管理技术利用并重 实现双能源安全开采

鹤壁煤业（集团）有限责任公司

鹤壁煤业（集团）有限责任公司是由1957年成立的原鹤壁矿务局改制而成的大型企业集团，系国家520户重点企业、全国工业企业500强、国家大一型企业。公司本部现有8对生产矿井，5对为煤与瓦斯突出矿井，3对为高瓦斯矿井。矿区地质构造复杂，井下开采条件差，瓦斯、煤尘、顶板、水、火等五大自然灾害俱全，是河南省瓦斯涌出量最大矿区和国家确定的45个瓦斯治理重点监控企业之一。全公司绝对瓦斯涌出量310.36m³/min，相对瓦斯涌出量平均26.51m³/t，吨煤瓦斯含量平均15.2m³/t，煤层透气性系数为1.2~1.8m²/Mpa².d，属勉强可抽放煤层。

面对单一松软低透气的复杂煤层赋存条件，集团公司清楚地认识到“瓦斯不治，矿无宁日”，转变观念，从强化管理入手，积极研究应用瓦斯综合抽放技术，坚持以用促抽，实现“煤炭-瓦斯”双能源安全开采。

一、转变观念,强力推进

鹤壁矿区的瓦斯抽放工作起步于70年代后期，2002年以前瓦斯抽放量一直徘徊在1000～1200万m³之间，瓦斯一直是制约矿井安全生产的重要因素。通过总结国内外瓦斯事故的教训，我们深刻认识到，要践行以人为本的思想和科学发展观，构建和谐社会，就必须抓好瓦斯综合治理工作。为认真贯彻落实“安全第一、预防为主、综合治理”的安全生产方针和“先抽后采、监测监控、以风定产”的瓦斯治理方针，集团公司确立了以瓦斯抽放为核心，全面实施瓦斯综合治理的工作目标，提出了“应抽尽抽、先抽后采、以用促抽”的瓦斯治理战略，制定了“三先三后三落实”（先抽后掘，先抽后采，先采气后采煤;落实钻孔工程量、瓦斯抽放量和瓦斯抽放队伍）瓦斯抽放制度。在“四位一体”防突措施的基础上提出了具有鹤煤特色的“六位一体”综合防突措施（设计、瓦斯抽放、预测预报、防突措施、效果检验和安全防护）。通过明确责任、完善制度、跟踪问责，瓦斯抽放工作得到稳步提高，2006年公司本部煤炭产量为633万吨，抽放瓦斯量为4765.7万m³,为2002年的4倍，吨煤抽出瓦斯7.5m³。通过强力推进瓦斯抽采利用，为矿区安全生产打下了良好的基础。具体做法是：

建立健全瓦斯抽放管理机构和队伍。一是成立以董事长、总经理为组长的瓦斯抽放领导小组，通风部设立瓦斯抽放科，各矿通防科配备专职的瓦斯抽放管理人员。二是配足配齐抽放队各工种人员。针对瓦斯抽放人员(抽放钻工、封孔联孔工、观测放水工、机电维修工、管路维修工等)严重不足，杂活多，管理人员精力分散等问题，各矿按实际需要配备人员，剥离与抽放无关的工作，实现了抽放队伍专业化。

严格考核抽放效果。一是由公司安监局、纪委牵头，有关部门参加，每月对各矿抽放量、钻孔工程量、抽放率进行严格考核。二是所有抽放系统都安装了监测子系统，实时监测、计算瓦斯抽放量等参数，并安设孔板流量装置与子系统数据相对照，对瓦斯抽放量进行科学计量，严禁抽放工作弄虚作假。三是严格抽放钻孔验收制度，由矿安监、通风部门及施工单位每天对所打抽放钻孔进行联合验收，作为计件工资结算依据。四是新投产的工作面必须经公司严格验收，达到预抽期不少于9个月、采前预抽率30%、采面吨煤瓦斯含量低于10m³/t等三个条件中的两个方准投产。

重奖重罚。一是提高瓦斯抽放钻工待遇。瓦斯抽放钻工执行采掘一线工人岗效工资标准，实行计件工资制度；建立了回采前工作面瓦斯含量、回采期间瓦斯超限与抽放队工资抵押挂钩制度，提高了打钻人员的积极性和责任心。二是公司、矿从吨煤工资中分别提取0.8元用于奖励瓦斯抽放和“一通三防”工作。将瓦斯抽放的完成情况与矿井工资总额的20%、矿领导年薪的10%挂钩。三是对瓦斯抽放工作弄虚作假，公司按事故严肃追查，分清责任，干部撤职，工人开除。

实现综合抽放。采前本煤层顺层孔抽放和穿层孔抽放是公司最早采用的抽放方式，也是目前最基本的采前抽放方式。通过转变瓦斯抽采观念，实现了“应抽尽抽”，研究并推广应用了单一厚煤层顶板高位裂隙抽放、上隅角埋管抽放、采面浅孔抽放技术，实现了生产过程中多角度、全方位、全过程的瓦斯综合抽放。

实施分源抽放。各矿实现了地面抽放泵站带抽本煤层钻孔、穿层钻孔、边掘边抽钻孔，高负压抽出高浓度瓦斯并加以利用;井下抽放泵站低负压大流量带抽高、低位顶板裂隙钻孔、煤壁浅孔、上隅角埋管，形成了三管三泵分源抽放、分源治理格局，建立了地面、井下立体瓦斯抽放体系。

通过采取一系列的强化瓦斯抽放措施，工作面瓦斯涌出量显著降低，配风量明显减少，瓦斯超限次数大幅度下降，工作面最大配风量由2002年的2200m³/min降至1300m³/min，取消了顶板泄瓦斯巷，采面瓦斯超限时间、次数下降90%以上，有力地促进了安全生产。

二、以科技创新为支撑，着力解决抽放技术难题

多年来，集团公司坚持从解决矿井安全生产中存在的实际问题入手，始终将科技进步放在首位，围绕矿井瓦斯抽放技术难题，积极与科研院所联合攻关，进行技术创新，攻克一些制约瓦斯抽采的关键技术。“突出煤层软煤钻孔施工工艺研究”、“高突厚煤层本层瓦斯抽放与防突技术研究”、“单一厚煤层高位顶板裂隙抽放”等项目已在全公司推广应用。“高突厚煤层本层瓦斯抽放与防突技术研究”获得河南省科技进步二等奖；“单一厚煤层高位顶板裂隙抽放”技术的广泛使用，对采面的瓦斯治理发挥了显著作用，是公司近年来瓦斯综合治理的重大进步。

目前，主要采取的瓦斯抽放技术有：

采前本煤层顺层孔抽放。在采面上顺槽施工下向钻孔，下顺槽施工上向钻孔，采前预抽工作面范围内煤层的瓦斯。由于松软突出煤层存在塌孔、卡钻、喷孔现象，2002年前上向钻孔深一般为40~60m，下向钻孔深30~40m，不能满足瓦斯抽放和防突需要。通过采用大风压、大风量、大功率钻机，应用低速慢进、边退边进、掏空前进等软煤打钻技术，提高了单孔深度。目前上向钻孔深一般为70~100m，下向钻孔深50~70m，采面基本不留空白带。布孔方式分扇形、平行、交叉布孔三种，孔间距1.5~2m。（见图1）

图1：采前顺层孔示意图

穿层抽放钻孔。在煤层底板岩石抽放巷及采面附近条件适合的底板岩巷内施工抽放钻孔，穿透整个煤层，采前预抽工作面范围内煤层的瓦斯。一般孔径75mm，封孔长度5m，布孔方式分扇形、平行布孔两种。（见图2）

图2：穿层孔预抽放示意图

高位顶板裂隙抽放。回采工作面推进过程中，在采场垂直方向形成了冒落带、裂隙带和弯曲下沉带，在水平方向形成三个区，即：煤壁支撑影响区、离层区和重新压实区。在裂隙带内布置抽放孔，在煤壁支撑影响区，煤层解吸出的游离瓦斯在较高瓦斯压力作用下沿着垂直裂隙连续汇集到抽放孔内。高位钻孔孔径110mm，钻场间距根据地质条件确定，一般不小于100m，钻孔搭接长度不小于20m。（见图3）

上隅角埋管抽放。有两种工艺方式，一是“干”形立管法。在工作面上隅角预埋一趟直径100~150mm管路，每隔15~20m留一进气口，在进气口竖一1.5m高的“干”形立管与主管路联接，附近加木垛防止顶板砸坏并堵塞立管，低负压大流量抽放采空区瓦斯。（见图4）

图4：上隅角埋管抽采示意图

二是煤层顶板埋设“L”型管路法。在上顺槽每隔15～20m向煤层顶板施工一个钻孔，每个钻孔垂直巷顶施工10m，孔内下入直径108mm的套管，套管上端4m段布置花眼，下段2.0m用水泥浇灌。位置按距上帮0.6米布设，并垂直底板施工1m，套管下部焊接三通利用8寸软管引出与埋管连接，随工作面推进埋入采空区进行抽采。（见图5）

图5：上顺槽顶板 “L”型抽采示意图

采面浅孔抽放。沿采面倾向布置钻孔，孔深8~10米，孔间距2~3米，用快速封孔器封孔，利用采面超前压力抽放煤壁前方解吸出的高浓度瓦斯，减小采面的瓦斯涌出量。

随着开采深度的增加，瓦斯涌出量越来越大，煤与瓦斯突出日趋严峻,瓦斯治理难度进一步加剧。由于煤层透气性差，煤质太软，给打钻和抽放造成很大困难。通过排查分析、学习借鉴，结合鹤壁矿区煤质松软、地应力和瓦斯压力大、钻孔塌孔、顶钻卡钻严重、抽放衰减速度快的特点，我们提出了“挤、破、抽”的技术理念（高压水力挤出、穿层孔水力冲孔、深孔预裂松动爆破），突破煤层透气性差的抽放瓶颈。公司、矿成立了技术攻关小组，负责瓦斯抽放技术管理、科研攻关、新技术新工艺的推广应用,从“挤、破、抽”各环节综合试验研究，攻克钻场封孔、联孔技术难题，采取增大风压、低速慢进等软煤打钻技术，综合提高单孔深度，提高矿井瓦斯抽放效果。

三、以资金投入为后盾，提高瓦斯抽放装备水平

针对抽放设备、管路等设施陈旧老化的现状，2002年以来，我们不断加大力度，夯实瓦斯治理的基础。先后投入6000余万元，改造并新建了8套地面瓦斯抽放系统和24套井下抽放系统；投入1000余万元，对8对矿井的瓦斯监控系统全部进行了更新改造，各抽放系统都安装了瓦斯监测抽放子系统，实现了瓦斯抽放参数的连续监测。今年计划投入资金3000余万元，用于购置大功率钻机、大能力抽放泵；增大抽放管路直径，根据鹤煤巷道布置特点，规定本煤层钻孔抽放支管管径不得小于150毫米，高位裂隙和采空区抽放支管管径不得小于200毫米；逐步淘汰150钻机，推广使用200、300钻机，购进600和1000米钻机进行试验。这些装备的投入使用，为集团瓦斯抽采水平的稳步提高奠定了坚实的基础。

四、以用促抽，实现双能源开采

煤层气(煤矿瓦斯)是宝贵的能源资源，公司本部的8对高瓦斯和突出矿井，煤层气含量高、压力大，对煤矿安全生产构成很大威胁，但作为资源开发则具有很大的优势。为此，集团公司提出了“煤与瓦斯（煤层气）双能源共采、先采气后采煤”的思路，2004年集团公司与重庆分院、中国矿大、河南理工大、辽宁工业大学、煤炭信息研究院开展了“高突厚煤层双能源安全开采技术研究与工程实践”项目研究。该项目根据应力分布规律和采场压力释放充分、采动裂隙发育、有利于煤层瓦斯析出的特点，将瓦斯作为一种资源，在开采煤炭资源的同时，促进瓦斯的高效回收利用，以充分的瓦斯抽放保证煤炭资源的安全高效开采、生产力的进一步解放。这个项目已经取得了阶段性成果。

通过实施双能源开采，不但稳定了煤炭产量，而且推动了瓦斯的综合利用，使瓦斯变害为利、变废为宝，促进了经济效益的提高。2004年9月，2台500千瓦煤层气发电机组在鹤煤四矿投入运行，该项目填补了河南省利用煤层气发电的空白，开辟了瓦斯综合利用新途径。2006年又投入2000余万元新建10台500千瓦低浓度煤层气发电机组，目前均正常运行，满负荷发电。2007年计划新安装4台、改造2台机组，预计年利用瓦斯量2338万m³，年发电量6358万KWh。两年内，我们将在公司所属七对矿井建设装机总容量为11兆瓦的内燃机燃气电站，实现22台煤层气发电机组并网发电，利用煤层气年发电量可达6600万千瓦时。

为了认真贯彻落实“国务院办公厅关于加快煤层气(煤矿瓦斯)抽采利用的若干意见”、《煤层气(煤矿瓦斯)开发利用“十一五”规划》及吴邦国委员长2006年11月中旬视察鹤煤集团时的指示：“要大力发展循环经济，走新型工业化道路”，集团公司紧抓机遇，成立了以公司主要领导为组长的煤层气开发利用领导小组，制订了煤层气开发利用规划。目前，集团公司控股的华安煤业公司（在建矿井）煤层气开发前期试验工程已经启动，4口煤层气试验井已完工，现正在进行压裂方案设计，该实验成功后，我们将全面铺开地面抽采工程，努力实现地面抽采工程超前矿井基建工程，通过井上下联合抽放，实现5年消突、8年由高瓦斯转变为低瓦斯的奋斗目标。努力从根本上消除瓦斯对煤矿安全生产的威胁，实现煤炭生产的本质安全型。有了这些制度、理念和目标，我们的工作就有了方向，强力推进瓦斯抽放工作就有了坚实的基础。

总之，在国家局、省局领导的关心、指导和帮助下，我们在瓦斯抽采方面做了许多工作，但我们仍清醒地认识到，鹤壁矿区瓦斯地质条件复杂，治理难度较大，鹤煤集团公司未来发展的最大障碍仍然是瓦斯危害。我们目前的瓦斯综合治理手段、抽采水平与兄弟单位相比、与上级领导的要求还有一定差距。我们将认真学习兄弟单位瓦斯综合治理成功经验，依靠科技进步和管理创新，不断提高瓦斯抽采水平，开创瓦斯治理工作新局面，为实现煤矿的本质安全而努力奋斗。