强化矿井瓦斯抽采平衡与利用.doc

强化矿井瓦斯抽采平衡与利用促进企业安全发展重庆中梁山煤电气有限公司一、矿井概况重庆中梁山煤电气有限公司的前身是中梁山矿务局，2001年改制为重庆中梁山煤电气有限公司，现隶属于重庆市能源投资集团公司。中梁山煤田分南矿、北矿2对矿井开采。两矿于1955年开工建设，1959年简易投产，设计能力为年产原煤180万t。中梁山矿区是全国闻名的瓦斯灾害严重矿区，是低透气性煤层群、地质构造异常复杂、煤岩瓦斯赋存十分丰富的典型矿区。煤田走向长11000m，煤田东西狭长为500600m，煤田总面积2.55km2。煤系地层属二叠纪龙潭组煤系，含煤10层（从上到下编号为K1，K2，K10），煤层总厚度14.91m，煤层厚度平均0.472.38m，煤层倾角6575，层间距0.2525m，为急倾斜近距离煤层群。中梁山煤田为一较对称的封闭型覆舟状背斜构造（图1），煤田内地质构造极其复杂，次生断层每平方公里多达1071条。煤层的透气性系数0.0180.8 m2/(MPa2d)，属低透气性煤层。煤系地层上部未出露地面，表土层覆盖较厚，封闭性较好，瓦斯大量储存于煤层和岩层中。煤田内除K2煤层（保护层）外，其余各层均有煤与瓦斯突出危险。煤田内埋深1500m以浅面积256.46km2内，瓦斯储量为406亿m3。矿井煤层瓦斯最大压力4.7MPa，煤层瓦斯含量为15.4119.3 m3/t，矿井相对瓦斯涌出量92.97220.52 m3/t，绝对瓦斯涌出量58.1364.56 m3/min，矿井瓦斯等级属煤与瓦斯突出矿井。中梁山矿井的瓦斯灾害从建井之初就严重制约着安全生产，建井以来矿井发生煤与瓦斯突出98次，发生瓦斯爆炸事故2起，瓦斯事故死亡251人，占矿井事故死亡总人数的50。中梁山人经过40多年的不懈努力，逐步形成了较系统的抽采规范、较先进的抽采理念和具有中梁山特色的立体瓦斯抽采技术。瓦斯抽采量逐年上升，20世纪60年代为7281万m3，70年代为10719万m3，80年代为20391万m3，90年代为25235万m3，20002007年共23500万m3（图2）。每产吨煤瓦斯抽采量在20世纪80年代为33 m3，90年代为45 m3，目前已达81 m3（图3）。20世纪80年代以前瓦斯利用率为20，80年代以后利用率为100。矿井瓦斯抽采系统如图4所示。中梁山矿区瓦斯抽采的安全效果日益明显，公司连续近6年实现了无瓦斯事故的目标，其中北矿井已连续16年未发生煤与瓦斯突出事故。 图1 北矿井煤田剖面示意图 图2 瓦斯抽采量变化情况柱状图图3 日产吨煤瓦斯抽采量变化情况柱状图图4 南矿瓦斯抽采系统示意图二、统筹规划，合理部署，实现矿井抽采平衡公司长期坚持“抽采规划和采掘规划同步，抽采设计与采掘设计同步”以及开拓区、抽采区、保护层开采区和被保护层开采区“四区成套三超前”的合理部署原则，积极落实瓦斯抽采由“措施型”向“工程型”、“局部抽采”向“区域抽采”、“被动治”向“主动防”的转变，努力实现矿井瓦斯抽采平衡，从根本上消除矿井瓦斯灾害。(一)周密安排，做到抽采和采掘规划、设计同步由总经理挂帅、总工程师具体组织，公司在进行南矿和北矿采掘规划的同时，定期编制矿井瓦斯抽采中长期（35年）规划和年度计划。重点突出了1个规划和3个计划，明确了10个节点，提供了3个保障措施。即重点突出了中长期规划和年度、季度、月度计划；明确了抽采的布局、方式等，其内容包括抽采工程的抽采巷道和钻孔量、抽采装备购置和管路安装、工程实施和竣工时间、抽采范围和技术要求、抽采量和抽采率等10个节点；提供了实施抽采所需的人、财、物保障措施等。南矿和北矿新水平、新采区的设计充分体现了“抽采跟着掘进走，开采跟着抽采走”的原则，并在设计中编制了矿井瓦斯抽采专篇，从采区设计、开拓布局源头为瓦斯抽采创造条件。在进行矿井采掘部署设计时，同步进行瓦斯抽采工程的设计，设计的内容有专用瓦斯抽采巷道、抽采钻孔、抽采管道、放水器设置和抽采工程量、抽采煤层控制范围、工程进度等。(二)周密部署，做到“四区成套三超前”，实现矿井瓦斯抽采平衡我们始终坚持先采保护层，再采被保护层。在进行采掘部署时，专用瓦斯抽采巷道同主要开拓、准备巷道都布置在坚硬致密的离突出煤层较远的茅口灰岩中，然后在抽采巷道向煤层群施工网格式区域抽采钻孔，抽采至少4个月以上，并经安全评估后才能进行石门揭煤工作；抽采至少半年以上，才能进行保护层工作面巷道的施工；抽采至少1年以上，才能进行保护层工作面的开采；被保护层的卸压瓦斯抽采3个月以上才能进行巷道掘进。近年来，矿井形成了“四区成套三超前”的合理部署格局，即：开拓区超前于抽采区至少300m，抽采区超前于保护层开采区至少300m，保护层开采区超前于被保护层开采区至少300m（图5）。动态抽采达标煤量（符合煤矿瓦斯抽采基本指标的煤量）达到380万t，是矿井核定生产能力的6倍。图5 “四区成套三超前”模拟图三、多措并举，应抽尽抽，全面实施具有中梁山特色的网格式立体瓦斯抽采技术(一)坚持“抽采跟着掘进走”，对重点部位实施局部集中抽采1.石门网格式钻孔集中预抽距K10煤层1025m的底板灰岩中布置一条专用瓦斯抽采巷（东西翼各一条），在抽采巷中每隔300m布置一个石门，当抽采巷掘至石门位置时，必须立即进行石门网格式预抽钻孔的施工，即抽采钻孔必须随着抽采巷的掘进而施工。施工完毕，立即封孔进行瓦斯集中抽采。抽采至少120天，并符合其它相关规定后，才进行石门揭煤的掘进工作（图6）。图6 石门瓦斯抽采钻孔示意图2.掘进巷道邻近层条带针对性抽采在K2保护层煤巷掘进结束后，沿该巷道向邻近的K1突出煤层施工抽采钻孔，钻孔终孔间距10m，形成沿倾斜方向30m的条带抽采区域。这样既解决了K1掘进时的瓦斯问题，又为K2保护层开采时卸压瓦斯的抽采创造条件，确保了该区域采掘工作的顺利进行（图7）。图7 掘进巷道邻近层条带抽采图（二）坚持“开采跟着抽采走”，实施区域性网格式钻孔预抽瓦斯采区巷道布置前，必须在专用瓦斯抽采巷道中施工穿透各煤层的瓦斯抽采钻孔，然后并网进行瓦斯抽采。区域抽采至少半年以后才能安排K2保护层工作面巷道的掘进，巷道掘完且该区域必须抽采至少一年以后才能进行K2保护层的开采，即保护层的开采必须经充分的区域性网格式预抽。1.区域性网格式预抽方法在茅口灰岩中设计施工一条专用瓦斯抽采巷道，抽采钻场布置在抽采巷道中，每隔40m施工一个钻场，每个钻场施工1624个穿透各煤层的钻孔，钻孔孔径75150mm，钻孔最大深度约120m，终孔间距10m（图8）。图8 +60mNC3-C4抽采钻孔示意图2.卸压瓦斯抽采方法在布置区域性网格式预抽钻孔时，只设计约三分之一的钻孔穿过K2保护层进入K1煤层，其它钻孔既作为区域性网格式预抽钻孔，又作为卸压瓦斯抽采钻孔。当K2保护层开采时，邻近煤层卸压瓦斯即通过这些钻孔进行抽采。矿井卸压瓦斯抽采钻孔的终孔间距为1015m，抽采负压为1015kPa（图9）。图9 卸压瓦斯抽采示意图（三）坚持“采煤与采气同步”原则，实施采后分层分源抽采由于区域抽采钻孔终孔层位布置到K1，在K2开采后所有钻场的抽采孔都失去抽采价值，减少了瓦斯抽采量。为了更好地利用这些钻孔，采用钻机对抽采钻孔在K7（铁板石）或K4-5岩层处进行重新封堵，抽采下方各煤层瓦斯。这种分层分源抽采方式可使单孔抽采瓦斯浓度达到75，流量达到0.867 m3/min,抽采负压达到35kPa，采区抽采率提高了30(图10)。图10 分层分源抽采示意(四)坚持“采煤与采气并重”，实施全方位的瓦斯抽采1.采空区抽采为解决保护层工作面瓦斯超限问题和尽可能多回收瓦斯资源，我们对采空区的瓦斯进行了抽采。采空区瓦斯抽采分为石门密闭直接插管抽采法和钻孔抽采法两种（图11）。图11 井下密闭抽采示意图2.地质构造带、裂隙和地面钻孔瓦斯抽采对断层地带、构造地带、溶洞裂隙地带的瓦斯实施临时抽采，也具有十分重要的意义。如+70mNWC6C7抽放巷和220mSEC5等处，由于裂隙多、瓦斯涌出量大，针对裂隙带专门布置钻场，施工抽采孔，解决了采掘过程中的安全威胁（图12）。图12 北矿+70mNWC6裂隙抽采示意图1999年在南矿地面施工2个钻孔进行了抽采，抽采时间近4年，抽采瓦斯量达100万m3。到目前为止，通过全面实施网格式立体瓦斯抽采，南矿、北矿共有瓦斯抽采钻场335个，钻孔3450个，其中预抽钻场252个，预抽钻孔2850个，占抽采钻孔总数的82.6。矿井抽采瓦斯浓度4047，单孔平均抽采量0.020.1 m3/min。预抽瓦斯量占抽采总量的60，卸压瓦斯抽采占28，地质构造带瓦斯抽采占8，其它方式抽采占4。近年完成瓦斯抽采钻孔工程量70000m/a以上，抽采量已超过4000万m3/a，日产吨煤瓦斯抽采量达81 m3以上，开采前煤层残存瓦斯含量约7 m3/t，矿井瓦斯抽采率达68左右。四、以用促抽，变害为宝，有力地推动了瓦斯抽采利用的协调发展（一）瓦斯资源的开发利用，为企业和社会经济建设、环境保护发挥了重要作用中梁山公司长期坚持以抽采作为瓦斯灾害的治本之策，同时还积极探索矿井瓦斯综合利用的路子。20世纪80年代以来，中梁山的矿井瓦斯就开始大规模民用，目前已为重庆市的九龙坡区、沙坪坝区、大渡口区城镇居民提供清洁能源。经过20余年的瓦斯利用的发展，矿井抽采的瓦斯已100的用于城镇燃气供给，公司年利用瓦斯超过4000万m3，相当于节省标煤8万余吨（1 m3瓦斯气按终端利用率计算，相当于1.82.0kg标准煤），年供气收入约4000万元。矿井瓦斯的利用，既缓解了市区燃气紧张的状况，又减少了对大气环境的污染。（二）形成了完善的瓦斯供气系统抽采出的矿井瓦斯经管道输送至储气柜存储，再经压缩机加压后输入供气中压管网，到各用气点通过调压装置降压供各用户使用，使用计量由各用户端的计量装置实施。供气系统中，安装有各种阀门井246个，调压箱和调压柜1304个，流量计80000个。目前，公司供气区域已达70km2，管网长度300km，矿井瓦斯供给工业、商业与民用8万多户，服务城乡居民30多万人，服务区域的城镇气化率已达80。储配站输气流程如图13所示。图13 煤层气输气流程示意图（三）瓦斯供气系统的工艺革新，为矿井瓦斯的利用提供了坚实的保障1.实施天然气调质配气新工艺，提高瓦斯供气能力中梁山公司根据矿井瓦斯抽采情况，为促进瓦斯的全面利用，引进了调质、调峰技术，供气能力提高了1倍，既有效解决了因瓦斯浓度变化造成的供气热值波动问题，又对供气高峰时瓦斯供给不足进行了调峰，提高了对外供气能力，赢得了瓦斯用户的好评。2.应用新材料制成的瓦斯输送管道，提高瓦斯输送能力我公司是重庆市较早使用塑料管道的燃气供应企业，2002年开始引进并使用大管径的聚乙烯燃气管（PE管），至今公司已经安装并投入使用的聚乙烯燃气管道（PE管）已达65km，并将逐步更新取代已建的小管径钢制管道，既提高了管道抗腐蚀的能力，有效地延长了瓦斯供气管道的使用寿命，又大大提高了输气能力。（四）用好瓦斯（煤层气）抽采利用的相关政策，促进矿井瓦斯抽采(1)根据财政部、国家税务总局关于加快煤层气抽采有关税收政策问题的通知（财税200716号）文件精神，公司有关煤层气抽采利用的增值税先征后退、企业所得税的优惠政策已与重庆市相关税务部门衔接，并得到了落实。(2)财政补贴政策方面，根据财建2007114号文件精神，公司已与财政部驻重庆专员办事处衔接，中央财政对煤层气民用的（0.2元/ m3）补贴政策已得到落实（地方财政补贴政策尚未出台）。(3)价格调节政策方面，公司煤层气用于民用、工业、商业。依据渝价200674号文件规定，我公司煤层气供气价格分别为（不含税）：民用气销售价格0.80元/ m3,工业用气销售价格0.986元/ m3，商业用气价格1.685元/ m3。五、瓦斯抽采和利用需要科学的理念来指导根据企业的实际，公司适时提出了“采煤求发展，采气奔小康”的响亮口号。按照国家制定的瓦斯抽采方针，结合多年的抽采实践，总结并全面实施了适合中梁