浅谈寺河矿瓦斯治理与利用技术专题报告

目录1 矿井概况22 矿井煤层地质及瓦斯赋存情况22.1 地质特征22.2 地质构造22.3 煤层特征32.4 瓦斯基础参数33 矿井瓦斯43.1 瓦斯赋存情况43.2 瓦斯涌出情况44 矿井生产情况65 瓦斯综合治理状况和实用技术76 瓦斯治理“十一五”期间取得的进展和主要成果106.1 通风系统106.2 瓦斯抽采116.3 防治突出116.4 监测监控117 瓦斯治理指导思想、发展思路和规划目标117.1 指导思想117.2 发展思路117.3 规划目标128 矿井科研攻关规划128.1 工作任务128.2 重点项目129 寺河矿未来几年瓦斯治理规划139.1 矿井通风系统规划139.2 矿井瓦斯抽采系统规划1310 瓦斯综合利用1410.1 瓦斯发电1510.2 民用燃气1510.3 汽车燃料和化工原料1510.4 积极参与 CDM 项目的运作1611 存在问题1612 结论17参考文献18浅谈寺河矿瓦斯治理与利用技术摘 要: 总结了寺河矿井瓦斯综合治理的主要技术, 从技术与经济方面分析了地面瓦斯抽放和有效利用的可行性, 指出地面瓦斯抽放是解决寺河矿瓦斯问题的根本途径。关键词: 瓦斯治理; 地面瓦斯抽放; 安全生产;综合利用1 矿井概况晋煤集团寺河矿位于山西省晋城市西偏北，行政区划属山西省晋城市所辖，跨沁水、阳城、泽州三县，工业场地位于沁水县嘉峰镇嘉峰村与殷庄村之间，距沁水县城53km，距晋城市区70km。地理坐标：北纬353051353611，东经11227071124054。寺河井田南北走向长平均12km，东西倾斜宽平均14.4km，面积为173.2km2。井田划分为东井区和西井区两个井区分别进行开拓建设，其中东井区为生产区域，西井区为基本建设区域。矿井周围的公路四通八达，侯月铁路纵贯井田西区东部，接入全国铁路网，井田内外交通便利。2 矿井煤层地质及瓦斯赋存情况2.1 地质特征寺河井田位于沁水复式向斜盆地的南端东翼，处于晋获褶断带、沁水盆地南缘东西北东向断裂带及阳城西哄哄晋城石盘东西向断裂带之间。井田内地层出露中常，自东向西有：石炭系上统太原组（C3t）、二叠系下统山西组（P1s）、下石盒子组（P1x）、上统上石盒子组（P2s）、石千峰组（P2sh）。井田构造形态为一倾向西北的单斜构造，在此基础上发育了一系列近南北北北东向的宽缓褶曲，断层较少。地层倾角315，一般在10以内，个别地段受构造影响岩层倾角变大。2.2 地质构造井田受新华夏构造太行山隆起带、断裂带、晋东南山字型构造的影响，构造以褶曲为主、断裂次之. 褶曲一般为幅度不大、两翼平缓、开阔的背、向斜。断层以高角度正断层为主，落差一般不大于20m。无岩浆活动。纵观全井田，构造属简单类型。（1）褶曲井田内近南北向的主要褶曲为15条，轴向为近南北向，构成井田内构造形态的骨架。另外还有一些低次序的褶曲分布于井田的局部区域，其长度一般不超过1200m，在井田内渐灭。井田东翼主要有18、58#向斜及59#背斜；中部主要有常店向斜、郑村背斜、潘河向斜、柿市沟背斜、磨掌向斜、马庄背斜等；西翼主要有刘家腰向斜、町店背斜、石旺沟向斜、下黄崖背斜、上黄崖向斜、刘家庄背斜、东圪坨向斜。（2）断层井田内断层主要分布于西北部边界寺头正断层附近和西部 F12断层的两侧，多为次生断层。井田东翼的主要断层有F12、F13、F14逆断层和F15、F16、F4、F17正断层；中部的主要断层有F2(寺头断层)、F3、F4、F5、F6正断层；西翼的主要断层有F2正断层和F1逆断层。（3）陷落柱根据各阶段地质工作成果资料，井田内已发现岩溶陷落柱8个，其中地质填图地表发现3个，三维地震勘探发现5个，位于西井区中东部边界附近，长轴50250m，短轴50150m。除上述主要构造外，采掘作业过程中还实际揭露一定数量的褶曲、断层、陷落柱，不同程度地影响到采掘活动。（4） 变薄、缺失区从三维地震及采掘揭露情况看，东区有2个变薄、缺失区（冲刷或其它原因造成），西井区存在13个冲刷带（煤层变薄区）。2.3 煤层特征井田主要煤系地层为二叠系下统山西组（P1s）和石炭系上统太原组（C3t），平均厚136.02m。含煤15层，煤层总厚14.67m，含煤系数10.8%，其中可采和局部可采煤层3层，总厚度10.32m，可采含煤系数7.6%。山西组（P1s）厚30.7059.10m，平均45.20m。含煤4层，自上而下依次为1、2、3、4#，煤层总厚6.89m，含煤系数15.2%，其中可采煤层1层（3#），平均厚度6.31m，可采含煤系数14.0%。太原组（C3t）平均厚90.82m。含煤1113层，编号依次自上而下为5、6、7、8-1、8-2、9、10、11、12、13、13下、15、16#，煤层总厚7.78m，含煤系数8.6%，其中可采煤层2层（9、15#），平均可采厚度4.01m，可采含煤系数4.4%。2.4 瓦斯基础参数瓦斯是井下煤岩涌出的各种气体的总称，其主要成分是以甲烷为主的烃类气体，有时也专指甲烷，瓦斯的物理与化学性质一般都是针对甲烷而言的。瓦斯是在煤炭发育过程中形成的，故也称煤层气。瓦斯是一种温室气体，同比产生的温室效应是二氧化碳的20倍，在全球气候变暖中的份额为15%，仅次于二氧化碳。我国是煤炭生产和消费大国，伴随着煤炭的开采，我国每年向大气排放瓦斯约194亿m3，约占世界采煤排放瓦斯的1/3，瓦斯对大气的严重污染已引起关注。瓦斯是一种优质洁净能源。瓦斯的燃烧热为37MJ/m3，相当于11.5kg烟煤燃烧产生的热量。瓦斯燃烧后的气体不含硫化氢，所产生的污染大体上只有石油的1/40、煤炭的1/800。瓦斯还是重要的化工原料，它还可以转化成合成原料气，制备出合成氨、合成醇、烃类等重要的化工产品。我国的瓦斯资源丰富，初步估计达30万亿35万亿m3，相当于450亿t标准煤。对煤矿瓦斯进行抽放并加以利用，既可大量减少瓦斯事故的发生，又能减少对环境的污染，同时为社会提供优质洁净能源和重要的化工原料，带来巨大的经济效益。（1） 瓦斯放散初速度根据取样测定结果，东区3#煤层瓦斯放散初速度4045mmHg，西区3#煤层瓦斯放散初速度3347mmHg。（2） 煤的坚固性系数根据取样测定结果，东区3#煤层煤的坚固性系数为1.41.5，西区3#煤层煤的坚固性系数为1.051.88。（3）煤层瓦斯压力建井期间，西区打钻测压测定3#煤层的瓦斯压力为0.22.12MPa，东区施工钻孔测定瓦斯压力为0.10.29MPa。根据瓦斯地质图的描述结果，预计井下瓦斯压力更大：西区瓦斯压力可达3MPa，东区瓦斯压力可达1MPa（4）煤层瓦斯含量在西风井和西斜井采煤样测定3#煤层的瓦斯含量为15.0419.52m3/t,平均为16.6m3/t。在东区测定3#煤层瓦斯含量为6.8811.28 m3/t，平均为9.03m3/t。根据瓦斯地质图，西区瓦斯含量最高达28m3/t，东区瓦斯含量最高达18m3/t。（5）煤层透气性系数根据现场测定和计算，3#煤层的透气性系数存在较大差异。在褶曲翼部和向斜轴部区域煤层透气性系数为0.02394.4529m2/MPa2.d，平均为0.244m2/MPa2.d；在背斜轴部等张性构造附近，煤层透气性系数为213728m2/MPa2.d，平均为331.47m2/MPa2.d。东井区测定煤层透气性系数为56.74195.39m2/MPa2.d（6）百米钻孔自然瓦斯涌出量及其衰减系数在距西风井250m处到西斜井范围内测定了钻孔自然瓦斯涌出量及其衰减变化规律，3#煤层的百米钻孔自然瓦斯涌出量为0.0220.4m3/min.hm,平均为0.175m3/min.hm；百米钻孔自然瓦斯涌出衰减系数为0.0250.19d1。在东区测定3#煤层百米钻孔自然瓦斯涌出量为0.2421.026m3/minhm，平均0.544m3/minhm；百米钻孔自然瓦斯涌出衰减系数为0.00260.1505d-1。3 矿井瓦斯3.1 瓦斯赋存情况寺河井田煤层瓦斯赋存极不平衡。平面上总体看，井田西区瓦斯含量高，东区瓦斯含量低；从东向西由低瓦斯区向高瓦斯区过渡。从局部区域看，向斜轴部和翼部瓦斯含量高。垂向上随着煤层埋藏深度的增加，瓦斯含量逐步增高。矿井东区开采区域一、三、四盘区中原始瓦斯含量从高到低分布，四盘区瓦斯含量相对最高，达1016m3/t；三盘区瓦斯含量相对最低，基本在610m3/t；一盘区瓦斯含量在612m3/t；局部区域出现瓦斯异常。西井区瓦斯含量基本在16m3/t以上。3.2 瓦斯涌出情况020040060080010001200200220032004200520062007200820092010时间（年）矿井绝对瓦斯涌出量（m3/min)随着开采强度的不断增加和产量的提高，寺河矿瓦斯涌出量逐年增大，矿井投产以来瓦斯涌出情况如图1-2所示。图1-2 寺河矿绝对瓦斯涌出量变化情况(m3/min)2009年矿井瓦斯等级鉴定结果：东井区绝对瓦斯涌出量为473.6m3/min，相对瓦斯涌出量为21.39m3/t，为高瓦斯矿井；西井区绝对瓦斯涌出量为474.27m3/min，为煤与瓦斯突出矿井。2010年矿井瓦斯等级鉴定结果：东井区绝对瓦斯涌出量为497.8m3/min，相对瓦斯涌出量为20.56m3/t，为高瓦斯矿井；西井区绝对瓦斯涌出量630.64m3/min，为煤与瓦斯突出矿井。近五年寺河矿瓦斯等级鉴定情况见表1-2、表1-3。表3-1 东井区瓦斯等级鉴定情况表年度绝对瓦斯涌出量(m3/min）相对瓦斯涌出量(m3/t)鉴定结果2006486.621.9高瓦斯矿井2007346.8521.63高瓦斯矿井2008360.1914.67高瓦斯矿井2009473.621.39高瓦斯矿井2010497.820.56高瓦斯矿井表1-3 西井区瓦斯等级鉴定情况表年度绝对瓦斯涌出量(m3/min）相对瓦斯涌出量(m3/t)鉴定结果2006123.4802007195.60煤与瓦斯突出矿井2008186.450煤与瓦斯突出矿井2009474.270煤与瓦斯突出矿井2010630.640煤与瓦斯突出矿井4 矿井生产情况矿井采用斜井、立井综合开拓方式，东井区共有6个进风井、4个回风井；西井区共有3个进风井、2个回风井；东、西回风立井、三水沟风井和各斜井均设有梯子间或行人台阶。矿井用一个水平开拓3#煤层，水平标高为+350m。矿井设计生产能力一期为4.0Mt/a，核定生产能力为10.8Mt/a，主采3#煤层，煤层服务年限为24.79a（不含扩区范围储量）。井田采用盘区布置方式，东井区主、副斜井落底后，向东沿3#煤层底板开拓东轨、东胶两条大巷，延伸到东区后，分别向南、向北送盘区集中巷，工作面顺槽垂直集中巷布置。西井区主、副、回风斜立井到底后向西开拓西轨、西胶、西回三条大巷并与三水沟进回风立井井底车场向东延伸的三条大巷相连通。矿井东井区布置一、三、四盘区组织生产，共布置2个大采高综采工作面、1个综掘工作面、5个炮掘工作面、5个连采掘进面。西井区为基本建设区，目前共布置4个炮掘头面。采煤工作面采用一次采全高采煤法，顶板管理为全面冒落法管理顶板。掘进工作面采用多巷平行掘进连采、连掘工艺。综采工作面采、装、运、支工序全部机械化。采掘工作面作业方式为“四六制”，三班生产，一班检修。5 瓦斯综合治理状况和实用技术根据晋煤集团统一部署，矿推行 “三级瓦斯治理模式”。（1）一是大力推进地面钻井抽采瓦斯。即井田采动之前，在瓦斯含量超过16m3/t的区域布置地面钻井，结合地面压裂对原始煤体进行预抽采。2004年开始，寺河矿开始采用300m300m的网格布置方式，施工地面钻井，2006年开始，结合井田地质特征以及瓦斯治理难度，寺河矿改用250m150m的网格地面钻井布置方式。（2）巷道掘进抽放和回采工作面抽放。寺河矿为高瓦斯矿井，如遇瓦斯涌出异常,百米巷道瓦斯涌出可达 10 15m3/m in。工作面走向 3 000 4 000m巷道掘进仅靠通风根本无法解决瓦斯问题, 必须采取抽放措施来降低瓦斯涌出量。在巷道帮上每隔 200 m布置钻场， 钻场内扇型布置钻孔 (图 1)， 其目的可减少掘进工作面瓦斯涌出和巷道煤壁的瓦斯涌出。抽放效果明显, 独头巷瓦斯涌出量由最大 9 10 m3/m i n降到 5 m3/min以下，保证了安全掘进。从寺河井田范围内煤层参数测定结果分析，煤层瓦斯抽放难易程度可分为 2种类型:一是靠近背斜轴部的异常区域为容易抽放类型；二是靠近向斜轴部和背斜、向斜的翼部的正常区域为较难抽放类型。从总体上看， 寺河矿 3号煤层的可抽性较好,结合煤层中瓦斯主要来自煤体本身， 又是厚煤层,工作面抽放以本煤层顺层布置钻孔抽放为主， 采空区抽放为辅。通过提高封孔质量， 增加孔口抽放负压， 加强卸压带瓦斯抽放， 仅一个工作面抽放瓦斯量达 60 70m3/min , 抽出率高达 40 %。寺河矿通过加大钻孔直径, 由原来 94 mm增大到 153 mm, 单孔抽放量在 1m3/min左右；提高封孔质量，采用聚胺酯封孔， 弥补水泥砂浆封孔的不足， 在封闭性、人工操作、经济性等方面取得很好效果； 在钻孔布置上实现交叉布置提高了抽放效果；为提高打钻进度，自行研制行走钻机，人工功效提高 20 %；另外针对现场生产特点，研制正、负压放水器，适合打钻期间气水分离器，完善冲孔工艺等。图4-1 钻孔布置示意图（3）二是瓦斯含量816m3/t的区域，在本煤层使用千米钻机按300400m为一个单元布置抽采钻孔（千米钻孔终孔间距小于12m，布孔12-15个），提前两至三年进行大面积区域性预抽。（4）三是在瓦斯含量小于8m3/t的区域掘进中抽采。即煤体在进行区域性抽采后，在工作面巷道掘进过程中，设钻场和利用横川实施超前钻孔，抽采掘进面前方和圈定区域内的瓦斯，同时执行采前预抽采，工作面圈出后，在顺槽巷道内向工作面煤体再布置顺层钻孔进行抽采。针对工作面走向越往里，开采时间越早，采前预抽时间越短的特点，采取加密钻孔的措施，强化抽采效果。在西井区布置底板岩巷穿层钻孔进行预抽。通过在钻场施工穿层钻孔，控制60120m煤体区域进行预抽。采煤工作面利用回风侧横川封闭、埋管抽采采空区瓦斯，埋管直径不低于400mm，抽采浓度一般在1020%，抽采瓦斯纯量34m/min。东井区目前按预防煤与瓦斯突出矿井管理。采掘作业前，严格落实“三级瓦斯治理模式”，并通过测定煤层残存瓦斯含量，待采掘作业区域瓦斯抽采达标后方开始采掘作业。在采掘及揭煤过程中，严格执行区域验证及局部综合防突措施。西井区为煤与瓦斯突出矿井，目前处于基建阶段，无采煤工作面。煤巷掘进工作面在掘进前编制了掘进工作面专项防突设计，掘进作业时严格执行区域综合防突措施和局部综合防突措施，制定区域防突措施效果评价机制，以掘进60m为一个评价单元，确保掘进工作区域残余瓦斯含量小于8m3/t，并在掘进过程中距未预抽或防突效果无效范围前方边界不少于20m。为避免突出煤层采掘作业应力集中，西井区相向掘进贯通工作面在相距60m前即停止一个掘进工作面的施工；双巷掘进工作面严格按照防治煤与瓦斯突出规定第22条的规定，避开30m的应力集中区。通过积极推广“三级瓦斯治理”模式：综采工作面采用“三进两回”和“两进两回”通风方式如图2。目前综采工作面绝对瓦斯涌出量为3542m3/min，切眼配风51006100m3/min，工作面总风量61006700m3/min。煤巷掘进工作面多采用三巷或双巷平行掘进方式，一般情况下，每隔60m贯通一联络横川，不断引进全风压风量。采用局部通风机压入式供风，局扇均实现双风机双电源自动切换和“三专两闭锁”。独头掘进工作面绝对瓦斯涌出量为0.61.5m3/min，工作面风量500770m3/min。图4-2 三进两回Y式通风示意图 （5）个别区域性瓦斯抽放如图4-3所示。图4-3 个别区域性瓦斯抽放示意图（6）建立矿井瓦斯双系统抽放，是晋城煤业集团瓦斯抽放的一大特色，是结合煤层瓦斯赋存特点而采用的瓦斯抽放形式，寺河矿瓦斯主要为本煤层瓦斯，煤层瓦斯含量高，开采后采空区瓦斯成为主要涌出源。针对这一特点，建立矿井瓦斯永久抽放系统作为矿井主抽放系统。其特点为高负压、高浓度、小流量，用于煤层瓦斯预抽或者煤层瓦斯区域性抽放。另外一个抽放系统即矿井井下瓦斯永久抽放系统是矿井的辅助抽放系统，其特点是低负压、低浓度、大流量，用于采空区瓦斯的抽放，解决上隅角瓦斯超限问题。另外，寺河矿井下分东、西区开采，西区处于开拓阶段，东区为正常生产区。地面泵站通过530 mm管路延伸到东区生产区域，管路长达1万m，抽放负压损失严重，矿井的辅助抽放系统也可兼顾矿井主要抽放系统的地面泵接力加压，以满足预抽瓦斯孔口负压要求。（7）建立双系统瓦斯抽放主要为了解决高压抽放与低压抽放相互影响制约的矛盾;煤层瓦斯的预抽是使高负压作用于煤体，使煤体吸附瓦斯脱附成游离瓦斯，与煤体裂隙中存在的游离瓦斯一起被抽入瓦斯管路。煤体中的瓦斯在人为的负压作用下，吸附瓦斯被强制脱附成游离瓦斯，游离瓦斯被通过裂隙、管路抽放走，这样煤体瓦斯含量随着抽放的进行便会逐渐降低，实现瓦斯防治和开发的目的。在一般情况下，孔口负压根据煤层的可抽性要达到1540 kPa。由于预抽是密封抽放，所抽放的瓦斯浓度一般都高，这相应制约了抽放量，高负压、高浓度、小流量便成为煤层瓦斯预抽的主要特征。实践表明，抽放采空区瓦斯是采面瓦斯防治的最有效途径，采面瓦斯抽放属卸压瓦斯抽放，要求抽放系统负压低(一般510 kPa)，流量大，抽放浓度根据积聚的瓦斯浓度而定，但一般都不会太高。如果采空区抽放和煤层瓦斯预抽共用一个抽放系统，则采空区抽放和煤体预抽必然会相互制约，因此为了兼顾瓦斯预抽与采空区抽放，建立双系统抽放是解决这一问题最简单有效的方法。于1990年引进美国地面钻孔释压技术，开始展开地面煤层瓦斯气开发研究工作，1995年与美国美中能源公司合资又成立了山西晋丹能源研究开发公司，主要从事寺河矿所属潘庄区井田的煤层瓦斯开发。在寺河矿潘庄区井田150.8 km2范围内，煤层瓦斯地质储量有286亿m3，可采储量为223亿m3。该区煤层瓦斯地质储量分布集中，储藏条件好，渗透率高，可抽性好，甲烷含量高，是国内煤层瓦斯气开发最具有前景的地区之一。煤层气地面开发首先要从地面向目标煤层施工钻井，钻穿至煤层下40 m终孔，采用套管完井，在目的层段下入聚能弹，在套管上燃烧出直径约1 cm的孔眼，然后在地面将数台高压泵车并联起来，将压裂液快速注入井眼中，注入携砂液将造出的裂缝支撑起来作为煤层瓦斯流动通道。排采采用抽油机等设备将煤层中的水抽出，降低煤层所受压力，使得煤层瓦斯得以自然解析;一般每口井的影响有效半径达130 m左右，排采期可以达到15 a左右。气井生产出来的瓦斯首先输送到压缩站，在压缩站将煤层气压缩成25 MPa的高压气体，体积大大缩小的高压气体被装载在高压钢瓶中，用汽车运输至用户，经减压至常压状态下进行利用。寺河矿潘庄区井田煤层瓦斯开发首先施工了7口示范井(其中1口为取芯化验井)，1995年开始施工，到1997年完工，均已产气，其中最高单井日产气量超过12 000 m3/d，单井平均产气量2 850 m3/d。现阶段该7口井单井平均日产气量还维持在2 500 m3/d以上，这一煤层瓦斯井群排采试验的成功，有力地推动了沁水煤田煤层瓦斯的开发工作。6 瓦斯治理“十一五”期间取得的进展和主要成果6.1 通风系统（1）建成并投运西井区三水沟进回风立井、主斜井进风井，初步形成西井区对角式通风系统，缩短了通风流程，提高了矿井通风能力，保障了通风系统的稳定可靠。（2）利用矿井通风模拟仿真系统对通风系统进行优化，缓解了局部地点供风困难的矛盾，降低了个别风井通风阻力，保证了系统稳定可靠运行。（3）局部通风机全部实现了双风机双电源自动切换和“三专供电”。掘进工作面推广多巷掘进“全风压+短距离局部通风”供风方式，采用三巷或双巷平行掘进，一般情况每隔60m贯通一联络横川，巷道实现全风压通风，掘进独头巷道长度不超过100m。6.2 瓦斯抽采（1）建成小东山井下抽采泵站，安装了4台CBF-710A水环式真空泵，缓解了东四盘区工作面预抽能力不足和东三、四盘区采空区抽采能力不足的矛盾。（2）按设计要求已开工建设三水沟地面泵站，拟安装7台CBF-810水环式真空泵，建成后将为矿井 “十二五”规划中1255m3/min的抽采能力打下坚实基础。（3）积极推广“三级瓦斯治理模式”，开展地面钻孔煤层压裂对井下区域原始煤体进行抽采，实施井下区域递进式预抽采和千米钻机长钻孔成孔工艺技术，极大的提高了瓦斯预抽率。（4）优化抽采系统，实现高低浓度分源抽采工艺。6.3 防治突出2007年寺河矿西井区因“5.20”煤与瓦斯突出事故被鉴定为煤与瓦斯突出矿井。为强化现场管理、预防煤与瓦斯突出事故发生，矿设立了防突机构，建立了防突管理制度，现场采取了区域防突措施和局部防突措施，配备了避难硐室、压风自救系统等安全防护设施，并建立了瓦斯实验室，在矿区范围内率先采用随钻随测直接法测定煤层瓦斯含量，用于区域瓦斯抽采效果检验。区域预测及效检采用瓦斯含量法：瓦斯含量临界值为8m3/t；局部防突检测采用钻屑指标法：K1临界值为0.5 ml/(gmin1/2)，Smax临界值为6kg。区域性措施主要有：井下区域递进式抽采、钻场掩护递进式抽采。局部措施主要有排放孔、超前钻孔抽采等。6.4 监测监控对矿井原东井区KJ72监控系统、西井区KJ65N监控系统进行了升级改造，统一改造为KJ90NB型矿井安全监测监控系统，既消除了两个井区使用两套不同系统的诸多弊端，又保障了监控系统的有效、灵敏、可靠，并增设了井上下监测地点各类传感器，实现了瓦斯电闭锁、故障闭锁及风电闭锁功能。7 瓦斯治理指导思想、发展思路和规划目标7.1 指导思想坚持“先抽后采、以风定产、监测监控”瓦斯综合治理十二字方针，建立“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，围绕瓦斯“不积聚、不超限、不突出”目标，强理念、精业务、严标准、抓落实，依靠技术创新、装备更新、管理革新，全面提升矿井“一通三防”管理水平，杜绝“一通三防”事故。7.2 发展思路进一步更新理念，按照“采煤采气一体化”和“三级瓦斯治理”的总体思路，坚持区域防治为主、局部防治为辅，着力提升矿井“一通三防”安全保障能力，实现煤炭及煤层气产业持续、健康、安全发展。7.3 规划目标（1）杜绝重大瓦斯事故发生，实现瓦斯零超限，逐步建成本质安全型矿井，建立瓦斯防治长效机制，实现矿井长治久安。（2）完善“一通三防”各大系统，夯实“一通三防”安全基础,提高“一通三防”从业人员业务技能，矿井通风质量标准化达行业一级。（3）矿井年瓦斯抽采量达3.4亿m，年抽采钻孔进尺达240万m，矿井瓦斯抽采率达75%。（4）改扩建瓦斯抽采系统，确保抽采系统能力达到矿井需要抽采瓦斯量的34倍。（5）优化抽采方式、调整煤层开采顺序、改革工作面布局，形成一套适合寺河矿发展的瓦斯综合治理方法。（6）积极开展科研项目，推广新设备、新工艺、新材料，以创新推动矿井可持续发展。8 矿井科研攻关规划以科研为依托。推动技术创新、技术进步，实现技术队伍人员素质的整体提高及矿井生产力水平的有效发挥，推进技术经济一体化。8.1 工作任务继续依托科研院所，加强产学研联合和引导煤矿瓦斯科研攻关，加大技术创新力度和瓦斯治理利用、科研成果推广应用，开发瓦斯治理关键技术和装备，围绕煤矿瓦斯赋存机理、瓦斯重大课题以及安全生产的共性、关键技术进行科学研究,使煤与瓦斯突出预测、煤与瓦斯突出防治技术和设备、提高瓦斯预抽率等瓦斯治理技术取得新的实质性突破，优化寺河矿瓦斯综合治理模式，为矿井高效、安全生产提供强有力的技术支撑。8.2 重点项目（1）2011年瓦斯治理科研项目规划1）履带式多用途钻机施工工艺研究2）突出煤层大采高工作面瓦斯治理技术研究3）西井区15#煤保护层立体开采技术研究、应用及效果考察4）高位钻孔抽采效果考察5）15#煤层瓦斯基本参数测定（2）2012年瓦斯治理科研项目规划1）软煤、破碎煤发育区钻孔施工工艺研究2）东五、东六盘区3#煤层瓦斯基本参数测定3）瓦斯预抽钻孔防喷技术研究4）提高软煤、破碎煤区域瓦斯抽采效果技术研究5）寺河矿区域防突预测敏感指标及临界值研究。（3）2013年瓦斯治理科研项目规划1）沿空留巷“Y”型通风技术、煤与瓦斯共采技术应用及效果考察2）通风系统可靠性评价与救灾决策智慧系统研究9 寺河矿未来几年瓦斯治理规划9.1 矿井通风系统规划以通风为基础。科学合理地优化矿井通风系统，使通风流程最小化，通风阻力最小化，风机工况最优化，实现分区域独立通风，增强系统抗灾变能力。（1）工作任务“多风井建设、多盘区生产”，合理安排抽采衔接，提前布置开拓大巷，为瓦斯抽采消突提供时间和空间。根据矿井采掘衔接计划，及时优化、完善盘区通风系统，提升盘区通风能力；调整矿井风量，确保采掘延伸及下水平开拓时稳定供风，满足矿井安全高效发展需要；摸索不同区域内采、掘工作面最优通风方式，并固化；根据井田开拓布置，真正实现矿井分区通风。规划期内：主斜井、副斜井、上庄进风井、回风井服务东一盘区期间，风量预计达380m3/s；上庄进风井、东进风立井、东回风立井服务东三盘区期间，风量预计190m3/s；小东山进、回风立井服务东四盘区期间，风量预计260m3/s；主斜井、副斜井、西回风立井服务西一盘区期间，风量预计170m3/s；山水沟进回风立井服务西二盘区期间，风量预计360m3/s，各盘区配风满足20112013年期间开拓延伸、掘进和回采要求。（2）重点工作1）2011年潘庄进风立井施工完成，2012年潘庄回风立井主扇投运。2）2011年6月底完成常店进、回风井底大巷工程（沟通大巷形成系统），7月份开始进行地面系统工程的施工，工期6个月，于2012年底投运常店风井，确保满足东六盘区采掘接替需要。3）2012年6月上庄进、回风井延伸完毕。4）2013年10月底完成东六盘区集中大巷。5）规划期内完成西井区磨掌北进、回风立井建设工作，提前形成北部通风系统，为实现西井区北部区域提前进行瓦斯抽采打好基础。9.2 矿井瓦斯抽采系统规划以抽采为重点。结合矿井规划发展的需要，适时改造现有抽采统统，控制地面各系统抽采半径在4km以内，实现抽采半径合理化，抽采负压最大化，抽采效果最大化。（1）工作任务结合矿井长远发展规划，扩建抽采系统，解决现行抽采系统备用能力不足、抽采半径不合理等问题；继续在全矿范围内推行“三级瓦斯治理模式”，进行大面积预抽；在西井区二盘区试验保护层开采方案，即开采15#煤层做为3#煤层的保护层，并在9#煤中布置底抽巷，利用底抽巷施工穿层钻孔预抽3#煤层的瓦斯，在回采15#煤时同时抽采3#煤层的卸压瓦斯；在西井区3#煤层底板布置部分底板岩巷，利用底板巷施工穿层钻孔预抽3#煤层瓦斯及回采过程中的卸压瓦斯；采煤工作面初采期间试验高位短巷(倾向高抽巷)抽采、顶板倾向钻孔抽采、邻近层拦截钻孔抽采等治理手段控制瓦斯超限；工作面正常回采期间，增加顶板倾向钻孔、顶板走向钻孔，降低风排瓦斯量。通过系统抽采，实现瓦斯抽采最大化，确保矿井瓦斯抽采率达到70%以上，采掘工作面瓦斯抽采率达到70%以上；掘进工作面风排瓦斯量降到3m3/min以下，回采工作面风排瓦斯量降到5m3/min以下；综采工作面上隅角瓦斯控制在1.0%以内，回风流瓦斯控制在0.6%以内；矿井采掘作业区域煤层瓦斯含量降到7m3/t以下，瓦斯压力降到0.45MPa以下，最终形成“抽、掘、采”平衡，实现高瓦斯煤层、煤与瓦斯突出煤层的低状态、卸压保护下开采。（2）重点工作抽采系统建设规划：2011年，矿井瓦斯抽采能力要求达到1035m3/min：1）建成三水沟地面瓦斯抽采泵站，服务于西井区。拟定安装7台CBF-810水环式真空泵，抽采能力为470m3/min。2）建成常店风井临时抽采泵站，用于常店风井揭煤等，拟定安装2台2BE1303水环式真空泵，抽采能力为30m3/min。3）建成潘庄风井临时抽采泵站，用于潘庄风井揭煤等，拟定安装2台2BE1303水环式真空泵，抽采能力为30m3/min。 2012年建成潘庄风井永久抽采泵站，用于潘庄风井本煤层抽采和采空区抽采，拟定安装6台CBF-710水环式真空泵，抽采能力为280m3/min。2013年建成常店风井永久抽采泵站，用于常店风井本煤层抽采和采空区抽采，拟定安装6台CBF-710水环式真空泵，抽采能力为280m3/min，则2013年底寺河矿瓦斯抽采能力将达到1535m3/min。10 瓦斯综合利用从长远来看, 地面瓦斯抽放是解决高瓦斯矿井瓦斯问题的一条根本途径, 也是发展趋势。一是从安全角度讲, 因为人不直接接触瓦斯, 地面压裂抽放比井下打钻抽放更安全。二是从技术层面讲, 地面瓦斯抽放的技术非常成熟, 在国外高瓦斯矿井已经得到了普遍的应用。三是经济方面讲, 虽然初期投入较大, 一口抽气井的施工预算为 130万元。但是节省了井下通风及瓦斯抽放的巨额费用, 保证了矿井的安全开采, 所产生的安全效益和社会效益不可估量, 而且抽出的高纯度瓦斯也具有很高的商业利用价值。四是从资源利用和环保角度看, 变被动抽放为主动抽放, 可以最大限度地减少由于煤矿开采排放瓦斯对大气的污染。特别是晋城矿区煤层气资源量大、透气性好, 可抽性好, 开发条件优越等特点,表1所示 特别适宜于采用地面钻井压裂技术, 进行煤层气资源开发。开发利用煤层气资源可以增加新的洁净能源,改善我国的能源结构 , 减少温室气体的排放 , 保护大气环境 , 而且可以降低或避免煤矿瓦斯事故发生造成的巨大损失 , 对提高社会、 经济、 环境效益都具有重大的现实意义 ,得到了我国政府的高度重视。晋煤集团于九十年代初期就致力于煤层气的勘探工作 , 积累了丰富的经验 , 培养了一大批从事煤层气开发利用的管理和技术人才。到目前为止 , 晋煤集团煤层气开发利用已取得了丰硕的成果。10.1 瓦斯发电寺河矿井下抽放的瓦斯主要用于发电, 建立了全国最大的瓦斯发电厂。寺河矿瓦斯发电厂总装机容量为 15万 kW。发电机组为 6台 2 000 kW 的W J6G1型燃气轮机和 1台容量为 3 000 kW 的 QFK- 3 - 2型汽轮机。燃汽轮机利用瓦斯气发电后,其尾气通过余热锅炉产生蒸汽, 进而带动汽轮机进行发电。冬季利用余热为矿区供暖, 实现热电联供, 形成了一个闭路的多产联循环。此外, 利用贷款正在建设 12万 kW 的煤层气电厂, 这是目前世界上规模最大的煤层气电厂。10.2 民用燃气瓦斯在寺河矿锅炉供暖、食堂和职工洗浴等方面早就得到了广泛应用。2004年, 建成了全国最大的煤层气压缩站。目前生产能力为 6万 m3/d。利用车载形式, 将地面抽放的压缩煤层气送至集团公司老区各用户, 代替水煤气用作洁净燃料, 已有25万个用户用上了煤层气。随着山西煤层气综合开发项目的实施, 煤层气的供气方式将变为以长输管线输送为主, 2006年, 晋城市区及所辖 5县市的近 10万个用户将用上煤层气, 约有 40万人直接受益。10.3 汽车燃料和化工原料煤层气作为汽车燃料和化工原料, 也有着广泛的用途。晋煤集团将在晋城市区建立瓦斯气加气站, 进一步推广瓦斯汽车。10.4 积极参与 CDM 项目的运作随着 2005年 2月 16日 京都议定书的正式生效, 一个年交易值高达 150亿美元左右的国际温室气体贸易市场开始启动。2004年 12月, 晋城煤业集团 12万 kW 煤层气电厂项目所产生的温室气体减排量被世行托管的碳化基金 ( PCF) 收购, 价值达 1 900万美元。这是我国执行 京都议定书第一个环保减排购买协议指标项目。对煤层气的开发和利用, 不仅可消除煤矿在开采过程中的安全隐患, 还可以最大程度减少由于煤矿开采排放瓦斯对大气的污染, 尤其在寺河矿西区, 有煤与瓦斯突出倾向, 采取地面抽放就可避免突出事故的发生, 生产力可彻底得到解决。从中、长期发展来看, 采用地面抽放瓦斯, 对瓦斯进行综合利用是解决瓦斯的一条根本途径。 11 存在问题（1）生产布置不合理。盘区内一边准备采煤面生产巷道、一边延伸盘区集中大巷。（2）矿主采3#煤层开采强度大（2006年核定矿井生产能力1080万t/a，但近三年矿井产量均在1200万t/a以上），留给瓦斯治理的时间和空间有限，给矿井安全生产带来了隐患，不利于矿井可持续发展。（3）寺河矿井田范围内9#、15#煤层的煤炭生产许可证未获批准，且同一井田内不同煤层由不同单位开采（9#煤层划规寺河2#井开采），不利于安全生产，无法实现优质煤与劣质煤、主力煤层与非主力煤层的配采，实现矿井长期、均衡生产。特别是寺河西区划为突出矿井后，更不利于矿井实现总体设计，分步实施的原则；不利于科学确定各煤层的合理开采顺序，为矿井开采保护层、实现“可保必保”的区域治理创造开采技术条件。（4）根据晋煤安发20071730号文件批复精神，确定寺河煤矿西井区3#煤层为煤与瓦斯突出煤层，西井区为煤与瓦斯突出矿井。但东井区3#煤层未进行突出危险性鉴定，目前按照高瓦斯矿井进行管理。（5）西井区“四大员”（测气员、放炮员、防突员、安监员）由外委施工单位人员担任。虽然这些人员已交由矿通风科管理，并且在工资分配上有一定的管理权限，但是外委施工单位人员流动性大，人员素质难以保证，对安全生产监管的力度及可靠性难以保证。（6）矿井抽、掘、采矛盾仍然没有得到根本缓解。（7）采煤工作面瓦斯抽采效果评价指标单一且评价结果失真。目前矿井仅采用可解吸瓦斯量作为采煤工作面抽采效果评价指标，且采煤工作面抽采效果评价未考虑到邻近层瓦斯涌出的影响，致使评价结果失真；工作面抽采效果评价时，评价钻孔的取样点达不到目标取样位置（工作面中部），也是造成评价结果失真的因素之一。（8）瓦斯治理措施仅限于本煤层，在有限的时间、空间内无法充分发挥措施的最大效果，不利于抽掘采平衡。12 结论高瓦斯矿井的瓦斯治理必须确立综合治理的原则， 即抽放、 通风监测监控和管理四位一体的原则，这个原则是由高瓦斯矿井的客观需要所决定的。抽放是根本。是从瓦斯涌出的源头上切断或减少瓦斯来源的根本性措施，也是高瓦斯矿井治理瓦斯、 确保安全的根本性方法。通风是关