高瓦斯易自燃煤层瓦斯综合治理与利用示范矿井实施计划方案

1、. . . . 高瓦斯易自燃煤层瓦斯综合治理与利用示矿井实施方案49 / 54目 录第一章矿井安全生产现状11.1 矿井基本情况11.2 煤炭资源和开采地质条件21.2.1 煤炭资源21.2.2 开采地质条件21.2.3 矿井开拓开采条件61.3 主要安全生产系统情况61.3.1 通风系统61.3.2 抽采系统71.3.3 监测监控系统71.3.4 防尘系统71.3.5 防灭火系统81.4 近几年安全投入、人力资源、管理情况91.4.1 安全投入情况91.4.2 人力资源与管理情况91.5 近几年安全事故分析10第二章实施瓦斯治理示矿井建设的必要性和可行性122.1 目前矿井安全生产中存在的主

2、要问题122.1.1 通风系统存在的问题122.1.2 瓦斯治理存在的问题122.1.3 瓦斯抽采系统存在的问题122.1.4 瓦斯利用存在的问题122.1.5 人员、设备与管理存在的问题132.2 实施瓦斯治理示矿井工程的必要性132.3 实施瓦斯治理示工程的可行性14第三章瓦斯治理示矿井建设指导思想、目标153.1 示工程建设的指导思想153.2 示工程建设的总体目标153.3 示工程建设的工作目标153.4 示工程建设的工作容16第四章瓦斯治理示矿井工程建设容与实施方案194.1 矿井通风系统改造194.2 矿井瓦斯抽采系统194.3 矿井防灭火工程204.4 瓦斯监测监控系统204.5

3、 矿井防尘系统204.6 瓦斯治理技术实施方案204.6.1 矿井瓦斯抽采方法的选择原则204.6.2 矿井保护层开采瓦斯抽采技术214.6.3 采前预抽煤层瓦斯技术214.6.4 边采（掘）边抽煤层瓦斯技术284.6.5 井下采后瓦斯抽采技术294.7 瓦斯利用技术实施方案344.7.1 瓦斯利用目的与途径344.7.2 某瓦斯利用项目364.8 防控采空区自然发火技术实施方案384.8.1 三相泡沫技术384.8.2 采空区黄泥灌浆414.8.3 采空区注氮414.8.4 汽雾阻化414.8.5 束管监测和火区观察42第五章瓦斯治理示矿井建设人才保障措施435.1 矿井人才现状435.2

4、瓦斯治理技术、管理机构与人才需求435.3 瓦斯治理人才引进、培训与保障措施43第六章瓦斯治理示矿井建设管理保障措施456.1 矿井瓦斯治理管理制度建设456.1.1 加强瓦斯治理的组织领导456.1.2 配足配齐“一通三防”人员456.2 瓦斯治理投入和安全费用制度建设466.3 瓦斯治理管理约束与激励机制46第七章投资估算与资金筹措477.1 资金预算477.2 资金来源47第八章安全改造项目实施预期效果与建设工期49第一章 矿井安全生产现状1.1矿井基本情况矿井位于某煤田中段，于2003年8月开工建设， 2006年8月一期投产。一期生产能力3.00Mt/a，二期设计生产能力8.00Mt/

5、a。图1-1 交通位置图1.2 煤炭资源和开采地质条件1.2.1 煤炭资源井田东西走向长度16km，南北倾向长度5km，井田面积86.3km2。地质储量1249.92Mt，其中A级储量为328.19Mt，B级储量为305.46Mt，C级储量为525.16Mt，D级储量为91.11Mt。可采储量765.68Mt，服务年限约92.5a。井田地质储量汇总见表1-1。表1-1 矿井地质储量汇总表 单位：Mt煤层ABCD各煤层汇总储量A+BA+B+CA+BA+B+C+D4上-154.2554.2554.7%4上-2、4上75.54130.2975.54205.834328.19229.92340.629

6、1.11558.11989.84合计328.19305.46525.1691.11633.651249.921.2.2 开采地质条件1.2.2.1 矿区地质构造矿区位于太峪背斜北翼，地层由南东向北西倾斜，倾角为3º5º，其上发育以北东东向展布为主的宽缓背斜，从北往南有七里铺-西坡背斜、孟村向斜、董家庄背斜、南玉子向斜、路家小灵台背斜、安化向斜、祁家背斜、师家店向斜、彬县背斜等，断层罕见，构造简单。本井田位于矿区南部路家小灵台背斜与彬县背斜之间，包括安化向斜、祁家背斜、师家店向斜等宽缓褶曲。其走向近东西，总体倾向北，含煤地层倾角一般为3°5°，在井田北部安

7、化向斜南翼、祁家背斜北翼之间倾角较大一般18°25°，未发现大断层。1）褶皱（1）某（安化）向斜轴线走向近东西，东段在井田以外，井田轴长11.5km，向斜宽3.6km，北翼倾角2°5°，南翼近轴部5°6°在与祁家背斜过渡部位倾角18°25°，轴部地层近水平。（2）祁家背斜轴向北西西，轴长约9km，地表出露的洛河组地层可见到该背斜形迹。南翼倾角3°5°，北翼倾角一般5°左右，在安化向斜以南过渡部位地层倾角增大（18°25°），轴部地层倾角2°左右。背斜宽度2

8、.53km，枢纽呈马鞍状起伏。（3）师家店向斜走向北东东，向西倾复变宽阔，向东扬起变窄，至1号勘探线消失。两翼倾角平缓，一般2°3°，局部5°6°。2）断层根据某井田勘探地质报告，未见影响生产与采区划分的大、中型断层。但在邻近生产矿井中常有小断层出现。如城关煤矿东大巷在采煤过程中有4-5m断距的正断层，4煤底板一般呈现阶梯状或波状起伏。水帘矿的北下山巷道，有0.5m断距之正断层，南上山巷道有三条正断层，断距分别为1.2m、1.5m和6m，沿断层面常有水涌出。下沟煤矿西部胶带输送机大巷有1条断距约1m的正断层，断层附近瓦斯涌出量较大等。1.2.2.2水文地

9、质条件根据煤、泥炭地质勘探规，矿井属裂隙充水含水层，为简单到中等的矿床。井田因煤层埋藏深，无小窑开采后采空区积水直接涌入井下的问题。宜君、洛河砂岩为区域含水层，厚度大，富水性好，渗透性强，因此矿井的水文地质条件主要取决于该含水层对煤层开采的影响。该矿井水文地质勘探类型为“二类一型”，以裂隙充水为主，矿井水文地质条件简单，矿井正常涌水量为210m3/h，最大涌水量为330m3/h。1.2.2.3煤层分布特征与顶底板岩性1）煤层分布特征（1）煤系地层。矿井含煤地层为下侏罗统组，共分为上下两个含煤段，上含煤段厚度为045.71m，一般为20m，局部地段含煤仅见3煤层组，分为3-1、3-2两层煤；下含

10、煤段厚度为0100m，一般为4080m，含4煤层组，分为4、4上-1、4上-2、4上四层，其中4上-1、4上-2、4上为4煤的上分叉煤层。（2）井田可采煤层。矿井主要开采煤层为4煤，全井田分布，煤层全厚019.73m，平均11.65m，属特厚煤层，煤层结构简单，一般含02层夹矸，局部含2层以上夹矸，属较稳定煤层。4上煤为4煤的上分叉煤层，煤层全厚07.02m，平均2.88m，煤层结构简单至复杂，夹矸01层，局部含夹矸多达10层，为井田局部可采煤层。4上-1为4煤的上分叉煤层，分布于井田南部，煤层全厚01.72m，平均1.22m，煤层结构简单，夹矸01层，为井田局部可采煤层，分布于井田南部，属较

11、稳定煤层。4上-2也为4煤的上分叉煤层，分布于7号勘探线以东，煤层全厚02.36m，平均1.36m，局部可采，煤层结构简单，夹矸01层，为井田局部可采煤层，属较为稳定局部可采煤层。2）顶底板岩性矿井可采煤层为位于侏罗统组的4#煤层、4上煤，各煤层顶底板岩性情况如下所示：4上-1煤：伪顶零星分布，均为小于0.50m的炭质泥岩。直接顶以泥岩、砂质泥岩为主，局部为粉砂岩、砂岩，易冒落，为半坚硬不稳定顶板。底板以泥岩、砂质泥岩为主，局部为砂岩。4上-2煤、4上煤：直接顶以泥岩为主，局部为砂质泥岩、砂岩。基本顶为中细粒砂岩与粉砂岩，属半坚硬较稳定顶板。底板以泥岩、粉砂岩为主，局部为细粒砂岩。属半坚硬稳定

12、顶板。4煤：伪顶为0.5m以下的炭质泥岩，零星分布。直接顶以泥岩、砂质泥岩为主，次为粉砂岩、砂岩一般厚度0.873.51m，易冒落，为半坚硬不稳定顶板。基本顶多为细粒砂岩或粉砂岩，局部为中粗粒砂岩，为半坚硬较稳定顶板稳定顶板。底板多为铝质泥岩、次为泥岩或炭质泥岩，一般2.146.75m，遇水泥化、易发生底鼓。1.2.2.4瓦斯灾害情况2006年，煤科院对4煤层瓦斯压力与含量进行了实测，测试结果为：煤层绝对瓦斯压力为0.60MPa，瓦斯含量为6.305m3/t，瓦斯主要成份以CH4为主，占83.57%，其次为N2，占16.4%，其它成份为CO2等。根据某井田勘探（精查）地质报告、某矿区某矿井初步

13、设计说明书与某煤矿瓦斯抽放工程初步设计说明书4煤层瓦斯含量最高值达17.11m3/t，矿井瓦斯资源储量为8641.55Mm3（见表1-1），根据煤矿瓦斯抽采基本指标（AQ1026-2006），当矿井瓦斯绝对涌出量为80160m3/min，矿井瓦斯抽采率至少按45%计算（矿井实际抽采率远大于此值），矿井瓦斯应抽量为3888.39Mm3。表1-2某煤矿瓦斯储量统计煤层煤炭地质储量/Mt平均瓦斯含量/m3·t-1瓦斯资源储量/Mm3应抽量/Mm3备注4煤761.836.3054803.342161.504煤顶板2550.91147.905按4煤瓦斯储量的53.1%计算4上煤层（包括4上-1

14、、4上-2）164.634.448732.27329.524上煤层顶板554.37249.4665按4上煤瓦斯储量的75.7%计算合计926.458641.553888.39矿井瓦斯涌出量随着开采强度、深度的加大和开采围的增大而增大，历年瓦斯等级鉴定结果均为高瓦斯矿井，2009年矿井瓦斯等级鉴定结果为：绝对瓦斯涌出量78.80m3/min，相对瓦斯涌出量9.60m3/min，属高瓦斯矿井。依据矿井瓦斯涌出量分析，瓦斯主要来源于本煤层，占矿井瓦斯涌出量的80%以上。某矿井历年瓦斯等级鉴定情况见表1-3所示。表1-3 矿井瓦斯等级情况表年份绝对量(m3/min)相对量(m3/t)矿井瓦斯等级鉴定2

15、00787.5218.10高瓦斯矿井2008155.4921.78高瓦斯矿井200978.809.60高瓦斯矿井1.2.3 矿井开拓开采条件矿井设计产量为800万t/a，分两期建设，一期为300万t/a，于2003年8月开工建设，2006年8月建成试生产。矿井采用斜井单水平开拓，开采水平为+640m。现两条斜井和三条立井，其中一条主斜井，一条副斜井、一条进风立井和两条回风立井。主、副井口均布置在矿井工业场地中。401采区布置一个综放工作面，2个掘进工作面。411采区为开拓区域，布置3个掘进工作。矿井采用采区前进式、区后退式开采，回采工作面采用走向长壁综采放顶煤一次采全高、全部垮落法控制顶板方式

16、采煤。矿井为高产高效矿井，采煤机械化程度100%，掘进机械化程度90%。1.3 主要安全生产系统情况1.3.1 通风系统采用分区式通风系统，抽出式通风方式。401采区两条主、副斜井进风，1#回风立井回风。区布置两条进风大巷、两条回风大巷，两条回风大巷贯穿整个采区。实现了采、掘独立回风；主扇型号为DAF25-11.8-1型轴流式通风机两台，电机功率为750kW，排风量10735m3/min。411采区现为开拓区域，3#立风井进风，2#回风井回风。主扇型号为FBCDZNo-33，电机功率为345×2kW，排风量6975m3/min。矿井有效风量率97.21%，矿井负压1015Pa，矿井等

17、积孔11.06m2。矿井所有掘进面均使用对旋风机，并实现双风机、双电源、自动分风、自动切换。1.3.2 抽采系统目前，矿井有5套瓦斯抽放系统，总抽放能力1200m3/min。地面设抽放系统5套（安设2BEC72型水环式真空泵9台）；抽放主管道直径分别为630mm和820mm。用于采面采前预抽、上隅角埋管抽放、高抽巷抽放、采后卸压抽放、掘进工作面边掘边抽。抽放的瓦斯经抽放泵用于瓦斯发电。正在建设的6#、7#、8#抽放系统形成后，用于411采区瓦斯抽放。表1-4瓦斯抽放泵主要参数表抽放系统泵站名称抽采泵型号台数铭牌流量m3/min配套电机功率/kW铭牌负压围/MPa备注地面抽放系统地面泵站2Bec

18、72154006300-451.3.3 监测监控系统某煤矿目前使用的煤炭科院研究院KJ90N安全监控系统，该系统全面满足AQ6201-2006相关技术要求，具有良好的稳定性与可靠性。现矿井安装分站18台（其中井下12台，瓦斯泵站、主扇房6台），各类传感器共151台，其中甲烷传感器65台，温度传感器10台，CO传感器10台，负压传感器2台，风速传感器8台，设备开停传感器37台，管道V锥流量传感器5台，风门传感器 14台，断电仪18台；井下敷设光缆2600m，信号电缆42000m，主要通讯电缆3510m。主要对井下各采掘工作面与主要大巷、硐室的风量、瓦斯、温度、一氧化碳、负压与地面主扇、瓦斯抽放泵

19、站的运行参数进行实时监控。1.3.4 防尘系统井下防尘方式采用静压供水。处理后的回用水由高位水池自流，一路从主井108管道送至井下胶带大巷，供胶带大巷、1总回风大巷、2总回风大巷消防洒水和401采区综采工作面运顺施工用水；另外一路从副斜井219管道送至辅运大巷，供辅运大巷消防洒水与掘进施工和401采区综采工作面回顺、泄水巷、灌浆巷用水。411采区防尘系统：供水采用静压供水，由地面净化水池，从地面高位水池经副斜井、辅助运输大巷、换装站、4上煤辅助运输斜巷、4上煤1#辅助运输巷。1.3.5 防灭火系统矿井开采的4煤、4上煤属自然发火煤层，发火期3-5个月，最短24天，属类自然发火煤层。煤尘具有爆炸

20、性，爆炸指数30.08%。矿井采用了黄泥灌浆、注三项泡沫、凝胶防灭火、注氮、气雾阻化、束管监测与人工监测相结合的方法。目前矿井现有一套灌浆系统，其路线为:灌浆系统：地面灌浆站1副#斜井辅运大巷灌浆巷灌浆点。灌浆能力60m3/h(土方量为15m3/h)，能够满足401采区系统防灭火需要。注氮系统：矿井地面现设有四套制氮系统（ICH-857/2008）每台流量为1500m3/h，共计6000 m3/h。地面制氮站经325管路引至井下注氮点。束管监测系统：现矿井安装束管监测（KSS-2100）、（GC-4085）系统各一套，束管监测系统中心机房设在联建楼，该系统铺设16芯束主管路（至采煤工作面回联口

21、），铺设支管路到回顺至后落山。沿回顺上帮布置五个采样头，工作面上隅角、50m处、100m处、150m处，且采面每推采50m埋管采样，并随着工作面的推采而移动。通过采样头抽取气样，对采空区、落山与回顺的气体进行分析。气雾阻化：阻化泵安装在采面运顺，工作面配有5个喷头，24小时不间断井下喷洒。每班对前后落山封堵一次，减少采空区漏风，每周进行两次注三项泡沫。1.4 近几年安全投入、人力资源、管理情况1.4.1 安全投入情况某煤矿08年安全投入为5145万，09年安全投入为2826万，10年安全投入预计7800万。1.4.2 人力资源与管理情况某矿业集团公司设总工程师1名，通风副总工程师1名。设立通风

22、管理部，通风管理部配备业务主管6名，其中高工2名，工程师4名。通风管理部下设有通风调度中心，调度员4名，经过培训，持证上岗。集团公司与某煤矿两级单位成立了瓦斯综合治理示工程小组。某煤矿设有总工程师1名，通风副矿长1名，通风副总1名。下设通风管理部、通风维修队、瓦斯抽采队。管理人员与与技术工人经过能源职业技术学院与彬县职教中心培训合格后，全部持证上岗。矿井通风管理和特种作业人员统计情况见表1-5所示。表1-5 通风瓦斯管理与特种作业人员统计表 单位：人人数分类在册人数特种作业人数合计管理人员工人持证人数在岗人数小计工程技术管理岗位一、全矿在册152316183781362二、一通三防单位4222

23、913163931、通风部23871152、通维队1761028166 3、瓦斯抽采队2231147212三、特种作业（一通三防）2331871、瓦斯检查员1331092、瓦斯抽放工96743、监测监控工441.5 近几年安全事故分析某煤矿不断加强安全技术改造，强化安全管理，提高职工的素质，树立职工安全理念，特别是瓦斯治理技术水平的提高，设施的完善，工程技术人员水平的提高，未出现瓦斯造成的人员伤亡事故；但是值得注意的是，其他方面造成的伤亡事故还有发生，因此在重视瓦斯治理的同时，还应当进一步抓好其他方面的安全管理，使人员伤亡情况进一步改善。表1-6 近4年人员伤亡情况统计一览表 单位：人年份20

24、06200720082009死亡0000重伤3433轻伤5644其中某矿井2009年2月24日15时47分发生的火灾事故教训尤为深刻：2009年2月24日15时47分，某矿井发生火灾事故，事故发生地点为矿井40104工作面，该面是某煤矿开采的第二个综采工作面，布置在401采区，走向长度1920m，工作面长260m，属于高瓦斯特厚易自燃煤层超长工作面。该面于2008年4月15日开始回采，至2009年2月23日回采结束并准备回撤。因MG1660/650-WD型采煤机的摇臂销子因受力变形、锈蚀严重而采用常规办法很难退出，矿动力部已同煤机厂多次协商，均无较好的解决办法；考虑到40104工作面煤层自燃发

25、火周期短，争取按计划时间完成工作面回撤工作，某煤矿商定使用气焊割煤机摇臂销子，飞溅的火花引燃底板溢出的瓦斯，从而引燃了工作面采空区瓦斯，由于火势蔓延速度快，火势大，难以控制，最终造成矿井封闭。这是一起安全生产责任事故，直接原因是在40104工作面使用气焊割摇臂销子时，飞溅的火花引燃底板溢出的瓦斯，从而引燃采空区瓦斯，造成工作面火灾。间接原因：（1）某煤矿违反煤矿安全规程第二百二十三条之规定,制定和批准了MG1660/650-WD型采煤机摇臂销子施工电火焊安全技术措施，这是造成灾害的主要原因。（2）24日，40104工作面从事气焊工作，矿调度会未做具体安排，相关部门、人员均未接到实施气焊工作的通

26、知，致使有关人员对实施电火焊的相关工作落实不到位。（3）某煤矿在40104工作面气焊工作的准备与实施过程中，从矿领导到区队管理人员多人出现违章指挥，安全监管与安全监督不到位；现场工作人员违章作业，气焊时，未按措施要求铺洒沙子、设置风障。第二章 实施瓦斯治理示矿井建设的必要性和可行性2.1 目前矿井安全生产中存在的主要问题2.1.1通风系统存在的问题由于某煤矿起初按低瓦斯矿井设计，增加了一条回风大巷，需要不断延伸。2.1.2 瓦斯治理存在的问题1）矿井瓦斯预测技术与方法推广应用正在研究探索，预测准确性和效果较差。2）矿井瓦斯抽采技术研究分析正在起步阶段，提高瓦斯抽放浓度和抽放效果技术有待进一步探

27、讨。3）综采放顶煤工作面布置高抽巷最佳层位参数确定有待确定。2.1.3 瓦斯抽采系统存在的问题1）公司虽投入了大量的资金购入钻探设备，但仍然不能满足矿区瓦斯抽采施工需要，仍需继续引进先进的钻探设备。2）受井下采场（巷道）限制，实行“先抽后采”存在局限性，应大力推行地面钻孔（井）抽采方式。3）瓦斯抽采浓度还较低，难以采取较先进的综合利用方式。抽采方式尚难以满足矿区复杂瓦斯地质条件技术要求。瓦斯抽采参数还有待进一步优化，抽采工艺尚需开展进一步研究。2.1.4 瓦斯利用存在的问题1）矿井煤层渗透率低，采用预抽煤层瓦斯存在很大的困难，特别是采用地面钻井抽采瓦斯，处于科研试验阶段。2）瓦斯利用的大规模开

28、发，需要气源的抽放、输配、利用等的各个环节上，形成统一规划、统一管理、有序发展的格局，并对输送管网设施进行大规模的改造。3）瓦斯抽采量受煤炭生产影响很大，随季节和煤层地质状况等的变化，抽放供应很不均衡。2.1.5人员、设备与管理存在的问题某煤矿于2006年8月开始试生产，2008年12月份通过验收，生产年限短，瓦斯治理管理规章制度需要进一步完善，特别是具体的瓦斯治理工程没有建立对应的企业技术标准，无法保证瓦斯治理工程施工的制度化与科学化。矿井设置了瓦斯灾害综合治理专门机构，但是人员素质有待提高，需要建立和完善正常的职工教育培训机构，有计划地进行强制性全员安全培训，安监员、瓦检员等特殊工种岗位必

29、须做到持证上岗，需要对瓦斯治理相关单位的管理技术人员进行专业培训。2.2 实施瓦斯治理示矿井工程的必要性我国是世界上最大的产煤国，同时也是发生煤矿灾害事故最严重的国家。在煤矿特别重大事故中瓦斯事故所占比重最高。数据显示，在我国的煤炭事故中70%以上是瓦斯事故，因此，对瓦斯突出、瓦斯爆炸的预测与防治一直是煤矿安全的工作重点。2008年全国煤矿事故发生1954起、死亡3215人，其中瓦斯事故发生182起、死亡778人，分别占9.3%、24.2%，死亡3人以上事故中，瓦斯事故发生起数63起，死亡人数为290人，分别占总起数的53.4%和54.2%。在所有的瓦斯事故当中，瓦斯爆炸起数与死亡人数分别占总

30、数的31.75%和48.50%，瓦斯突出的起数与死亡人数分别占总数的58.82%和51.50%，瓦斯突出事故首次成为瓦斯灾害中的第一位。目前某煤矿生产过程中，瓦斯涌出量大，自燃发火严重，存在煤层抽采和预抽指标临界值缺乏，瓦斯治理工程量大等诸多问题。因此，需按照“通风可靠，抽采达标，监控有效，管理到位”的十六字工作体系，树立“区域性瓦斯治理先行，局部瓦斯治理为补充”的瓦斯治理理念，形成某瓦斯综合治理技术体系，达到“抽、掘、采”平衡，实现瓦斯利用最大化，最终建成瓦斯综合治理与利用的示矿井。2.3 实施瓦斯治理示工程的可行性某煤矿在建设之初就以高起点、高标准投入，建立了全国装机容量最大的低浓度瓦斯电

31、厂，也是全国唯一利用低浓度瓦斯发电机组余热尾气发电的电厂、省首家被国家发展和改革委员会确定的CDM(清洁发展机制)项目（发改气候20081431号），每年可获得十分可观的经济效益和CER（经核证的碳减排量）收益。世界上仅有澳大利亚成功利用矿井通风瓦斯发电，我国在这一领域尚属空白。彬长集团拟在某矿井建设通风瓦斯发电项目，可行性研究报告已通过中国工程院院士与有关专家评审，正在办理相关手续。将建成全国第一家矿井乏风瓦斯发电站，对我国煤矿通风瓦斯综合开发利用具有重要的示和带动作用。矿井采用8套瓦斯抽放系统，在防灭火方面采用了黄泥灌浆、注三项泡沫、凝胶防灭火、注氮、气雾阻化、束管监测与人工监测相结合的方

32、法。在瓦斯治理方面，近几年与科研院校合作，先后形成了对上隅角埋管抽放、采前预抽、高抽巷抽放、采后卸压、掘前预抽等成熟技术，对实施瓦斯治理示工程提供了可靠的技术保证。集团公司的领导的大力支持，是对实施瓦斯治理示工程提供了人力、物力、财力保证。某煤矿员工的高学历、高素质是实施瓦斯示矿井的基础。综上所述，某煤矿具备建设瓦斯治理示矿井的条件。第三章 瓦斯治理示矿井建设指导思想、目标与主要建设容3.1 示工程建设的指导思想彬长矿业集团某煤矿瓦斯治理与利用指导思想为：坚持“安全第一、预防为主、综合治理”安全生产方针和“先抽后采、监测监控、以风定产”瓦斯治理方针，牢固树立保护生命、保护环境、节约资源的理念，

33、自主创新，强化瓦斯抽采，实施区域性根治瓦斯灾害战略，保障煤矿安全生产，增加清洁能源供应与利用，减少生态环境污染，促进煤炭工业可持续发展。3.2 示工程建设的总体目标彬长矿业集团某煤矿瓦斯治理与利用总体目标为：1）杜绝瓦斯重大伤亡事故，控制采空区发火事故；2）实施“区域瓦斯治理先行，局部瓦斯治理为补充”的瓦斯治理战略和“地面、井下瓦斯抽采相结合”的瓦斯治理模式，实现矿井安全高效生产；3）2010年底，煤层瓦斯抽采量达3800万m3，瓦斯利用量达1300万m3，实现瓦斯抽采率达到50%以上，可利用瓦斯的利用率达到80%以上。3.3 示工程建设的工作目标树立“瓦斯治理是安全生产的前提，瓦斯治理的根本

34、是瓦斯抽采”的意识，坚持“高投入、高素质、严管理、强技术、重责任”的瓦斯治理原则。始终以“抽放为主、风排为辅”治理瓦斯，将“区域预抽、边掘边抽、采前预抽、边采边抽、采后卸压抽放和高抽巷抽放”作为矿井瓦斯综合治理的实施方法。2010年底，某矿井建设成瓦斯综合治理与利用示基地。1）优化矿井通风系统，满足系统合理、设施完好、风量充足、风流稳定的要求，矿井风量富余系数达到规定要求。2）提升装备水平，实现多措并举、应抽尽抽、抽采平衡，改造灌浆站系统和建成四套制氮防灭火系统。3）安全监测监控系统，达到装备齐全、数据准确、断电可靠、处置迅速的规定。4）构建责任明确、制度完善、执行有力、监督严格的管理机制，节

35、约利用资源，保护环境，促进瓦斯利用。5）着力构建“通风可靠、抽采达标、监控有效、管理到位”瓦斯综合治理工作体系，建立瓦斯治理示矿井，推动瓦斯治理再上新台阶，预防瓦斯事故，实现安全生产。3.4 示工程建设的工作容1）健全瓦斯治理责任制和技术管理体系为保障瓦斯治理规划的制定、组织和实施，建立以矿业公司总经理为安全生产第一责任人的瓦斯治理责任体系，制定和完善瓦斯治理的各项规章制度。健全瓦斯治理技术管理体系，一是健全以总工程师为核心的技术管理体系，设立通风部、通维队、抽灭队、监测中心、通风调度等专业队伍和机构，配足配齐技术人员；二是矿井的开拓部署、采区设计、生产系统调整与新技术、新装备、新工艺的推广应

36、用由总工程师决策，其他副职对自己所分管的业务围负责。2）优化和完善矿井通风系统（1）矿井必须有独立完整的通风系统，实行动态管理、动态检查，不断优化，保持系统的简单、稳定、可靠。按规定与时组织通风阻力测定，掌握矿井阻力分布情况。经过通风系统改造整合，到2009年底，矿井通风阻力满足煤矿井工开采通风技术条件（AQ1028-2006）的要求。（2）矿井实行分区通风，实现采、掘独立回风；严格按照规定施工井下所有风门、风桥、密闭等通风设施与构筑物，提高有效风量率；同时，加强通风巷道维修，保证风流畅通，主要进回风巷实际断面不小于设计断面2/3。（3）按规定与时测风、调风，保证采掘工作面与其它供风地点风量、

37、风速持续均衡，实施局扇挂牌管理，专人负责并持证上岗，采用双风机、双电源，能自动分风、自动切换，保证连续、稳定运转 ，每天进行一次正常工作的局部通风机与备用局部通风机自动切换试验。3）加大瓦斯抽采和抽采达标考核评估（1）坚持多措并举，开展地面与井下瓦斯抽采相结合，井下区域抽采与边掘边抽相结合，采前预抽与边采边抽相结合，高抽巷抽采与卸压抽放相结合的瓦斯抽采方式。一是对井下区域进行大孔径长距离施工钻孔和定向钻进技术的应用，采前施工网格式钻孔等瓦斯预抽方法，减少煤层瓦斯含量，同时，进行边掘边抽、边采边抽、采后卸压抽采、高抽巷抽采、上隅角埋管抽放与地面钻探等抽采方法，降低生产过程的瓦斯涌出量。对回采区域

38、煤层的瓦斯压力、瓦斯含量、煤层透气性等参数进行测定，选择合理的抽采系统、抽采方法和抽采工艺。（2）按照瓦斯抽采工程与采掘工程同时设计、超前施工、超前抽采的原则，安排掘进部署，提前形成采面的瓦斯预抽系统，满足采前预抽时间达到六个月的规定，依据瓦斯抽采达标煤量安排生产计划，始终坚持采掘生产活动在抽采达标的区域进行。同时探索适用的瓦斯抽采参数，改进封孔工艺，提高瓦斯抽采浓度和抽放效果，增加抽放瓦斯利用量。（3）对瓦斯抽采效果进行评估，使煤层经瓦斯抽采后，抽采率、可解析瓦斯量和回风流瓦斯浓度均达到煤矿瓦斯抽采基本指标的要求后，方可组织回采。4）升级和完善监测监控系统（1）按照煤矿安全监控系统与检测仪器

39、使用管理规（AQ1029-2007）的要求对安全监测监控系统进行升级改造，到2010年矿井安全生产监测监控系统全部实现工业以太网信息管理平台，达到装备、功能齐全、数据准确、断电可靠、处置迅速的监控系统，确保监控有效。（2）完善各种规章制度（安全监测监控岗位责任制、操作规程、值班制度、维护调校等规章制度），做到图纸台帐齐全，配备足够的管理、维护、检修、值班人员，并经培训持证上岗，与时维护、定期调校，保证系统运行平稳、数据准确可靠。5）全力推进瓦斯治理示矿井建设经过不懈努力，矿业公司目前瓦斯治理基础条件较好，上报陕煤化集团列入为瓦斯治理示矿井建设单位，矿井将按照“统筹规划、分步实施、典型示、总体推

40、进”的工作思路，推进示矿井建设。6）加强职工岗位技能培训定期不定期的对职工进行瓦斯治理培训，实行瓦斯治理人员持证上岗制度，鼓励大中专毕业生参加瓦斯治理工作，进行瓦斯治理研究。教育职工认识瓦斯治理是解放生产力、发展生产力，是提高产量、提高效益、安全发展的根本途径，树立“瓦斯事故可以预防和避免”、“瓦斯是资源和清洁能源”的意识，正确处理安全与生产的矛盾，坚持“抽采跟着掘进走，开采跟着抽采走”的瓦斯治理思路，进行瓦斯治理。第四章 瓦斯治理示矿井工程建设容与实施方案4.1 矿井通风系统改造2010年建成2#回风立风井、2#辅运大巷，使矿井的风量富裕系数达到1.8以上。矿井两条总回大巷，实行采掘独立回风

41、。和科研院校合作，进一步优化矿井的的通风系统。形成双通风系统，即401采区与411采区两个分别独立的通风系统。矿井示工程建设需要掘进巷道共3743m，其中2#副斜井总工程量为1700m，高抽巷岩巷工程量3840m，钻场工程量为220个，钻孔工程量为151650m。在地面施工4个地面抽采井。矿井示工程建设需构筑风门墙10道、防爆墙3道。4.2 矿井瓦斯抽采系统矿井现有5套抽放系统，每套设计流量为400m3/min,合计总的流量为2000m3/min，能够满足安全生产的需要。建设6#、7#、8#瓦斯抽放系统，建成后，瓦斯抽放备用系数由原来的1.4上升到2.0。瓦斯抽放管路铺设工程量为400m

42、15;3，预计在2010年8月份完成。瓦斯抽放泵站基建工程：现已完成。正在进行瓦斯抽放泵的安装工作。目前地面瓦斯抽采试验井1#井场已经施工完毕，开始产气，日产气800m3。2#井场正在施工，待试验井有效评估后，如果有规模开发价值，再继续进行地面瓦斯抽采，并在气量达到30万m3/d后与中华煤层气公司合作进行压缩利用。现矿井瓦斯涌出量117.02m3/min,抽放量为84.41m3/min矿井抽采率为73.01%，回采工作面瓦斯抽采率87.2%，回采抽采钻孔量达到0.066m/t以上。做到掘进区域与回采区域抽采系统分开，采前预抽与采后卸压抽采分开。按照以利用促抽采、以抽采保安全、以安全增效益的总体

43、思路，拓展和延伸矿区瓦斯开发利用领域。在地面待开采区域，施工地面抽采钻孔，降低未开采区域瓦斯含量，减少开采期间的瓦斯治理难度。4.3 矿井防灭火工程矿井现有一套黄泥灌浆系统，灌浆量为60m3/h，每天灌注8-10小时，能过满足防灭火工作的需要。引进先进经验和技术，建造一套智能黄泥灌浆站，预计投资400万左右，设计和租地工作已完毕，6月份进行基建工程，预计在9月份可投入使用。正在与科研院校合作，研究液态二氧化碳防灭火研究，已经进入实施阶段。4.4 瓦斯监测监控系统改造后KJ90N监测系统，目前运行正常，满足安全生产需要。4.5 矿井防尘系统矿井目前防尘系统完善。2010年准备解决综掘机和采煤机二

44、次负压降尘设备，预计投入资金160万元左右。改造和更新矿井自动喷雾系统30套。4.6 瓦斯治理技术实施方案4.6.1 矿井瓦斯抽采方法的选择原则矿井瓦斯抽采方法应以瓦斯预抽为主，首先考虑地面钻孔抽采;其次考虑在不具备地面钻孔抽采条件时，提前设计、施工井巷工程，进行整个盘区（采区）原始煤层预抽;次之再考虑采用掘前预抽、边掘边抽、采前预抽、边采边抽、采后抽放等方法。根据煤层赋存条件、巷道布置、瓦斯基础参数、瓦斯利用要求等因素经技术经济比较确定，并应符合以下要求：1）尽可能利用开采巷道抽采瓦斯，必要时可设专用瓦斯抽采巷道。2）适应煤层的赋存条件与开采技术条件。3）有利于提高瓦斯抽采率。4）抽采效果好

45、，抽采的瓦斯量和浓度尽可能满足利用要求。5）抽采瓦斯工程系统简单，有利于维护和安全生产，建设投资省，抽采成本低。某煤矿均为厚煤层多层开采，各煤层透气性系数属可抽采煤层，矿井具有采前预抽、本煤层边采（掘）边抽与采空区邻近层抽采瓦斯的条件。因此，本方案拟采用采前地面钻井与井下钻孔预抽煤层瓦斯、钻孔边采（掘）边抽、采后卸压带的高位钻孔与顶板走向高抽巷、上隅角插管抽采瓦斯等相结合的综合瓦斯抽采方法，以尽量有效地减小采掘工作面的瓦斯涌出量，保证矿井的安全生产。4.6.2 矿井保护层开采瓦斯抽采技术为延缓主采煤层的延深速度，以与为瓦斯治理提供时间和空间上的保证，矿井应调整开采程序，优先开采保护层。同时，对

46、主采煤层上覆薄煤层的赋存情况进行勘探调查，积极寻找可以作为保护层开采的薄煤层与其块段。根据矿井煤层赋存特点，某煤矿主要开采煤层为4煤（全井田可采），其它煤层为局部可采。因此，当矿井开采西翼煤层时，在4煤上覆煤层可采的条件下，优先开采4煤上部煤层，以达到解放开采层的效果，并采用采空区埋管、回采面边采边抽等瓦斯抽采技术，由此则可提高钻孔预抽煤层瓦斯的效果，降低4煤开采时的瓦斯涌出量。4.6.3 采前预抽煤层瓦斯技术工作面采前瓦斯抽采又称预抽煤层瓦斯，一般是属于未卸压煤层的瓦斯抽采，主要抽采方法有地面钻孔预抽法和井下钻孔（巷道）预抽法。4.6.3.1 地面瓦斯预抽技术同澳大利亚艾若煤层气技术（中国）

47、合作，已经基本确定了施工两组1直2水平“V”型结构试验井方案。1）试验井目标（1）验证彬长矿区CBM 是否具有商业性开发的价值。（2）为研究彬长矿区瓦斯分布规律提供依据。（3）进行地面抽采以减CBM对煤矿开采的危害。（4）扩展性目标：采空区瓦斯抽放。为后续采矿提供煤层地质参数。抽放孔注水减少后续采矿火灾事故。2）布井依据（1）试验井组目标（2）地质资料研究结果（3）模拟研究结果3）井眼位置与井眼结构（1）第一组试验井位于大巷东部的401采区平行108工作面，第二组试验井位于大巷西部的401采区凤井南250m左右垂直于大巷，见图4-1。图4-1 地面钻孔试验井平面布置图（2）井网结构井网结构采用

48、“V”字型井网，即一口垂直生产井和两口水平井，垂直与水平井间距800-1000m,水平井段在煤层中穿越约600-800m ，水平井间距为100m。4）井身结构垂直生产井采用两开加煤层扩孔结构完井结构，水平井采用三开与垂直经对接加PVC开孔管支撑煤层段结构完井，见图4-2。图4-2 地面钻孔结构图5）地面排采钻井完成后，安装井下和地面排采设备进行排采试验和评价，排采时间一年。4.6.3.2 井下煤层瓦斯预抽技术1）掘进面水平长钻孔预抽技术掘进面水平长钻孔预抽是工作面未掘进前，在顺槽上下帮布置钻场，在钻场布置走向水平长钻孔，钻孔直径250mm，利用大直径长钻孔对掘进面进行超前预抽（如图4-3所示）

49、。图4-3 掘进面水平长钻孔预抽布置图（1）掘进面水平长钻孔预抽技术优缺点优点：抽采瓦斯浓度高、系统抽采时间长、抽采量稳定、钻孔瓦斯流量大、掘进抽采钻场数目少。缺点：钻孔施工技术要求高。（2）钻场布置参数钻场间距：根据钻孔施工长度与掘进工作面的瓦斯涌出量大小确定钻场间距。钻场规格：宽7.0m×深5.0m×高2.8m。（3）钻孔布置参数采用MK-7钻机，在待掘巷道两侧距离巷壁57m各布置23个抽采孔，钻孔层位选择在巷道的中上部，防止瓦斯向工作面的涌入。（4）钻孔封孔采用卷缠药液与水泥砂浆混合法进行封孔，封孔深度不小于10m，聚氨酯封孔长度不小于2.0m，水泥砂浆封孔长度78m

50、，其封孔工序为：制备封孔管。选用长度为11m的40抗静电塑料管，在管的前端管壁打筛孔，以防止堵塞。在距管端1m处套上木塞和橡胶垫圈，以防止聚氨酯发泡膨胀时向孔流失。密封段长度不小于2m，距前端橡胶垫圈2m处，再套上一个橡胶垫圈和一个木塞，并用铁丝绑紧，以免聚氨酯向孔外流失。另外，在密封段，固定一块麻袋布，封孔结构如图4-4所示。图4-4 缠药液封孔管结构图混合试剂和涂布卷缠。按封孔用量称甲乙两组试剂，倒入混合容器，快速搅拌，当混合液由原黄褐色稍变为乳白色，停止搅拌；将混合液均匀倒在麻袋布上，然后将卷缠好的药液的封孔管插入钻孔，要求整个操作不超过5min。注浆封孔。在搅拌桶中将足量水泥、生石灰与

51、清水均匀混合，搅拌成糊状。然后用矿用封孔泵注入钻孔，直至注满钻孔，封孔长度78m，如图4-5所示。图4-5 钻孔封孔结构示意图（5）钻进期间钻场瓦斯治理如钻孔施工过程中，孔瓦斯涌出量大，影响施工安全时，可安装局扇供风，并采用孔口管装置使钻孔与抽采管路连接，防止孔瓦斯涌入钻场，达到边钻进边抽采的目的，解决打钻过程中孔瓦斯涌出问题。2）采煤工作面预抽煤层瓦斯技术（1）相邻工作面为综放面时利用相邻综放工作面的复用巷道布置采前预抽钻孔；另在工作面运、回顺槽分别向工作面施工倾向煤层钻孔，钻孔把开采煤层分为三层进行采前瓦斯预抽。利用复用巷道布置采前预抽钻孔。抽采钻孔间距为6m；钻孔深度等于工作面倾向长度；

52、钻孔直径113mm；钻孔角度根据煤层倾角变化与厚度情况进行调整，钻孔终孔层位在煤层顶板下方1m左右，见图4-6。采用卷缠药液与水泥砂浆混合法进行封孔，封孔深度不小于10m，聚氨酯封孔长度不小于2.0m，水泥砂浆封孔长度78m，抗静电塑料管长不小于10m，封孔工序同掘前预抽。图4-6 工作面采前预抽钻孔布置示意图在工作面运、回顺两顺槽分别向工作面施工倾向煤层预抽钻孔。抽采钻孔间距为5m；钻孔深度比倾向长度的一半多20m；钻孔直径113mm；钻孔角度根据煤层倾角变化进行调整，钻孔终孔层位在对面顺槽巷道顶部1m左右，见图4-7。采用卷缠药液与水泥砂浆混合法进行封孔，封孔深度不小于10m，聚氨酯封孔长

53、度不小于2.0m，水泥砂浆封孔长度78m，抗静电塑料管长不小于10m，封孔工序同掘前预抽。（2）开采不相邻工作面时在工作面运、回顺两顺槽分别向工作面施工倾向煤层钻孔，对本煤层进行采前瓦斯预抽。钻孔布置参数。抽采钻孔间距为5m；钻孔深度比倾向长度的一半多20m；钻孔直径113mm；钻孔角度根据煤层倾角变化与厚度情况进行调整，钻孔终孔层位在对面顺槽巷道顶部1m左右，见图3-7。泄水巷灌浆巷运输顺槽回风顺槽A-A剖面AA工作面100m泄水巷运输顺槽采前预抽钻孔回风顺槽灌浆巷采前预抽钻孔辅助运输大巷胶带运输大巷中央回风大巷图4-7 工作面采前预抽钻孔布置示意图封孔工艺。采用卷缠药液与水泥砂浆混合法进行

54、封孔，封孔深度不小于10m，聚氨酯封孔长度不小于2.0m，水泥砂浆封孔长度78m，抗静电塑料管长不小于10m，封孔工序同掘前预抽。（3）此方案布置优点钻孔在空间交叉点处煤的塑性变形加大，相当于增加了钻孔孔径，即在相当程度上增加了钻孔破坏区的体积，增大了孔周破坏区连通性，因而扩大了煤体松动卸压围，提高了钻孔控制区煤层的透气性。克服了单一钻孔布孔方式下由于塌孔而导致的钻孔抽不出瓦斯或抽出瓦斯量减少的缺陷，其相当于增加了钻孔的有效长度。此方案钻孔布置的方式，由于运输顺槽钻孔和回风顺槽钻孔相间布置，钻孔和煤层的解理、节理以与裂隙的连通概率、频度得以增加，煤层裂隙和钻孔的连通性得以进一步改善。当煤层回采

55、后，仍可以继续抽采，抽采钻孔只是随工作面推进而逐步报废，并且还可抽采工作面前方的一段卸压瓦斯。4.6.4 边采（掘）边抽煤层瓦斯技术4.6.4.1 边采边抽煤层瓦斯技术在工作面接续时间紧的情况下，如果预抽时间不足，这时应当采用边采边抽方式来解决工作面瓦斯的大量涌出。抽采布置方式同回采工作面采前预抽（如图4-6与4-7），只是在工作面回采时，距工作面5m以上围的预抽钻孔仍继续抽采，当工作面采到钻孔附近（距工作面510 m），受采动应力的重新分布影响，造成此围的卸压，使此带煤体裂隙增加、煤体的渗透性能大大增大，因而能达到较好的抽采效果，并可在采面回采之前起到一定的预抽作用，此即边采边抽。这种抽采方式对厚煤层高瓦斯矿井有重要的意义，是一种行之有效的抽采煤层瓦斯方法。4.6.4.2 边掘边抽煤层瓦斯技术对于无条件进行长钻孔预先抽采的区域，掘进时采用边掘边抽的抽采工艺。即掘进工作面在巷道两帮开钻场向掘进前方打钻孔，一