贵州水城矿业(集团)有限责任公司--构建“立体抽采”系统实现矿区瓦斯源头治理

1、构建“立体抽采”系统实现矿区瓦斯源头治理贵州水城矿业（集团）有限责任公司一、企业概况水城矿业（集团）有限责任公司现有8对生产矿井，除1对矿井为高瓦斯矿井外，其余都是煤与瓦斯突出矿井。设计生产能力1071万t/a，核定生产能力1031万t/a，核定通风能力1351万t/a，2007年生产原煤801万t。 水城矿区地质构造复杂，大小断层发育、煤层赋成条件较差，给开采布局、瓦斯治理、顶板管理造成困难；含煤地层为二叠系上统宣威组和龙潭组，矿井开采深度大，目前开采深度在300800m之间；煤层瓦斯含量高，为1525 m3/t，主采煤层绝大部分是突出煤层并且是自燃煤层，煤尘具有爆炸危险性。近年来，随着矿井

2、开采深度的增加，矿山压力越来越大，瓦斯涌出量逐年上升，煤与瓦斯突出危险性不断增大。历史上曾发生过79次煤与瓦斯突出动力现象，18次瓦斯爆炸事故，12次瓦斯燃烧事故，14次瓦斯窒息事故，瓦斯灾害治理的任务十分繁重。二、构建“立体抽采”系统，实现瓦斯源头治理（一）提前用专用岩石巷道打穿层钻孔抽采瓦斯在煤层开采之前，首先在煤层的下部或上部岩层（或瓦斯含量小的煤层）中开掘抽采瓦斯专用巷道，巷道长度与煤层开采走向长度基本相同，在抽采瓦斯专用巷道内每隔30m布置一个抽采钻场，在钻场内施工穿层抽采钻孔到开采煤层进行抽采（图1）。抽采钻孔在煤层内成网格布置，钻孔长度80120m，钻孔终孔间距10m左右。每个钻

3、场布置2432个钻孔，抽采浓度2040，抽采负压在1518kPa，抽采纯瓦斯流量在0.50.8 m3/min，抽采时间达到1年以上。图1 大河边煤矿S1376底板专用抽采巷道布置示意图（二）本煤层顺层钻孔先抽后采（掘）掘进工作面掘进前，通常在工作面向前方施工5个直径为65mm、长度为80100m的顺层抽采钻孔对掘进巷道前方煤体中的瓦斯进行抽采。同时，在掘进工作面巷道两帮布置钻场向掘进前方煤体施工钻孔，钻场间距为30m。在每个钻场内向工作面掘进方向施工5个直径为65mm、长度为6070m的钻孔对掘进工作面前方煤体的瓦斯进行抽采（图2），抽采时间通常在1个月左右。图2 大湾煤矿111110运输巷掘

4、进工作面抽采钻孔布置示意图采煤工作面生产前，在工作面进、回风巷分别沿煤层施工抽采钻孔，钻孔通常是扇形（图3）和平行布置（图4），钻场间距为2030m，每个钻场施工1014个钻孔，钻孔终孔间距35m，钻孔长度为80100m。在工作面回采前预先对本煤层瓦斯进行抽采，预抽时间为36个月左右，并且在回采过程中继续对未回采煤体瓦斯进行抽采。图3 汪家寨煤矿P41102回采工作面本煤层扇形钻孔布置示意图图4 大湾煤矿111108回采工作面平行抽采钻孔布置示意图图5 大湾煤矿111108回采工作面高位巷抽采示意图（三）高位专用巷道抽采瓦斯在采煤工作面煤层顶板上方平行于回风巷道施工一条高位巷，通过高位巷抽采邻

5、近煤层涌出到采空区的瓦斯（图5）。高位巷布置在工作面垮落后形成的裂隙区内，高位巷一般处于煤层顶板上方1520m，距工作面回风巷内侧约20m处。此方法能将邻近煤层涌出到采空区瓦斯的60以上抽出，抽采的瓦斯量较大。（四）高位钻孔抽采瓦斯采煤工作面生产前，在采煤工作面的回风巷内每隔60m施工一个高位钻场，通过钻场向工作面上方施工一组810个钻孔，钻孔成扇形布置（图6），钻孔位于工作面上方2030m范围内的裂隙带内，钻孔长度为6080m。该抽采方法的抽采原理与高位巷相同。图6 大湾煤矿111106回采工作面高位抽采钻孔布置示意图（五）采煤工作面运输巷底板钻孔拦截抽采采煤工作面生产前，在采煤工作面的运输

6、巷内每隔50m施工一个钻场，通过钻场向工作面采空区后方施工一组810个钻孔，钻孔与运输巷水平角3060，终孔在开采层与第一下邻近煤层之间的岩层内，钻孔长度为80120m（图7），能有效拦截下邻近煤层因采动影响产生裂隙而向上涌出的瓦斯。图7 汪家寨煤矿采面底板钻孔拦截抽采示意图（六）采空区抽采对于正在回采的采煤工作面，在工作面回风巷内预先将瓦斯管道埋进工作面采空区，在瓦斯管道上每隔3050m安设一个“T”形网管（图8）或利用瓦斯尾巷在生产时对采空区的瓦斯进行抽采。另外，对于已回采完封闭的老空区，通过预先埋进老空区的瓦斯管道对老空区内的瓦斯进行抽采。图8 那罗寨煤矿2119回采工作面采空区T型网管

7、抽采示意图（七）优先开采保护层，实施先抽后采,实现区域治理瓦斯为了有效实施区域治理瓦斯，集团公司严格执行优先开采保护层和实施先抽后采的区域治理措施，充分认识到开采保护层不仅是有效治理瓦斯，也是防止煤与瓦斯突出最有效的措施。同时，集团公司提出了瓦斯抽采必须构建先抽后采的巷道系统，在煤层开采之前通过专用抽采巷道施工钻孔提前对煤层瓦斯进行预抽，开采后也能通过专用抽采巷道的钻孔继续对采空区瓦斯进行抽采。逐步取消采煤工作面埋管开放式抽采瓦斯方式，全面向钻孔封闭式抽采瓦斯方式进行转变，从而使治理措施实现以区域措施为主，逐步取消生产过程中工作面的局部措施，全面向区域措施转变。（八）加大石门揭煤瓦斯抽采和管理

8、力度石门揭煤前采取抽采瓦斯防突措施时，必须对揭开煤层位置及前方揭煤区域的煤体瓦斯进行充分抽采，加大石门揭煤及突出煤层掘进工作面构造带的瓦斯预抽控制范围，瓦斯预抽控制范围为煤层上山方向、走向方向控制巷道轮廓线外20m，煤层下山方向控制巷道轮廓线外10m。揭开煤层后在煤巷内再向煤层走向和倾向的上方50m、下方30m范围进行抽采。从石门揭煤前的安全岩柱开始，到揭开煤层并进入煤层顶(底)板垂距5m均为揭煤区域。当揭煤工程超过揭煤区域时，还必须经矿总工程师组织有关部门经过地质资料和现场分析，符合规定后下达揭煤工程结束的书面通知。 （九）进一步加强地质预报工作和巷道支护坚持“逢掘必探，先探后掘”的原则，在

9、未分析清楚前方地质构造情况下不允许进行采掘作业。坚持采掘工作面每半月一次的全面地质预报工作。突出煤层采掘工作面加强巷道支护。石门揭煤及突出煤层掘进工作面构造带，对巷道支护根据顶板构造特点进行充分研究设计，确保巷道支护的牢固可靠。（十）进一步开展瓦斯综合治理的科学技术研究与煤炭科学研究总院重庆研究分院合作，对各矿井开展煤层瓦斯赋存规律和瓦斯综合治理技术研究。通过研究，掌握矿井瓦斯赋存规律，编制动态矿井瓦斯地质图，提高瓦斯综合治理科学技术水平。（十一）完善通风系统，夯实瓦斯综合治理基础近年来，集团公司加大对通风系统的改造力度，将主要通风机均改造为BDK系列防爆轴流对旋式通风机，通过修复改造通风巷道

10、，优化了通风系统，降低了矿井通风阻力；煤巷、半煤岩巷掘进工作面安装双风机双电源供风供电系统和风机自动调速装置。通过改造，矿井通风系统运行更加稳定、合理、可靠，主要通风机效率提高1530个百分点，矿井总风量和通风能力均得到大幅度提高，供风量满足矿井安全生产需要，并有20以上的富裕量，矿井通风能力远大于实际生产能力，掘进工作面无计划停风和排放瓦斯次数减少30以上。（十二）提高安全监测监控水平，构筑瓦斯事故防线集团公司所有矿井均装备完善了安全监控系统，按规定装备完善各类传感器，班组长以上管理人员佩带便携式瓦斯自动检测报警仪。各矿井的安全监测监控系统实现了公司内部联网，并实现了瓦斯超限时分级向有关管理

11、人员手机发送信息，初步构建了“一通三防”安全的信息平台。通过监测监控系统，将井下各工作地点的瓦斯浓度和通风安全装备运行状况实时传送到矿井和集团公司各级领导及管理部门办公室，各级管理人员根据生产作业现场的瓦斯浓度变化，及时、准确地指挥井下的通风、瓦斯管理工作。当井下工作地点瓦斯浓度超限后，系统自动向各级管理人员手机发送瓦斯浓度超限数值的信息，管理人员不管身在何处，都能及时知道井下工作地点瓦斯浓度超限数值，及时指挥采取措施进行处理。矿井通风安全监控特别是对井下瓦斯的监测监控做到了专职瓦检员、安全监测监控系统、管理人员配带便携式瓦检仪这样一个点、线、面相结合的良好局面。三、高投入、严管理，强化机构建

12、设近几年来，水矿集团公司始终把瓦斯治理作为一项重要工作来抓，紧紧围绕煤矿瓦斯防治是“生命工程”的主题；认真贯彻落实“先抽后采、监测监控、以风定产”的瓦斯治理“十二字”方针；突出瓦斯综合治理关键点，认真采取“可保尽保、应抽尽抽、先抽后采”的瓦斯治理措施；积极落实“高投入、严管理、强技术、重利用”的瓦斯治理理念，全面开展煤矿瓦斯综合治理工作。（一）瓦斯治理组织机构建设情况集团公司成立了以总经理为组长的瓦斯治理工作领导小组，下设7个瓦斯治理工作组，在集团公司瓦斯治理工作领导小组的统一领导下，派驻到所属各矿井开展瓦斯治理的督促和指导工作。各矿井也相应成立了以矿长为组长的瓦斯治理工作领导小组，规定了矿井

13、各级管理人员在瓦斯治理工作方面的具体责任。图9 水矿集团公司瓦斯治理机构图从瓦斯防治的实际情况出发，加强机构队伍建设和管理。集团公司总部设立通风管理部，专门负责“一通三防”技术业务管理工作。各矿井都设立了通风部门，并设置了专职通风副总工程师和地测副总工程师，有6对矿井设立了瓦斯抽采工区，有2对矿井在通风工区内设立了瓦斯抽采队，专门负责煤矿瓦斯抽采治理工作（图9）。（二）制定完善瓦斯综合治理规章制度和奖罚政策为保障瓦斯综合治理各项工作的落实，集团公司根据煤矿安全规程和上级的有关规定，结合自身实际，由集团公司总工程师组织编制完善了一系列瓦斯综合治理规章制度。制定完善的管理制度有瓦斯治理管理制度、瓦

14、斯抽放管理制度、关于进一步加强防突管理的补充规定、预防“一通三防”重大生产安全隐患有关规定、贯彻落实煤矿瓦斯综合治理“十二字方针”实施细则、突出煤层采掘工作面防突监督控制管理制度等。制定完善的奖罚政策有瓦斯综合治理奖罚办法和瓦斯超限责任追究制度。瓦斯综合治理奖罚办法规定，集团公司对各矿井通过钻孔预抽煤体瓦斯的封闭式抽采瓦斯量按0.05元/ m3进行奖励，开放式抽采瓦斯量按0.02元/ m3进行奖励；开采保护层按2元/ m2进行奖励；对采掘工作面从开始生产到工程结束未发生瓦斯超限现象的掘进工作面按20元/m进行奖励，回采工作面按0.3元/ m2进行奖励。对瓦斯抽采专用巷补助50的工程费用。同时对

15、瓦斯治理效果不好(如出现瓦斯超限、发生煤与瓦斯突出等)的矿井进行了罚款。瓦斯超限责任追究制度明确了“瓦斯超限就是事故”的思想。该制度规定矿井一旦出现瓦斯超限现象，不管什么原因，必须当成事故由集团公司对矿井副矿级以上管理人员进行责任追究，根据造成瓦斯超限的原因，对其相应管理人员进行处罚。（三）加大瓦斯综合治理的资金投入近年来，水矿集团加大安全投入，利用国债安全技术改造资金和企业煤炭安全生产费用资金投入超过5亿元，其中80以上用于改造完善矿井通风系统、瓦斯抽采系统、安全监测监控系统、防治煤与瓦斯突出等瓦斯治理方面的工程。从2006年起，每年提取吨煤20元的安全生产费用主要用于瓦斯综合治理工程。四、

16、积极探索，以用促抽，充分利用瓦斯资源（一）瓦斯利用现状水城矿区目前共建有4套民用瓦斯利用系统，民用瓦斯用户10000余户；有6座瓦斯发电站，共装备发电机组36台，总装机功率18MW。2007年利用瓦斯量5068万m3，抽采瓦斯利用率为31.2。其中民用瓦斯量906万m3，瓦斯发电利用瓦斯量4162万m3，发电量6983万kWh。（二）积极探索利用低浓度瓦斯发电的技术途径集团公司与发电机组生产厂家合作对发电机组进行技术改造，并采用输送管道细水雾化等安全措施输送瓦斯，使抽采的瓦斯浓度在8以上均可进行发电，为提高瓦斯利用量和利用率创造了条件。低浓度瓦斯发电技术的实施，大幅度提高了瓦斯利用量和利用率，

17、与原来的民用瓦斯和高浓度瓦斯发电相比，瓦斯利用量增加了3393万m3，利用率提高了1.8倍，取得了十分显著的效果。五、瓦斯综合治理取得的成效经过近几年的努力，水矿集团公司通过加大瓦斯综合治理安全投入，实施改造工程，使矿井瓦斯抽采能力、抽采量、抽采率都有了较大的提高（图10图13）。通过强化瓦斯综合治理，2005年以来矿井瓦斯超限现象逐年减少20以上。到2007年抽采瓦斯量1.6238亿m3，平均抽采率54.2，分别比2001年增加了2.9倍和1.1倍。2001年，瓦斯利用只是民用，利用瓦斯量只有827万m3；到2007年利用瓦斯不但民用用户增加到10000余户，还建立了6座瓦斯发电站，利用瓦斯量5068万m3，比2001年增加了5.1倍，达到了以用促抽、以抽促用的良性循环。图10 历年瓦斯抽采量对比图（单位：万m3）图11 历年瓦斯利用量对比图(单位：万m3)图12 历年抽采率对比图(单位： )图13 历年利用率对比图（单位： ）通过严格执行瓦斯治理管理规定、奖罚制度和实施开采保护层、先抽后采、加大安全投入等综合瓦斯治理措施，使矿井瓦斯综合治理工作逐步达到从“单一抽采”到“立体综合抽采”的转变，从“局部措