煤与瓦斯共采技术现状及综述专题报告

目录1 绪论31.1引言31.2现状31.2.1现状31.2.2瓦斯抽采技术现状31.3我国煤矿瓦斯治理技术的发展及现状41.3.1煤矿瓦斯抽放技术41.3.2煤与瓦斯突出防治技术41.3.3瓦斯综合治理现状52 我国瓦斯综合治理存在的主要问题62.1安全管理技术方面62.2瓦斯治理技术方面73 瓦斯综合治理发展战略84 瓦斯综合治理关键技术工作94.1利用矿井通风系统优化治理矿井瓦斯94.1.1矿井通风系统减阻增风优化技术104.1.2利用危险源辨识与控制技术进行通风优化改造104.1.3危险源辨识和控制技术的应用104.1.4矿井通风系统方案优化的评判指标114.2利用改变采面通风方式治理瓦斯技术114.2.1采用U+L调压通风方式治理采面瓦斯114.2.2J型通风方式治理采面瓦斯124.3矿井瓦斯技术管理体系建设与创新134.4减少瓦斯超限报警的技术管理体系建设134.4.1瓦斯超限报警原因分析134.4.2减少瓦斯报警的主要技术方法144.4.3矿井瓦斯技术管理网络体系建设155 主要结论16主要参考文献17煤与瓦斯共采技术现状及综述摘要：结合淮南矿区的煤层瓦斯赋存特征，对矿区矿井煤与瓦斯共采技术及相应的瓦斯抽放技术做出基本的介绍，并在系统回顾我国煤矿瓦斯综合治理技术发展, 分析我国瓦斯综合治理现状的基础上, 从安全矿山建设的视角, 提出了今后煤矿瓦斯综合治理发展战略是转变观念, 提高认识; 建立健全矿井瓦斯抽放和监测监控两个系统; 加大“先抽后采”力度; 强化技术管理。亟待解决的关键技术工作是加大新技术、新工艺研究力度; 加快科研成果向现实生产力转化;推进瓦斯综合治理示范工程建设; 加强基础研究, 推动瓦斯综合治理标准化建设。关键词：淮南矿区；煤与瓦斯采；先抽后采；安全矿山。1 绪论1.1引言瓦斯事故是最严重的矿井灾害之一。我国的煤矿瓦斯与煤尘爆炸事故、煤与瓦斯突出事故频繁发生，伤亡人数多，严重影响着煤矿的安全生产。目前，全国共有高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井约9000多处，占生产矿井总数的30%左右。建国50多年来，我国一次伤亡100人以上的特别重大事故共发生71次，仅瓦斯爆炸事故就达49起，占全部特别重大事故的69%。可以说，矿井瓦斯灾害防治工作不论是过去还是将来，一直是煤矿安全工作的重中之重。我国的瓦斯综合治理工作任重而道远。1.2现状1.2.1现状淮南矿区地处安徽省淮北平原的南部, 为我国高瓦斯矿区的典型代表, 煤炭资源500亿t, 瓦斯储量高达5928亿m3时, 按年开发煤层气量10亿m3计, 可持续发展500年以上。煤田内煤层气含量总体是东高西低, 以谢李深部为中心的东部区域煤层气含量最高, 西部的刘庄井田、谢桥井田煤层气含量较低。淮南煤田煤层气资源密度比较大, 都在1.42亿m3/km2以上, 最大可达4.05亿m3/km2。全煤田有三个高煤层气含量区：谢李区、潘集深部区、新集张集深部区。1.2.2瓦斯抽采技术现状目前在淮南矿区的瓦斯抽采技术主要分为两大类：采动煤岩移动卸压抽采瓦斯技术、原始煤层强化抽采瓦斯技术, 通过采用这两类技术, 在矿区推广实施了煤与瓦斯共采, 取得了显著效果。(1) 采动煤岩移动卸压抽采瓦斯技术这种技术主要包括在开采煤层顶板抽采瓦斯、在开采保护层卸压增透抽采瓦斯和在采动影响区地面钻井抽采瓦斯。开采煤层顶板抽采瓦斯在达到技术要求的条件下, 一条顶板抽采巷道可抽采瓦斯30m3/min，回采工作面瓦斯抽采率达到70%，开采保护层卸压增透抽采瓦斯技术主要通过开采远距离煤层上向卸压、近距离煤层下向多重卸压和急倾斜煤层平行卸压等一系列卸压增透技术, 施工穿层钻孔抽采卸压瓦斯地面钻并抽采瓦斯主要是利用下部煤层采动卸压增加上部煤层透气性, 通过地面钻井抽采采动影响区域煤层瓦斯, 目前矿区地面钻井单井抽采瓦斯量最高达2万m3 /d, 平均1.5万m3/d, 抽采浓度95%, 单井年抽采瓦斯300万m3。(2) 原始煤层强化抽采瓦斯技术原始煤层强化抽采瓦斯主要包括区域煤层钻孔抽采瓦斯技术、掘进巷道边抽边掘技术和深孔控制预裂爆破增透抽采瓦斯技术。 区域煤层钻孔抽采瓦斯技术包括顺层平行钻孔、顺层交叉钻孔和穿层钻孔, 在淮南矿区煤层条件下, 顺层钻孔布孔间距为3-5m, 穿层钻孔的布孔间距为7.5m。边抽边掘技术在掘进巷道两帮分别施工钻场, 从钻场内施工沿掘进方向的长钻孔抽采瓦斯, 同时在掘进迎头施工短钻孔抽采, 长钻孔的单孔瓦斯抽采量可达0.5m3/min, 掘进面的瓦斯抽采率达到25%以上。1.3我国煤矿瓦斯治理技术的发展及现状1.3.1煤矿瓦斯抽放技术自1952年抚顺龙凤矿建立抽放系统, 开始抽放瓦斯以来, 我国瓦斯抽放工作走过了半个多世纪, 瓦斯抽放技术的发展主要经历以下几个阶段。(1) 高透气性煤层抽放瓦斯阶段。20世纪50年代初期, 在抚顺高透气性特厚煤层中首次采用井下钻孔抽放瓦斯, 获得了成功, 解决了抚顺矿区高瓦斯特厚煤层开采的关键技术问题。在煤层透气性远远小于抚顺煤田的其他矿区采用类似的方法抽放瓦斯时, 未能取得抚顺矿区的抽放效果。(2) 邻近层抽放瓦斯阶段。20 世纪50 年代末, 采用井下穿层钻孔抽放上邻近层瓦斯在阳泉矿区获得成功, 解决了煤层群开采首采煤层工作面瓦斯涌出量大的问题, 且认识到利用采动卸压作用对未开采的邻近煤层实施边采边抽, 可以有效地抽出瓦斯, 减少邻近层瓦斯向开采层工作面涌出, 该技术在具有邻近层抽放条件的矿区得到广泛应用, 取得了较好的抽放效果。(3) 低透气性煤层强化抽放瓦斯阶段。在低透气性高瓦斯和突出煤层, 采用常规钻孔抽放瓦斯技术效果不理想。为此, 从20世纪70年代开始, 国内试验研究了煤层中高压注水、水力压裂、水力割缝、松动爆破、大直径钻孔多种强化抽放技术; 90年代又试验研究了网格式密集布孔、预裂控制爆破、交叉布孔等抽放新技术。网格式密集布孔在煤矿得到了应用, 但多数方法因工艺复杂、实用性差等问题, 在煤矿未能得到广泛应用。(4) 综合抽放瓦斯阶段。20 世纪80 年代开始, 随着机采、综采, 尤其是放顶煤采煤技术的应用, 采掘速度加快、开采强度增大, 工作面瓦斯涌出量大幅度增加。为了解决高产、高效工作面瓦斯涌出问题, 开始实施综合抽放瓦斯, 即在时间上,将预抽、边采边抽及采空区抽放相结合; 在空间上, 将开采层、邻近层和围岩抽放相结合; 在工艺方式上, 将钻孔抽放与巷道抽放相结合、井下抽放与地面钻孔抽放相结合、常规抽放与强化抽放相结合。实施综合抽放瓦斯方法, 最大限度提高瓦斯抽放率。1.3.2煤与瓦斯突出防治技术随着1953年抚顺煤炭研究所的成立, 我国煤与瓦斯突出防治技术研究开始起步, 其技术发展大致分为以下几个阶段。(1) 安全防护措施阶段。20世纪50年代, 防突技术研究以安全防护措施为主, 目的是保证一旦煤与瓦斯突出发生时, 避免造成人身伤亡事故, 提出的主要防突措施有震动放炮, 即在施工人员远离工作面的条件下, 利用爆破作用, 使工作面前方煤体应力和瓦斯动力状况突然改变。目前, 震动放炮是石门揭煤主要安全防护措施。(2) 防突措施阶段。20世纪60年代开始, 北票、中梁山等矿务局全面开展开采保护层的工业试验, 并取得了较好的防突效果。70 年代末, 全面开展局部防突措施研究, 试验提出了超前钻孔、松动爆破、煤层注水、水力冲孔、水力冲刷、金属骨架等多种防突措施, 目前超前钻孔和松动爆破措施是突出煤层开采应用最为广泛的局部防突措施。(3) 突出预测阶段。1979 年, 煤科院抚顺研究所与北票、白沙矿务局合作, 在我国首次提出用于掘进工作面突出预测的钻屑解吸指标法及解吸指标h2、钻屑量指标S; 1984年煤科院重庆研究所提出了钻屑解吸指标K1值。20世纪80年代, 国内从事瓦斯治理研究的科研院所都在从事突出预测科研工作, 突出预测技术在国家“七五”重点科技攻关中得到完善。(4) “四位一体”综合防突阶段。从1988 年开始, 以防治煤与瓦斯突出细则(以下简称细则) 的颁布为标志。该阶段将突出预测和措施效果检验纳入到防突工作中来, 全面实施包括突出危险性预测、防突技术措施、措施效果检验和安全防护措施的“四位一体”综合防突技术, 突出次数由20世纪80年代的年突出千次, 降低到200300次/ a。1.3.3瓦斯综合治理现状我国瓦斯治理技术经过50多年的努力, 尤其是经过“六五”至“十五”期间国家重点科技攻关, 瓦斯防治技术取得了长足进步。在瓦斯抽放方面, 国家安全生产监督管理总局和国家煤矿安全监察局先后提出“先抽后采、以风定产、监测监控”瓦斯治理十二字方针和“多措并举、应抽尽抽、抽放平衡”三项基本准则, 国务院办公厅出台了关于加快煤层气(煤矿瓦斯) 抽放利用的若干意见, 国家发改委联合七部委、局出台了“煤矿瓦斯治理与利用实施意见”, 国家安全生产监督管理总局及时颁布了“煤矿瓦斯抽放基本指标”和“矿井瓦斯抽放规范”等标准。国家的高度重视,使我国煤矿瓦斯抽放得到了前所未有的发展, 目前国有重点煤矿的286处高瓦斯、高突矿井中, 已有264处建立了抽放系统, 2006年抽放量达到26114亿m3 , 有10个企业抽放量超过1亿m3。在突出防治领域, 已经形成了一整套的从预测、措施、措施效果检验到安全防护措施的“四位一体”综合防突技术体系, 配套有一系列的预测方法、防突技术措施及其装备, 防突工作贯穿于从地质勘探、新井建设、生产矿井新水平、新采区开拓延深, 到工作面掘进和回采整个矿井建设、开采过程, 取得了较好的防突效果。但是, 我国瓦斯综合治理距煤矿安全生产的要求还有相当大的差距, 煤矿瓦斯事故多发的不利局面有待根本扭转。2 我国瓦斯综合治理存在的主要问题我国瓦斯防治技术尽管起到了很好的瓦斯治理效果, 但仍难以满足采矿技术进步和矿井集约化开采的需要, 存在的突出问题主要有以下几个方面。2.1安全管理技术方面(1) 安全管理薄弱, 低瓦斯矿井事故多发。一些煤矿企业瓦斯管理人员人才严重缺乏, 日常瓦斯管理得不到重视, 低瓦斯矿井瓦斯爆炸事故多发是很好的例子。2003年, 大同市杏儿沟矿绝对瓦斯涌出量为3199 m3 /min, 相对瓦斯涌出量为2162m3 / t, 发生瓦斯爆炸事故, 死亡43人; 2004年河南新生二井绝对瓦斯涌出量不到2 m3 /min, 长时间停电造成瓦斯积聚, 电缆短路引起瓦斯爆炸, 造成33人的特别重大死亡事故。2005年, 在我国发生的39起重大瓦斯事故中, 低瓦斯矿井发生18起, 占4612%。(2) 安全技术管理薄弱, 瓦斯抽放工程、防治突出措施的针对性不够。自实施了“四位一体”的综合防突以来, 防突效果是明显的, 但突出事故时有发生, 措施的针对性不够是一个重要原因。在突出预测方面, 大多数突出矿井未进行敏感指标研究; 细则明确要求预测指标临界值根据矿井自身实测资料确定, 而细则已经颁布了20 年,大多数矿井无自己的指标临界值; 矿井的开采采区、水平都变更了, 但超前钻孔、松动爆破的有效排放半径未重新进行实际测定, 并及时修改防突设计; 瓦斯抽放设计无根据自身煤层条件实际测定的钻孔抽放量、合理预抽期、有效抽放半径等重要技术参数。上述技术管理的不到位, 使措施的针对性差, 必然导致抽放设计不合理、瓦斯抽放率低、预测指标无效、防突措施失效, 最终在采取措施后发生瓦斯事故。(3) 采、掘、抽关系紧张, 难以满足“先抽后采”的需要。确保抽放时间是保证瓦斯抽放率的基本要求。据焦作、鹤壁、平顶山等矿区的统计, 工作面预抽瓦斯时间最长为8个月, 最短仅为1个月, 平均只有313 个月。由于抽放瓦斯时间短, 导致采、掘、抽关系失调, 尤其是突出矿井,根本没有足够的预抽瓦斯时间, 导致抽放率低。2006年全国煤矿抽放率不到20% , 国有重点煤矿已建立抽放系统的矿井, 多数抽放率不足30%。(4) 安全投入不足, 新技术推广力度不够。安全投入是瓦斯综合治理至关重要的环节, 淮南矿业集团公司瓦斯治理成效显著, 重要的一点就是大力推进技术攻关, 形成了煤与瓦斯共采的工程技术体系。但一些企业的领导, 尤其是低瓦斯矿井, 对瓦斯综合治理的重要性认识不足, 不注重瓦斯治理安全投入, 致使矿井瓦斯治理技术落后、装备陈旧、专业人才匮乏, 系统防灾抗灾能力低下, “四位一体”综合防突措施难以得到真正落实。(5) 基础研究工作薄弱, 瓦斯管理标准、规范难以满足开采技术发展要求。2005年以来, 国家安全生产监督管理总局及时出台了一系列瓦斯抽放标准, 为瓦斯抽放技术的发展提供了技术支撑。但应该看到, 我国煤矿开采技术发展很快, 尤其是放顶煤和高效集约化开采技术的应用, 巷道掘进长度已经达到4 000 m, 而瓦斯涌出量预测、煤与瓦斯突出预测等技术仍然是20世纪8090年代传统开采方式下研究提出的方法, 导致新标准、新规范可操作性不够, 难以满足新技术、新工艺的要求。2.2瓦斯治理技术方面(1) 高瓦斯、突出矿井开采机械化水平低, 系统安全可靠性低。高瓦斯矿井由于工作面瓦斯涌出量大, 抽放工程又跟不上, 工作面产量受到限制,加上地质条件复杂, 采煤技术水平又受到限制; 煤与瓦斯突出矿井由于没有与机掘、综采等先进采掘工艺相配套的防治突出措施, 采掘工艺多数为炮掘、普采, 个别采用综采、综掘的国有重点煤矿,其采、掘能力也无从发挥。其结果是在同等矿井生产能力下, 同时生产采掘面增多, 矿井通风系统复杂, 生产系统安全可靠性低。(2) 对“先抽后采”认识不足, 没有真正做到“先抽后采”。部分煤矿片面强调煤层透气性低, 迄今未实施开采层预抽煤层瓦斯, 尤其是突出矿井, 在1996年全国煤矿安全工作会议时就提出“突出煤层不抽放瓦斯, 不准开采”, 瓦斯治理的“十二字方针”的第一条就是“先抽后采”, 除个别煤矿有管理人员技术水平因素外, 对瓦斯“先抽后采”认识不到位是重要因素; 一些煤矿虽然进行了预抽煤层瓦斯, 但预抽时间短, 应付检查,在执行“先抽后采”上打了折扣。(3) 制约瓦斯综合治理技术发展的重大关键技术难题有待突破。经过多个五年计划的国家重点科技攻关, 瓦斯治理技术有了长足进步, 但象松软突出煤层水平长钻孔打钻工艺技术、低透气性煤层增透强化抽放技术、工作面前方构造探测技术、煤与瓦斯突出非接触连续预测及预警技术、机掘、机采面适用防突措施等关键技术亟待突破。(4) 实施突出预测、防突技术措施占用时间长, 突出煤层掘进速度慢。目前在突出矿井应用的突出预测方法多为接触式钻孔法, 需要在工作面打钻测定预测指标, 尤其是在回采面, 由于工作面长度大, 预测工程占用时间和空间, 影响采掘进度;目前应用最为广泛的超前钻孔措施, 实施一次措施至少要进行23 d, 个别突出矿井甚至用一周的时间, 必然制约掘进速度。目前我国严重突出煤层月进尺仅4050 m, 有的突出矿井仅1020 m /月,导致采掘严重失调, 瓦斯治理处于被动局面。(5) 瓦斯抽放钻孔工程量不足, 封孔质量差。除顶板巷道抽放技术外, 抽放钻孔是瓦斯抽放的重要工程, 据焦作、鹤壁、平顶山、淮南、淮北、铁法等矿区的不完全统计, 吨煤钻孔平均01018 m,钻孔工程量不足是导致瓦斯抽放率偏低的主要原因之一。目前, 我国约有2 /3的抽放瓦斯矿井采用水泥砂浆封孔, 甚至开采近水平或缓倾斜煤层的矿井也采用水泥砂浆封孔, 封孔长度短, 密封质量差,是导致抽放浓度低, 抽放系统不能充分发挥效益的关键因素。3 瓦斯综合治理发展战略(1) 转变观念, 提高对瓦斯综合治理工作的认识。瓦斯问题不仅关系到职工的生命安全, 同时关系到社会稳定, 不仅是煤矿安全问题, 更是重要的社会政治问题。既要认识到瓦斯治理工作的紧迫性和艰巨性, 又要认识到瓦斯可防、可控、可治、可用。尤其是要提高对瓦斯抽放的认识, 将瓦斯抽放提到生命工程和资源工程的高度, 采取多种手段,标本兼治、重在治本。煤矿负责人培训, 除业务专业素质培训外, 要进行必要的政治素质培训, 要讲政治, 要认识到抓好瓦斯综合治理就是在煤矿落实科学发展观、建设和谐社会, 要始终将瓦斯治理放在煤矿安全工作的首要位置。(2) 建立健全矿井瓦斯抽放和监测监控两个系统, 建设本质安全矿山。瓦斯治理是一项系统工程, 涉及到通风、机电、采掘工艺等各个环节, 因此必须从治本着眼, 从系统着手, 提高工作面单产和煤巷掘进速度, 淘汰落后的煤矿生产方式, 合理简化矿井采、掘、通风系统, 构建安全、高效集约化开采模式。对符合煤矿安全规程规定必须建立和根据安全需要应该建立抽放系统的煤矿企业, 必须建立抽放系统并有效运行; 对已建立抽放系统的国有重点高瓦斯和突出矿井,提升抽放装备水平, 提高抽放能力和抽放效果。抽放系统按照“大管径、低阻力、大流量、多回路”的原则, 选择高负压、大流量水环式真空泵, 国有重点煤矿企业应积极建立高、低浓度分开抽放系统。配备煤矿安全监测系统的煤矿企业要严格执行煤矿安全规程的相关要求, 积极做好安装、维护、校验等工作, 保证监测系统的有效运行。(3) 加大“先抽后采”力度, 实现煤矿瓦斯治理由“被动治到主动防”的根本转变。坚持“安全第一、预防为主、综合治理”安全生产方针,坚持“先抽后采、以风定产、监测监控”瓦斯治理十二字方针和“应抽尽抽、多措并举、抽放平衡”的瓦斯抽放基本准则, 积极实施“可保尽保、应抽尽抽、先抽后采、煤气共采”的瓦斯综合治理战略, 牢固树立“抽放瓦斯是发展生产力、保护生命、保护资源、保护环境”的先进理念, 依靠科技进步, 实现采煤采气一体化、地面与井下抽放一体化, 瓦斯抽放和利用一体化, 建立、健全瓦斯抽放激励机制, 全面实施“先抽后采”, 实现煤矿瓦斯治理由“被动治到主动防”的根本转变。(4) 强化技术管理, 切实提高瓦斯综合治理的针对性。“装备是基础, 技术是手段, 管理是关键”。煤矿安全规程是确保煤矿安全生产的法规性文件, 要把煤矿安全规程落实到生产管理的全过程, 尤其是落实到一线管理过程中。防治煤与瓦斯突出细则是煤矿瓦斯治理的重要技术性文件, 在落实细则要求的同时, 要加强矿井地质工作, 准确掌握煤层构造变化, 及时把握瓦斯涌出规律, 制定和实施各种防范措施。防突措施技术参数要经过实际测定, 钻孔施工参数要严格验收, 关键是要形成一整套的从参数测定到措施设计、施工、监督、检查机制。通过安全生产管理机制建设和创新, 切实提高瓦斯综合治理的针对性。4 瓦斯综合治理关键技术工作(1) 加快新技术、新工艺研究力度, 实现瓦斯综合治理跨越式发展。发挥煤炭科学研究总院、国家瓦斯治理工程中心、国有重点煤矿企业科技中心的科研骨干作用, 走产、学、研相结合的路子, 加大瓦斯先抽后采新技术、新工艺、新装备科研开发力度。积极开展松软突出煤层水平长钻孔打钻技术、低透气性煤层快速高效增透强化抽放技术、工作面前方构造探测技术、机掘、机采面适用防突措施、地面羽状钻孔钻进技术、地面钻孔钻进固孔技术等关键技术攻关研究; 加快巷道瓦斯涌出特征、声发射监测技术、电磁辐射监测技术等工作面非接触连续预测及预警技术研究进度; 进行工作面前方构造连续探测, 并将信号并入矿井安全监测系统实现连续监测技术的创新性研究。通过理论及工艺技术攻关研究, 实现瓦斯综合治理的技术突破。(2) 积极推广先进、实用技术, 加快科研成果向现实生产力转化。坚持一手抓科技创新, 一手抓技术推广。煤矿企业, 应积极筹措资金, 加快科技成果转化为现实生产力的进度。国有重点煤矿企业要充分发挥煤炭行业新技术应用引领作用, 积极推广定向水平长钻孔抽放瓦斯技术、预裂爆破提高煤层透气性技术、全矿井综合监控技术、地面钻孔预抽技术、穿层网格钻孔大面积预抽瓦斯技术、沿层交叉钻孔预抽瓦斯技术、应用保护层卸压作用抽放瓦斯技术等先进、成熟、适用技术。(3) 典型引路、集成推广, 推进瓦斯综合治理示范工程建设。选择复杂、高瓦斯煤层群、集约化开采矿井, 建设高效开采的瓦斯抽放与利用示范工程; 选择严重突出矿井, 建设突出矿井瓦斯综合治理与利用示范工程; 选择具有煤矿瓦斯综合治理研发能力煤矿企业, 建设瓦斯综合治理与利用技术产学研基地示范工程; 选择有条件的矿区, 建设煤气开采一体化示范工程; 选择技术力量较强矿井, 建设瓦斯综合治理标准化示范工程。(4) 加强基础研究, 推动瓦斯综合治理标准化建设。积极开展煤与瓦斯突出机理、煤层气富集探测方法、煤层瓦斯含量测定、煤层透气性测定等基础理论研究, 开展放顶煤开采、高效集约化开采工作面瓦斯涌出机理的基础研究; 积极开展煤层瓦斯赋存、煤与瓦斯突出的地质构造控制机理研究。在理论研究工作的基础上, 完善瓦斯抽放、利用、控制等标准、规范, 出台可操作性强的执行细则, 为建设瓦斯综合治理标准化矿井提供技术支撑。4.1利用矿井通风系统优化治理矿井瓦斯依据瓦斯在井巷风流中的运移扩散方式，以及采面隅角瓦斯积聚的成因分析，通过矿井通风系统优化、改变回采工作面通风方式等技术措施和手段，进行矿井瓦斯的综合治理与研究。图4.1 矿井通风系统危险性综合性评价4.1.1矿井通风系统减阻增风优化技术生产矿井的通风系统通常是随着井下采场的变化而不断变化的。一个矿井的通风系统往往在某一阶段是合理的，而在新的生产阶段则可能又是不科学、不合理的。生产矿井通风系统是否合理有效，也是决定矿井瓦斯防治技术是否合理与有效的前提和基础。经常对生产矿井通风系统进行分析、评价，并依据所确定的优化方案进行及时改造，对于保持矿井正常通风，保证井巷、采面隅角及采空区瓦斯处在规程允许浓度以内则是至关重要的。另外，应用矿井通风系统危险源辨识与控制技术可以及时发现生产矿井通风系统中存在的现实问题。例如，我们可以通过对生产矿井通风系统优化评判指标的选择与计算，确定矿井在某一时期的优化方案;对其进行调整和改造后，则不仅能够解决通风系统问题，而且也可为矿井瓦斯治理工作提供技术帮助。如此经过“优化-改造-再优化-再改造”的周而复始，便可以形成一个闭环链条安全系统，以随时解决矿井生产中出现的各种问题，有效的防止矿井瓦斯的积聚和超限。4.1.2利用危险源辨识与控制技术进行通风优化改造随着我矿开采深度不断加深，矿井通风系统日趋复杂。矿井在深部开采时其煤层瓦斯含量高、地温高，加上原有巷道断面小，通风阻力大，矿井风机老化，致使矿井通风工作日趋困难。为解决目前矿井通风系统存在的困难和问题，我们开展了“利用危险源辨识与控制技术对矿井通风系统进行改造”的技术分析和研究。4.1.3危险源辨识和控制技术的应用从2001年下半年开始，对矿井通风系统危险源进行了辨识，共查出I级危险源3处，H级危险源11处。这些危险源除个别是管理不善和装备设施不全造成的外，主要是矿井风量不足和通风阻力大。特别是发现矿井南翼各采区，随着生产采场的逐步延深，通风路线不断增加，矿井南翼通风阻力也随之增大，通风阻力最高时达4400Pa以上，矿井南翼通风系统风量与阻力配置不够合理的问题，比较突出，主要通风机始终在高负压下运行，造成通风机的能耗大，效率低，给矿井通风系统的稳定与安全带来威胁，从矿井南翼通风机性能测定曲线见图4.3可知，矿井工矿点也不尽合理。如不彻底解决，将给安全生产带来较大隐患。4.1.4矿井通风系统方案优化的评判指标针对排查出的危险源及矿井通风系统阻力过大的基本问题，需进行必要的优化和改造。当前，由于南翼区域的煤炭储量有限，其服务年限仅为巧年左右，因此，在对矿井南翼通风系统优化改造的过程中依据技术可行、经济合理、安全可靠的基本原则，经过深入分析和全面论证，我们确定了如下4个优化方案作:1)更换地面主要通风机实现矿井增风方案;2)地面主要通风机不改变，在井底车场附近回风巷内安设辅助通风机;3)地面主要通风机不该变，从10700顶大巷掘进并联回风巷，在井底车场附近安设辅助通风机;4)从回风巷至风井底掘并联巷道，并更换地面主要通风机。4.2利用改变采面通风方式治理瓦斯技术回采工作面多采用U型通风方式:而U型通风方式又极易在采面回风仁隅角造成瓦斯积聚。对此，我们在生产实践中，利用改变工作面通风方式的方法-一例如采用U十L型调压通风方式和J型通风方式，可有效的减少采面隅角瓦斯积聚和超限的实际问题。4.2.1采用U+L调压通风方式治理采面瓦斯利用矿井通风系统优化技术治理矿井瓦斯问题U+L回风巷和型尾巷通风系统如图4.2所示，它是由1条或2条进风巷、回采工作面、1条回风巷和1条回风尾巷构成的通风系统。图 4.2 U+L型尾巷通风系统U+L型尾巷通风系统，实质是在U型通风方式的基础上，在靠近回风侧的煤柱中再开掘一条与回风巷平行的巷道。该巷与回风巷之间利用许多联络巷相互连通，同时在联络巷内施工密闭。只有在采面推过后方可打开作为回风系统。因为它靠工作面尾部采空区进行通风，故称它为尾巷。这种通风方式具有如下特点:(1)该系统不仅解决了高瓦斯回采工作面及回风的瓦斯，在很大程度上解决了高瓦斯工作面回风上隅角的瓦斯。因为尾巷中的瓦斯浓度可以达到3%，因此上隅角和采空区的部分瓦斯直接以高浓度形式从尾巷中排出，从而减少了工作面风流和工作面回风风流的瓦斯。(2)采用该系统的关键就是尾巷联络巷之间的间距，一般在50-100m，要根据具体工作面的条件而定，因为工作面的顶板条件差别很大，一方面顶板垮落后，采空区岩石间孔隙大，漏风阻力小时，联络巷的距离可适当加大，相反则应减小。另一方面当工作面向前推进距尾巷联络巷越来越远，采空区顶板不断垮落，使采空区的漏风不断增加，尾巷风量就会越来越小，尾巷中的瓦斯浓度就会越来越大。既要保证工作面回风隅角瓦斯浓度不超限又要保证尾巷的瓦斯浓度不超限，就必须选择好联络巷间距。(3)U+L型尾巷通风系统也存在尾巷难以管理的问题:尾巷的瓦斯浓度很难控制在3%以下;尾巷的风速很难保证在0.5而s以上;尾巷的支护要尽量采用木棚、锚喷或锚网梁支护。4.2.2J型通风方式治理采面瓦斯1) J型通风方式的设计工作面运输顺槽作进风巷，轨道顺槽作回风巷，在工作面采过之后，专用沿空留巷保持与放水巷相通，在开切眼与放水巷相通处按2台瓦斯抽排风机，各连接一路风筒，将抽出的瓦斯送入采区专用回风巷中，在风机的负压侧安设风量调节装置，用于调节风筒内的瓦斯浓度。2)J型通风方式的巷道支护专用巷道采用小断面留巷支护，见图4.3。图 4.3 小断面留巷支护图3)J型通风方式的瓦斯排放规律J型通风方式中瓦斯排放巷的作用，关键是控制瓦斯浓度不超过(规程规定采用以下措施，控制专用排瓦斯巷内的瓦斯浓度，确保专用排瓦斯巷和风筒内瓦斯浓度在2.5%以下，见图4.10。实现节能和安全生产需要: (1)在工作面上隅角安设瓦斯传感器，监测沿空留巷入风口的瓦斯浓度;(2)改变专用排瓦斯巷的风阻和风压，调节进入专用瓦斯巷的风量，控制瓦斯浓度;(3)改变风筒直径，调节风筒风阻，控制风筒风量;(4)改变两台风机的运行组合，改变供风风压。图 4.4 专用排瓦斯巷瓦斯浓度沿巷道长度变化规律4.3矿井瓦斯技术管理体系建设与创新近年来，为消除矿井瓦斯隐患，防治矿井瓦斯事故的发生，我矿曾先后投入了大量人力、物力和财力，使矿井总体技术装备水平有了很大提高，在本文的第三、四两章，也主要针对矿井瓦斯管理的重点区域，特别是整个矿井通风系统、工作面上隅角采空区以及瓦斯积聚地点，研究实施了部分较为先进的治理技术，形成了一套较为完善的矿井瓦斯管理体系，并在实践应用中广泛实践和应用，并取得了良好的效果。尽管如此在矿井的生产过程中，重大瓦斯隐患与瓦斯事件仍有发生，究其原因，特别是通过对矿井巧年来有记录可查的2700多次瓦斯报警统计研究，表明约有1.72%矿井瓦斯超限报警发生在回采工作面以外的其他地点，因此有必要对这些瓦斯超限报警的原因进行分析和研究，找到这些瓦斯超限报警的根源和解决办法，实现与先进的技术管理手段进行整和，从而建立起适应技术发展的新要求的全方位、立体式综合瓦斯技术管理体系，使我矿瓦斯安全状况得到根本好转。4.4减少瓦斯超限报警的技术管理体系建设4.4.1瓦斯超限报警原因分析经长期观测研究，能够引发矿井瓦斯超限报警的原因主要有如下的六种情况:（1）矿井地质构造变化与瓦斯赋存量大小影响煤岩地质条件变化以及煤系地层中瓦斯固有赋存规律的变化，是引发生产过程中瓦斯超限报警的关键因素。经过对瓦斯超限报警情况的认真分析和研究表明，受地质条件影响，在矿井井田内的不同区域位置处的瓦斯赋存量存在着明显的差异，其大致规律是:在井田由南向北的方向上，随着煤炭变质程度的不断加深，煤层及围岩的瓦斯赋存量则明显减少，由此瓦斯超限报警次数由南向北也明显减少。 (2)矿井动力现象的引发在矿并生产过程中，主要有如下的三种情况能够诱发矿井瓦斯动力现象的发生:一是工作面初次来压或周期来压期间，工作面密集后直接顶和老顶顶板的大面积垮落，对工作面采空区内部以游离状态形式存在的瓦斯形成了重点冲击，并因此造成采空区瓦斯在短时间内大量涌入工作面回风流中:二是巷道受冲击地压或采动影响的过程中，突然发生冒顶、片帮，造成井巷通风断面急剧缩小，使工作面风量迅速减少;三是工作面遇地质构造带、瓦斯异常带、揭露煤层时，由于地应力和瓦斯原始应力的突然变化，导致瓦斯大量释放。这三种情况均能引起采掘工作面瓦斯超限报警情况。(3)放炮制度执行不到位在同一工作面，瓦斯赋存及涌出规律具有相对稳定性，但不是一成不变，只有严格执行放炮管理制度和“一炮三检”制度，不断强化对现场瓦斯、地质情况的观测，掌握好放炮个数与间隔时间，方可有效地减少矿井内部的瓦斯超限报警次数。统计数据表明，在放炮期间诱发的瓦斯超限报警次数占矿井瓦斯超限报警总次数的35.4%，其中由于放炮制度执行不严、不细引发瓦斯超限报警的又占总数的50%以上。经分析认为这其中最主要的原因是由于一次放炮个数多、间隔时间短，瓦斯大量涌出，短时间内得不到稀释。(4)工作面实行不适当的串联通风在某些情况下，掘进工作面需要将其回风经常的引入到回采工作面中去。在这样的情况下，一方面由于工作面实行串联通风，瓦斯报警浓度降为0.5%，不易引起有关人员的注意和重视，往往现场发生瓦斯报警而不觉察;另一方面回采工作面由于引入了乏风，被串工作面瓦斯浓度均较正常情况下明显升高，故易发生瓦斯报警。(5)瓦斯传感器显示数据不准在井下实际使用过程中，瓦斯传感器每1.0%允许超差为0.1%。但现场却往往操作不当、调校不准、标校气体混入其他气体等原因，瓦斯传感器可能发生较大超差，并超过了允许范围。据统计，矿井28.2%的瓦斯报警浓度值都在1.0%-1%之间。(6)管理人员不到位以及人员素质差作业人员图省劲、怕麻烦，违章作业，造成工作面风流短路或紊乱，往往易引起瓦斯积聚与超限等。4.4.2减少瓦斯报警的主要技术方法1)炮眼预测预报法瓦斯检查员每班至少三次对工作面炮眼内的瓦斯浓度进行测定(用100%的光学瓦斯鉴定器进行鉴定，深入炮眼内的深度不低于0.8m)，当该地点炮眼内瓦斯浓度大于10%，即纳入重点管理范围;当炮眼内瓦斯大于50%时，规定工作面一次放炮个数不得超过2个，间隔时间不能低于3分钟，同时加强现场试验，以放炮后回风流瓦斯浓度不超过0.7%来重新核定放炮个数和间隔时间。2)报表分析预测法瓦斯监测日报表是全面反映矿井各工作面地点一天来瓦斯变化情况的重要途径，通过每天及时对瓦斯监测日报表进行全面的审阅和分析，对平均瓦斯浓度与往常变化较大及瓦斯最高浓度超过0.6%的地点，通过查看同一地点该天或某一时段与正常情况瓦斯变化曲线图，分析瓦斯变化原因，并及时到现场勘查，有针对性的采取强化瓦斯管理的措施，能有效消除瓦斯隐患。3)矿压预报、预测法由技术部门根据对回采工作面矿山压力显现观测情况，及时推算和确定工作面周期来压或初次来压的时间，并提前通知通防科和有关单位，工作面来压期间，“一通三防”人员重点盯靠，工作面提前停电，并对生产工序进行调整，避免来压期间从事放炮、生产等工作，杜绝采空区瓦斯大量涌出与工作面瓦斯大量释放发生“撞车”。4.4.3矿井瓦斯技术管理网络体系建设矿井瓦斯基础参数的研究、瓦斯涌出规律的探索、先进瓦斯治理方案的实施、合理化矿井通风系统建设、减少瓦斯超限报警等等都是矿井瓦斯技术管理体系建设的重要组成部分，通过对他们分析、整和，可使之形成一个有机的整体，一个指导矿井瓦斯灾害治理、现场瓦斯防治的有效整体。5 主要结论本文针对淮南矿区的具体条件，利用基础理论研究的数据进行了瓦斯涌出量、瓦斯抽放可行性、瓦斯运移积聚规律分析研究，掌握了相关的数据和参数，并在生产实践中结合基础参数的研究，进行了矿井瓦斯技术管理体系建设和应用方面的研究与实践，为解决治理瓦斯超限，确保矿井安全生产，提供了比较合理和优越的技术管理方法。1、工作面的瓦斯涌出不仅取决于煤层的赋存条件(如煤厚、煤层瓦斯含量、采深、煤层厚度、顶底板岩性、煤层间距、煤层透气性等)、还于开采技术条件(如采高、采煤方法、循环作业方式、工作面产量、推进速度、开采系统)、通风系统有关。瓦斯涌出是一个复杂空间的时变系统，各系统之间是一种非线形关系，瓦斯技术管理体系的建立必须结合具体的现场条件。2、通过对煤层瓦斯涌出量最大的煤层煤瓦斯基础参数的测试，重点测算和掌握煤层瓦斯压力、煤层透气性、煤层瓦斯含量、煤层瓦斯吸附常数、钻孔流量衰减系数等技术参数和资料，并对测定资料进行了深入细致的分析和研究，为制定矿井瓦斯治理措施和途径积累技术数据和资料，为采用大直径钻孔、长钻孔、交叉钻孔和密集钻孔抽放等强