淮南矿区瓦斯治理技术.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（1226m3/t）、埋藏深（-300-1500 m）、表土层厚（200600 m）、极松软（f =0.20.8）、透气性低（=0.0011m2/(MPa2.d)）、瓦斯压力大（Pmax=6MPa）。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815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19871997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19611997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1741(3)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825m，倾斜方向030m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2550%。（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（35m）和深埋（2040m）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25%，纯量0.51.5 m3/min；深埋抽采时抽采浓度为515%，纯量26 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311mm、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3035%、纯量34.5m3/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。19982000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。20002002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