薛湖矿交流会材料

薛湖矿瓦斯综合治理简介2010.8.6

主要内容

第一部分：矿井概况第二部分:瓦斯防治理念及理论支撑第三部分：可靠的矿井通风系统

第四部分:能力充足的抽采系统

第五部分:有效的监控系统主要内容

第六部分：较为完善的管理制度

第七部分:防突管理

第八部分：技术推广和创新

第九部分:瓦斯治理效果

第十部分:下一步面临的难题1、矿井概况薛湖矿位于河南省永城市薛湖镇境内，井田东西长16km，南北宽2.8～6.5km，面积约74km2，煤层平均厚度2.23m，可采储量0.9亿吨，矿井设计生产能力为120万吨/年，开拓方式为立井单水平上、下山开拓，采煤方法为倾斜长壁采煤法，后退式开采，一次采全高，全部陷落法管理顶板，2009年12月16日矿井正式通过投产竣工验收，核定生产能力90万吨。我矿现投产采区为东21采区和23采区，现有2个综采工作面（一个回采，一个停采）、4个煤巷掘进工作面和4个岩巷掘进工作面。

1.1矿井地质构造

薛湖井田断裂构造较发育，均为高角度正断层，全井田65条，大断层主要分布于井田东、西边缘的两侧；煤尘无爆炸性，不易自燃。1.2矿井瓦斯赋存情况

目前开采范围内，煤层瓦斯压力0.75～3.7MPa，煤层瓦斯平均含量13.15m3/t，坚固性系数为0.22～0.41，煤层透气性系数为0.0861m3/(Mpa2﹒d)，百米钻孔瓦斯流量衰减系数为1.38d-1。1.3矿井突出区域划分图1.4矿井瓦斯涌出量情况

目前矿井瓦斯绝对涌出量为52.94m3/min

，相对瓦斯涌出量为22.3m3/t

。瓦斯二氧化碳相对涌出量m3/t22.320.66绝对涌出量m3/min52.948.88鉴定等级集团公司突出省局批复等级突出1.5矿井历史上瓦斯灾害情况薛湖矿瓦斯灾害严重，自建矿以来曾发生两次煤与瓦斯突出事故，但均无人员伤亡，具体情况为：1、2007年9月2日，薛湖煤矿东翼胶带大巷上仓斜巷托煤顶掘进期间，发生一次煤与瓦斯事故，抛出煤量15t左右，瓦斯涌出量500m³。2、2008年5月28日，2102机巷上山掘进期间，发生一次煤与瓦斯事故，抛出煤量20t左右，瓦斯涌出量1200m³。2.1瓦斯防治理念

煤业公司瓦斯防治理念没有治理不了的瓦斯，只有采取不到位的措施。没有治不住的突出，只有打不到位的钻孔。没有防不住的超限，只有不到位的意识。瓦斯超限就是事故（含无计划停风、无计划停电、循环风、不合理串联风）。2.1瓦斯防治理念薛湖矿瓦斯治理理念科技引领区域先行多措并举快速打钻强力抽放过程控制深钻孔大流量严封孔高负压抓防突就是解放生产力2.2薛湖矿瓦斯治理理论支撑:

——煤与瓦斯突出的球壳失稳假说要点

(1)煤与瓦斯突出过程的实质是地应力破坏煤体，煤体释放瓦斯，瓦斯使煤体裂隙扩张并使形成的煤壳失稳破坏，将原本具有一定支撑作用的表面破坏煤体抛向巷道，迫使应力峰移向煤体内部继续破坏后续的煤体这样一个连续发展的过程。

(2)突出过程中任一抛出的突出煤体都经历了地应力破坏产生裂纹，瓦斯压力使裂纹扩展形成球盖状煤片，煤片又在瓦斯压力的作用下失稳抛出这样一系列小阶段。

(3)在煤与瓦斯突出过程中，地应力并未参与煤体的抛出过程。地应力的作用仅是破坏煤体。而煤体的破碎仅是发生突出的必要条件，不是发生突出的充分条件。

(4)、发动煤与瓦斯突出的充分条件是煤体受地应力破坏后能马上释放出大量的瓦斯，使煤体内的裂隙扩展沟通并使形成的煤壳失稳抛出。(5)、从能量的角度来看，在突出过程中，每一煤体质点在应力集中阶段都有一个弹性能积聚的过程，但与原始应力状态条件下煤体的弹性能及煤体内的瓦斯能相比，应力集中过程中积聚的这点能量是微不足道的。在突出过程中的其它阶段，煤体质点只有能量损耗，没有能量积聚。

(6)、突出过程中，煤体的弹性潜能均转化为煤体的破碎功(即增大煤体的表面能)和提高煤体质点的温度。为煤体内瓦斯能的释放创造了有利的条件。

(7)、在地应力的作用下煤体被破坏后，从煤体中释放出来的初始释放瓦斯能中具备做功能力的初始释放瓦斯膨胀能是发动突出的真正的动力及能源。

2.2薛湖矿瓦斯治理理论支撑:

——煤与瓦斯突出的球壳失稳假说要点(8)、煤体中的初始释放瓦斯膨胀能的大小随地应力、瓦斯压力的增高而增高，但随原始煤体强度的增高而降低。初始释放瓦斯膨胀能综合反映了地应力、煤体强度及瓦斯压力对突出过程的影响。(9)、在突出过程中，煤体内参与突出的初始释放瓦斯膨胀能只是煤体的初始释放瓦斯能中的一部分，其他部分则以内能或自由膨胀的形式消耗掉了。(10)、初始释放瓦斯能及初始释放瓦斯膨胀能主要来自于与大裂隙沟通良好的各级孔隙内的游离瓦斯能及吸附瓦斯能，但不包括与大裂隙沟通条件不好的各级孔隙内的游离瓦斯能及吸附瓦斯能。(11)、根据以上对突出过程的分析，突出的发生发展是以球盖状煤壳的形成发展及失稳抛出为其特点的.将上述对突出过程的描述称为煤与瓦斯突出机理的球壳失稳假说。2.2薛湖矿瓦斯治理理论支撑:

——煤与瓦斯突出的球壳失稳假说要点图1含有型裂纹的质点受力分析

图3小裂隙、小孔隙中的瓦斯向Ⅰ型裂纹中释放过程

图2煤体内伪切向裂隙在残余应力作用下的扩展

突出阵面恒稳推进过程示意图

3、可靠的矿井通风系统

矿井采用混合式通风系统，即主井、副井进风，中央风井和东风井回风，通风方法为抽出式，目前矿井总进风量为10087m3/min，总回风风量10954m3/min。3、可靠的矿井通风系统通风系统图

3、可靠的矿井通风系统抽风机房

井下安全硐室4、能力充足的抽采系统薛湖矿抽放系统由地面抽采系统、采区抽采系统以及各头面的移动抽采系统构成，实行地面抽采与井下抽采相结合的立体抽采网络，抽采能力充分满足矿井瓦斯抽采需要，确保做到“应抽尽抽”、“抽采达标”；矿井现有瓦斯抽放泵11台（不包含正在建造的东风井地面抽放泵2台和23采区抽放泵4台），总抽放管路直径为φ500mm、支管路直径最小φ200mm。目前额定总抽放能力为1195m3/min,实际总抽放能力可以达到600m3/min，目前矿井的总抽放混量为409m3/min,抽放富余系数为1.5倍；下半年额定总抽放能力可以达到2000m3/min.保证孔口负压不低于20KPa，单孔瓦斯抽出浓度在30%以上的占70%，矿井月度瓦斯抽放量在60万m3以上。为快速抽放提供保障。4、能力充足的抽采系统地面瓦斯泵监控系统4、能力充足的抽采系统地面瓦斯泵站4、能力充足的抽采系统21采区瓦斯抽放泵站

4、能力充足的抽采系统井下移动瓦斯抽放泵站4、能力充足的抽采系统抽放管孔板流量计5、有效的监控系统

矿井安全监控系统型号KJ95N，中心站设在调度室，实现对矿井各类参数的实时监控，监控系统与公司联网和数据实时上传，做到了数据准确、断电可靠、处理迅速。矿井还安有“煤与瓦斯突出实时诊断系统”，对工作面突出危险性进行实时监控预测，对矿井防突工作提供了强有力有支撑。5、有效的监控系统瓦斯突出预判系统综合分析图5、有效的监控系统

调度室6、较为完善的管理制度

建立了各级领导干部瓦斯治理岗位责任制，做到了齐抓共管。6、较为完善的管理制度

1）制定了“一通三防”管理制度、各级领导干部“一通三防”责任制和瓦斯治理责任制，由总工程师全面负责“一通三防”技术工作，由矿长组织每月召开“一通三防”例会和瓦斯治理专题会议，编制月度“一通三防”工作计划和防突工作计划，严格落实计划管理和目标考核，强化责任追究，完善瓦斯管理保障体系。6、较为完善的管理制度

2）采掘生产瓦斯浓度实行分级管理：井下现场瓦斯检查员、监控中心机房值班人员发现井下瓦斯超限必须立即向矿调度室、通防队汇报，并及时报告通防科、通风副总、值班矿长及总工程师，由监测中心填写瓦斯超限记录，要求瓦斯浓度达到0.5％时瓦斯传感器报警，达到0.6％时停止工作，进行处理，并按照事故分析、考核，瓦斯浓度达到或超过0.8％时断电，并按事故进行追查处理。6、较为完善的管理制度

3）建立了瓦斯预抽评估和瓦斯日分析制度。在坚持执行国家和集团公司相关制度基础上，建立了瓦斯预抽评估和瓦斯日分析制度。瓦斯预抽评估制即对任何瓦斯异常区、煤岩巷掘进、石门揭煤的瓦斯预抽率不低于35%的评估制；瓦斯日分析制度主要是及时发现瓦斯异常现象，采取有效治理措施。6、较为完善的管理制度

4）严格考核，强化业务保安和岗位责任制，对于瓦斯超限和突出事故进行专项考核，实行责任抵押、重奖重罚的制度，增强科室、区队“一把手”的责任意识和管理力度。5）实行了流程控制，环环把关，层层负责，确保了防突措施的有效地落实。6、较为完善的管理制度6、较为完善的管理制度6、较为完善的管理制度

工作面顺层区域防突措施控制7、防突管理

（1）防突知识培训（2）较高素质的防突队伍矿严格按照《防治煤与瓦斯突出规定》要求成立了一支敢于创新、追求卓越的专业防突队伍：配备了专职通防副总，通防科6人，通防队153人，打钻队80人，信息监控中心24人，瓦斯实验室2人，另外各采掘区队亦根据需要成立了专门的防突班，主要负责本单位防突工程。初步形成了一支懂技术懂管理的“一通三防”队伍。为我矿“一通三防”工作开展奠定了坚实的基础。7、防突管理

7、防突管理

（3）现场措施 根据“区域防突措施先行，局部防突措施补充”的原则，结合薛湖矿目前的安全生产条件和矿井开拓、开采方式，通过与科研院校合作，以采煤工作面施工顺层钻孔预抽回采区段煤层瓦斯、掘进工作面施工顺层钻孔预抽条带煤层瓦斯，揭煤过构造实施穿层钻孔预抽条带瓦斯为主的综合防突技术措施，从源头上杜绝煤与瓦斯突出现象，初步形成了适合我矿自身条件的一系列防突规定、管理办法和实施细则，现以安全回采2个采煤工作面近87万吨，掘进煤巷7226m左右。7、防突管理

采煤工作面区域防突措施采煤工作面局部综合防突钻孔布置示意图7、防突管理

煤巷掘进工作面区域防突钻孔布置示意图煤巷掘进工作面局部综合防突措施钻孔布置平面图7、防突管理

深注浅抽措施图8、新技术推广和创新矿井围绕安全生产，特别是在解决瓦斯治理难题上，积极进行技术创新和攻关，取得了一定成果，并及时组织应用和推广，取得良好的安全和经济效益。8.1、线性预测仪的应用

在2104机巷掘进工作面，利用中国矿业大学合作，利用连续流量法煤巷突出预测装置，预测掘进工作面前方硬煤中含构造煤的试验研究，有效地指导了煤巷快速掘进。8.2、泡沫抑尘的应用

通过与中国矿业大学合作，在2108机巷实验煤岩泡沫抑尘技术，取得了初步成功。该方法有效的降低了粉尘浓度，该方法与其它湿式抑尘相比，用水量可减少55～80％，而抑尘效率却比喷雾洒水提高4～6倍，降尘率可达75%。截割煤岩时泡沫射向尘源，抑尘效果明显

8.3、泡沫抑尘器的应用8.4、泡沫抑尘器的应用PMYC-Ⅱ型煤岩泡沫抑尘设备发泡原理图

8.5、移动瓦斯抽放泵的应用

我矿在各煤巷掘进工作面和采煤工作面风、机巷都安装有移动瓦斯抽放泵，其中煤巷掘进工作面移动泵专抽该工作面迎头瓦斯，回采工作面风巷移动泵专抽该工作面上隅角瓦斯，机巷移动泵专抽采面浅孔抽放，在采取该项措施后掘进工作面孔口负压可以达到30-40kpa,采煤工作面负压可以达到20-30kpa，在短时间内可以抽出大量瓦斯，为煤巷快速掘进和安全回采提供了时间保障。8.6、抽放钻孔注浆封孔技术该封孔技术解决了以往钻孔封不严、漏气、瓦斯抽不出的缺点，使瓦斯抽采率大大提高，在抽采系统、负压不变的情况下，单孔抽出瓦斯浓度在30%以上，抽放浓度增加了9.6倍，保证了瓦斯抽采效果。8.6、抽放钻孔注浆封孔技术凝固后的PD聚氨酯结构图8.6、抽放钻孔注浆封孔技术

PD密封的钻孔抽放瓦斯的平均浓度比聚氨酯提高30%以上。8.6、抽放钻孔注浆封孔技术

8.7、注浆封孔设备

8.8、大力实施深孔施工钻具改进技术

区域抽放孔施工速度一直是制约矿井煤巷快速掘进，由于煤层瓦斯含量高瓦斯压力大，煤层软等原因，顺层钻孔施工难度大，刚开始施工一循环区域措施孔需要3-5天，严重影响到矿井煤巷快速掘进工作，使瓦斯治理工作比较被动，进展缓慢，为了解决这一“瓶颈”，矿与中国矿大合作成立了煤巷快速掘进攻关小组。经过攻关把原来5个圆班才能完成的工作量缩短到1个圆班，大大节约了生产时间，为煤巷安全快速掘进奠定了坚实的基础。手持式钻机钻孔深度（￠75mm）由原来的15米、30米、50米到目前正常70米到80米，最高达到97米。8.9、使用的钻机

该钻机具有正、反转功能，可以轻松钻进和退出钻具；具有给进力大，故障率低等特点。ZQJ-300/6气动架柱式钻机8.9、使用的钻机

该钻机为便携手持式气动钻机，具有正反转功能，可方便的退出钻杆钻头，钻机还可以连接选配型支架。该钻机主机为便携式，它具有安全防爆、转矩大、转速高、质量轻、体积小、效率高、结构简单、维修方便等特点。煤层正常情况下90/2.5架柱手持式气动钻机施工φ75mm钻孔最深可达80米。100/3.0架柱手持式气动钻机施工φ75mm钻孔最深可达100米ZQSJ-90/2.5架柱手持式气动钻机ZQSJ-100/3.0架柱手持式气动钻机8.9、使用的钻机该钻机是一种新式先进的钻机，主要特点是：重量轻、携带方便、使用灵活、操作简单、安全可靠，更重要的是使工作面的动力单一化，安全可靠。轻型乳化液钻机架柱乳化液钻机8.10、钻杆、钻头8.11、水压式抽放封孔器、注水封孔器水压式抽放封孔器构成简单，操作简单，使用快速、方便、安全、可靠，并且可以反复使用多次，是煤层抽放瓦斯的理想设备，它由抽放芯管、高压橡胶膨胀管和控制阀门构成。水压式抽放封孔器注水封孔器8.12、采煤工作面瓦斯治理“八”项措施（1）加强上、下安全出口风障的使用。（2）加强采煤工作面上、下安全出口管理，保障安全出口断面不小于8㎡，工作面风量配备在2000-2200m3/min以上。（3）采煤工作面多打孔，钻孔成网状布置，钻孔间距0.75m，此种布置的优点：一是有利于抽放，二是防止重孔。（4）加强钻孔精细化管理，量化考核，对每个本煤层抽放钻孔进行计量，以单孔抽放瓦斯浓度是否达到验收要求为标准（瓦斯浓度大于30%），认真把关，现在废孔率降低至5%以下，均达到了高浓度、高负压的要求。预抽率和抽采率不断提高。8.12、采煤工作面瓦斯治理“八”项措施

（5）改进采煤工作面上隅角抽放方式，采用移动式“埋管+插管”抽放模式，极大地提高了瓦斯抽放效率和抽放质量。移动式埋管+插管8.12、采煤工作面瓦斯治理“八”项措施（6）采面上隅角严封闭，在原有打垛基础上在帮部、顶板及其它拐角处用聚氨酯填实，严防其漏风。（7）高位钻孔设计参数优化，2010年2月份我们开展了高位钻孔抽放参数专题研究，对高位钻孔设计参数和抽放参数进行优化，使高位钻孔瓦斯抽放浓度最高时达到80%以上，单孔抽放量最高时在10m3/min左右，有效地治理了上隅角瓦斯。（8）综采工作面涡流式风动风机的使用，该装置配合水射流风机，有效的控制了上隅角的瓦斯浓度，目前工作面打钻期间上隅角瓦斯浓度控制在0.05-0.15%之间，工作面割煤期间上隅角瓦斯浓度不超过0.35%，有效地解决了上隅角的瓦斯超限问题。8.12、采煤工作面瓦斯治理“八”项措施水射流风机涡流式风动风机8.12、采煤工作面瓦斯治理“八”项措施8.13、煤巷掘进双套风机的管理

煤巷掘进工作面局部通风机实施“4321”工程管理：即“四双”（双套风机、双风筒、双电源、双线路）、“三专”（专用变压器、专用开关、专用线路）、“两闭锁”（风电闭锁、瓦斯电闭锁）、“一自动”（风机自动切换），试验记录的填写、存档。8.14、孔口集水式放水器的应用

针对我矿井下抽放管内积水严重，原箱式放水器容量小，放水较频凡等诸多因素，我矿设计了孔口集水式放水器，它不仅减少了放水次数，还解决了本煤层2寸弹簧胶管内积水难以放出的问题。起到源头治水效果。孔口集水式放水器8.14、孔口集水式放水器的应用

8.15、孔口除尘技术

该技术在打抽放钻孔时使用，有效地降低和减少孔内粉尘，大大改善了现场作业环境，提高了钻孔施工效率，减少对职工身体伤害，同时也从根本上消除了煤尘事故的发生。

孔口除尘装置示意图8.16、综采智能定位喷雾除尘控制系统该除尘系统能将架间自动喷雾、移架、放煤自动喷雾系统合为一体，在采煤机、移架、放煤作业的风流下方自动顺序开启/关闭数道扇形强雾进行高效降尘，无需人员干预即可实现全自动运行，解决了采煤机原喷雾装置降尘范围小、效果不理想、工作面粉尘浓度高的技术难题，降低了工人劳动强度，有效防止尘肺病危害。系统具有照明自动跟踪功能，提供全工作面高亮度照明，极大改善工作面作业条件。8.16、综采智能定位喷雾除尘控制系统系统通讯、控制电缆及水管、水阀、过滤器等装置连接示意图8.17、现代化的瓦斯实验室

该实验室可以对瓦斯含量、a.b吸附常数、煤的坚固性系数（f值）、瓦斯放散初速度四个方面进行测定，为矿井瓦斯抽放工程设计以及矿井瓦斯治理提供理论支持，对指导煤矿安全生产有着重要的意义。9、瓦斯治理效果通过瓦斯综合治理，使煤层的瓦斯含量降到了8m3/t以下，2008年6