斯涌出量(m3/min）相对瓦斯涌出量(m3/t)鉴定结果2009292.0516.74高瓦斯矿井2010337.8821.09高瓦斯矿井2011378.0223.47按突出管理矿井（二）通风方法瓦斯防治技术1、掘进通风方式 掘进工作面双巷掘进示意图成庄矿回采工作面顺槽布置距离较长（2500m），为保证掘进工作面迎头的有效风量，采用双巷掘进方式，其中一条巷道为进风，一条巷道为回风，如上图。每隔50 100m打一联络巷，形成全负压通风系统，当两巷每掘进500 m后，把两巷局部通风机同时移至该处，依次掘进。掘进工作面采用FBD7.1/230KW对旋式局部通风机通风，顺槽风筒全部采用直径1m风筒，掘进迎头的有效风量不应小于550 m3/min。双巷掘进的优点一是能解决高瓦斯矿井长距离掘进的难题，供风距离短，工作面风量能达到要求；二是部分巷道都处在进风流中，两帮释放的瓦斯易稀释；三是能解决掘进工作面瓦斯抽放、探放水工作与巷道掘进的平行作业问题，实现巷道快速掘进。2、大采高综采工作面通风方式成庄矿大采高采煤工作面采用“三进两回偏Y型”通风方式，回采工作面配风6000 m3/min。顺槽的条数一般为5条，即回采工作面上下顺槽分别布置两条（主进风侧）和三条（一条辅助进风巷和两条回风巷）。其中三条进风，两条回风。辅助进风巷与回风巷巷道之间用横贯联系。为了防止或降低采空区瓦斯大量涌人回风巷，在横贯中应设置密闭。但采空区与工作面最近的一个横贯中不应设置密闭，以便工作面上隅角的瓦斯经尾部开路横川回到回风巷，可有效的防止上隅角的瓦斯聚集，从而可有效解决上隅角瓦斯集聚的问题。工作面之间接替关系宜用顺采布置，这样可以利用首采工作面留下来的两条顺槽作为下一个回采工作面的进风顺槽，新掘另外3条顺槽作为新的相邻接替工作面的回风顺槽和辅助进风巷。虽然，每个工作面需要5条巷道共同服务，但是，除第一个工作面需要掘进5条巷道外，其余工作面仅需新掘3条顺槽，此时布置的新工作面的3条新的顺槽的掘进采用多巷或双巷掘进，既节约了工程量，同时也可缓解采掘紧张的矛盾。 大采高工作面“三进两回偏Y型”通风方式由于“三进两回偏Y型”通风方式巷道掘进量大，且三巷齐头并进通风管理困难。随着千米钻机的普遍使用，区域预抽效果明显，成庄矿综采工作面拟使用“U并U”通风方式。（三）抽采方式瓦斯防治技术目前，成庄矿主要采用地面钻井抽采、递进式模块抽采、掘进工作面迎头迈步式抽采、工作面顺层密集孔抽采和采空区抽采等五种抽采方式，实行全方位瓦斯抽采。1、地面抽采：地面抽采是晋煤集团瓦斯治理的一个重要手段，是实现井下瓦斯地面治理利用的根本措施。2008年开始，晋煤集团安排在成庄矿井田内分三期共施工270口地面抽采钻井。从以服务期限15年计的话，单井平均日产气量在1484m3/d。稳产期约为7年，可以保持到十二五末，服务期限内累计产气729.94万m3，采收率50.15%，这将大大降低矿井煤体瓦斯含量和瓦斯涌出量。 地面抽采钻井示意图2、井下递进式模块抽采：就是在现有巷道采用功率较大的西安产ZDY-1900S或ZDY-6000S型钻机以及千米钻机，向相邻采面布置区域施工长钻孔，进行长时间(2年以上)抽采。钻孔设计长度以超过一个采面长度为准。钻孔采用囊袋式封孔装置进行封孔，内部充填水泥砂浆，长度15m。为保证递进式模块的抽采时间，打钻紧跟掘进工作面，采用钻机跨皮带作业形式。大功率普通钻机区域递进式预抽采见示意图千米钻机井下区域性递进式预抽采见示意图3、掘进巷道迈步式抽采：掘进巷道按二或三巷布置时，在预抽不到位及千米钻机难以覆盖区域的贯穿横贯及钻场内全断面布置钻孔进行预抽。施工区域为掘进巷道迎头、巷帮钻场及双巷横川内，抽采时间一般为半年。巷道迎头布置3层21个钻孔；钻场内布置两层14个钻孔；横川两侧距掘进巷道轮廓线3m施工两层密集孔，施工范围6 m，钻孔长度150m。密集孔之间布置一层钻孔，单孔长度150m。钻孔采用囊袋式封孔装置进行封孔，内部充填水泥砂浆，封孔长度10m。掘进工作面巷道迈步式瓦斯抽采钻孔布置示意图4、回采工作面顺层密集孔抽采：为进一步降低本煤层瓦斯含量，结合成庄矿煤层厚的特点，回采工作面形成过程中，使用SGZX-3型钻机在进回风顺槽施工顺层密集钻孔，相对施工，覆盖整个工作面。在工作面上下两巷施工平行顺层预抽钻孔两层。钻孔垂直回采走向或斜向工作面方向，钻孔间距不大于2m，预抽后残余瓦斯量、瓦斯压力以及工作瓦斯抽采率达到标准。 5、采空区瓦斯抽采： 顶板走向长钻孔抽放是在工作面的回风巷道内向煤层顶板方向掘进钻场，然后在钻场内迎着工作面推进方向打46个扇形钻孔，钻孔终孔位置位于采空区上方裂隙带内，抽放采空区的瓦斯。回风巷平行布置钻场，钻场宽2.5m，钻场高2.2m,钻场深3m。钻场间距为100m左右。在每个钻场内打6个扇形钻孔，钻孔终孔间距为5m,钻孔终孔距回风巷的水平距离为515m，距煤层顶板的垂直距离为16.5-26.5m左右。钻孔深度在150m，保持30m以上的超前距。钻孔直径94mm。利用定向钻机的长距离定位能力，寻找采煤工作面裂隙带，抽采高浓度瓦斯抽放钻孔的布置方式。顶板高位钻孔布置示意图（四）瓦斯抽采达标评判根据矿井瓦斯勘探情况和参数测定结果，成庄矿依据晋煤集团提出 的“三级瓦斯治理模式”进行治理瓦斯：对于瓦斯含量高于16 m3/t的开采煤层或区域，首先提前58年实施地面钻井预抽煤层瓦斯，使瓦斯含量降到16 m3/t以下；对于瓦斯含量在816 m3/t的开采煤层或区域，根据煤层赋存特性，提前25年采用井下千米钻机、大功率普通钻具等实施井下区域性递进式预抽采；对于瓦斯含量低于8 m3/t的区域，采用边抽边采掘、采空区抽采、加强通风、监测监控等综合措施治理采掘活动中涌出的瓦斯。成庄矿根据煤矿瓦斯抽采达标暂行规定安监总煤装2011163号对瓦斯抽采进行达标评判。由于该矿3#煤瓦斯涌出量主要来自于开采层，其抽采效果达标评价标准为：掘进工作面掘进前原煤瓦斯含量在瓦斯含量在8 m3/t，瓦斯压力在0.74MPa以下；回采工作面回采前原煤瓦斯可解析量应降到4 m3/t以下。四、成庄矿瓦斯治理主要管理措施（一）树立通风瓦斯防治先进理念多年来，成庄煤矿牢固树立“生命高于一切，一切服从安全”的理念，严格落实“宁可不达产，不可不达标”的安全管理要求，积极探索适合成庄矿特点的瓦斯治理之路，初步形成了“优系统、强抽放、细管理、严问责”的矿井通风瓦斯治理和管理体系，为矿井安全发展奠定了基础（二）完善矿井瓦斯防治机构成庄矿设有总工程师（行政二把手），全面负责矿井“一通三防”工作，设有专职通风副总工程师（副处级，班子成员），负责矿井“一通三防”技术管理；矿井下设通风科、地测科、机电科分别负责矿井通风、防突、抽采、地质测量、安全监控等工作。通风科主要负责矿井的“一通三防”业务管理，下设通风队、防尘队、抽放工区、通风调度、瓦斯研究室等机构。（三）配强通风瓦斯防治人员搞好通风瓦斯工作必须有人员保证，多年来成庄矿在人员配置上能够优先考虑通风瓦斯治理需要。现通风科在册人数771人。通风科专业技术人员配备情况为：通风31人、抽采49人、防突2人；成庄矿通风科瓦斯防治专业队伍人员配备情况为：专业从事通风人员79人、瓦斯检查人员196人、瓦斯抽采人员334人、钻探人员65人、防突人员15人（四）强化瓦斯防治资金投入 多年来，成庄矿在瓦斯防治上舍得投入，资金上优先保证，为通风瓦斯治理提供了物质保证。2009年，成庄矿完善和改造矿井瓦斯监测监控系统与抽采系统支出18916.56万元，占安全费用支出总额的69.30%2010年，成庄矿完善和改造矿井瓦斯监测监控系统与抽采系统支出3371.37万元，占安全费用支出总额的33.13%。2011年，成庄矿完善和改造矿井瓦斯监测监控系统与抽采系统支出11137.71万元，占安全费用支出总额的70.58%。（五）提高通风瓦斯人员的待遇 成庄矿为稳定通风瓦斯专业技术队伍，规定瓦斯检查员、瓦斯抽采工、打钻工享受采掘一线平均工资。(六)严格瓦斯超限追查问责制度多年来，成庄矿在瓦斯超限追查问责实行高压态势，强化考核落实。一般瓦斯超限事故矿安检部门按制度进行责任追究，责任追究必须问责到业务科室及超限头面的队长、跟班副队长、当班班长、瓦检工、防突员、安检工等。发生较大及一次以上瓦斯超限的，事故单位的主要负责人（矿长、资源整合主体的董事长或总经理、基本建设矿井的负责人）在次日晋煤集团公司早调度会上作检查，并在晋煤集团公司召开的安全讲评会议上剖析瓦斯超限事故的原因、教训，并汇报采取的措施。因供电系统无计划停电、停风造成的瓦斯超限，非本矿原因的不追究本矿责任；否则追究机电副总工程师、机电副矿长的责任。五、可供借鉴的一些其他具体做法(一)成庄矿建立了瓦斯基本参数实验室，为确定区域瓦斯治理方法和瓦斯抽采达标评判提供依据。（二）在瓦斯抽放钻孔口使用了气水分离装置，其作用有三：一是防止瓦斯喷孔；二是对钻孔内瓦斯进行抽放；三是实现打钻用水零排放。（三）使用钻孔捕捞装置，避免在钻杆在发生断裂时，丢失钻杆和钻头。（四）按照省厅要求使用了囊袋式封孔装置。（五）为减少电费开支，并保证抽采效果，规定掘进工作面局部通风机总功率不准超过110KW。（六）为减少回采工作面上端头漏风，对上端头进行了封堵；为保证尾巷瓦斯的排放效果，在下端头支架后支设了木垛，在最后一个横川前构筑煤粉袋密闭墙。（七）为减少横