国投新集能源瓦斯先抽后采经验

国投新集能源股份有限公司

一、 矿区（井）概况

国投新集能源股份有限公司是由国家开发投资公司、国华能源公司、淮南煤电总公司发起设立的股份制公司。拥有3对生产矿井，2对在建矿井，1对筹备矿井，2座选煤厂、1座煤矸石电厂，1座在建煤矸石电厂，即新集、花家湖及八里塘3对生产矿井，在建刘庄煤矿和板集煤矿，筹备口孜东矿井；新集及花家湖2座选煤厂；1座新集煤矸石电厂和1座在建的花家湖煤矸石电厂。另有5对待开发的井田。

全公司总井田面积为425km²，煤炭地质储量为103亿吨，煤质优良，是理想的动力、冶金和化工用煤。目前矿区生产规模8.0Mt/a，其中新集一矿4.0Mt/a、新集二矿3.1Mt/a，新集三矿0.9Mt/a；2座选煤厂入洗原煤能力均为4.0Mt/a，新集煤矸石电厂装机容量为1.2万kW；在建矿井2座（刘庄矿井、板集矿井），设计规模分别为8.0Mt/a， 3.0Mt/a；筹备矿井1座（口孜东矿井），设计规模为5.0Mt/a。规划矿井5座（分别为：口孜集西矿、杨村矿、展沟矿、罗园矿、连塘李矿），1座在建的花家湖煤矸石电厂装机容量为2.4万kW。

2006年瓦斯等级鉴定结果为：新集一矿、二矿为煤与瓦斯突出矿井，新集三矿为低瓦斯矿井。公司三对生产矿井绝对瓦斯涌出为135.41m³/min。新集一矿矿井瓦斯绝对涌出量为79.91m³/min，二氧化碳绝对涌出量为17.00m³/min，矿井瓦斯相对涌出量为9.65m³/t，二氧化碳相对涌出量为2.05 m³/t,为煤与瓦斯突出矿井。

新集二矿矿井瓦斯绝对涌出量为51.57m³/min，二氧化碳绝对涌出量为10.54m³/min，矿井瓦斯相对涌出量为7.49m³/t，二氧化碳相对涌出量为1.53m³/t，为煤与瓦斯突出矿井。

新集三矿矿井瓦斯绝对涌出量为3.93m³/min，二氧化碳绝对涌出量为3.61m³/min，矿井瓦斯相对涌出量为2.6m³/t，二氧化碳相对涌出量为2.38m³/t，为低瓦斯矿井。　　　　　　　　　　　

高突采煤工作面的瓦斯绝对涌出量为8～21m³/min，平均瓦斯涌出量为11.23m³/min，掘进工作面瓦斯绝对涌出量为1～4m³/min，平均瓦斯涌出量为1.93m³/min。

一矿采用立井多水平开拓，混合式通风，由副井、混合井进风，中央风井、西风井回风；中央风井主扇和西风井主扇各有一台使用，一台备用。中央风井主扇型号为2K56NO.30，西风井主扇型号为GAF26.6-15-1，矿井总进风21158m³/min，总排风22527m³/min，矿井目前三个生产采区和两个准备采区均有独立的通风系统。矿井各用风地点的风量均达到或超过设计要求。

二矿采用GAF28-14-1型主扇2台，配套电机2500KW，一台运转，一台备用，通风方法为抽出式，通风方式为中央并列式。矿井总进风量为：18630m³/min，总回风量为：19926 m³/min。

三矿通风方式为抽出式，副井进风，主井回风，回风井安装了两台2K56-NO24型轴流式通风机，配套电机355KW，一台运转，一台备用，矿井进风4693m³/min，回风为5122m³/min。

刘庄煤矿通风方式为抽出式，主、付井及矸石井进风，风井回风，回风井安装了两台ANN－2884/140型轴流式通风机，配套电机2000KW，一台运转，一台备用，矿井进风15300m³/min，总排风量为16547m³/min

目前三对生产矿井中一、二矿及刘庄矿均建立了地面永久瓦斯抽放系统，三矿为低瓦斯矿井、瓦斯较小。

新集一矿地面抽放系统共安装抽放泵三套，泵型号为2BE3.520-2BY3，额定抽放流量为3×200m³/min，井下移动抽排泵5台（型号2BE1305），井下管路系统已基本完善。

新集二矿地面永久抽排系统为2BE3520—300的3台，额定抽放流量为3×200m³/min；井下移动抽排泵6台（型号2BE1305的4台，型号YD-6的2台），抽放系统完善。二矿瓦斯抽放主要采用顶板高位钻场抽放、顶板抽放巷抽放、上隅角埋管抽放、顺层钻孔抽放等抽放方法。

刘庄煤矿永久抽采系统为2BEY－67水环真空泵两台，额定抽放流量为2×245m³/min；井下安装两台2BE1－303水环真空泵。

地面抽采系统及装备表 附表二

二、 瓦斯抽采工艺

（一）瓦斯抽采设备

公司三对生产矿井刘庄煤矿目前区域性瓦斯抽采的技术主要有：1、以解放层开采后，利用岩石抽排巷对被保护层进行瓦斯抽放一矿北中央采区主要以开采突出危险性较小的11煤层，解放13煤层。二矿的二水平主要以开采没有突出危险性的11煤作为解放层并同时对8煤、6煤、13煤进行预抽。2、利用高抽巷、高位钻场、采空区埋管和地面钻孔对本煤层采空区进行抽放；利用顺层钻孔对本煤层进行预抽。

新集一矿抽放方式有①顺层孔预抽回采工作面瓦斯：根据实际情况，对131103和211302高瓦斯区域工作面进行了顺层孔采前预抽。131103工作面上、下巷在掘进期间，开始施工顺层钻孔抽放瓦斯，施工钻孔523个，抽放瓦斯61.78万m³。211302工作面在机巷施工顺层钻孔67个，目前已抽放瓦斯14.11万m³。②穿层孔预抽13煤瓦斯：三采区结合11煤保护层开采，对13煤施工穿层孔预抽瓦斯，在13煤层底板下20～30m施工底板巷，底板巷每30米布置1个钻场，每个钻场布置5—7个穿层钻孔，穿层钻孔已施工56组，施工钻孔371个，抽放浓度15～30%左右，已累计抽放瓦斯160.6万 m³。③地面钻井抽放瓦斯：由地面向131103工作面上方施工钻孔，抽放131103采空区及该面采动区13煤层瓦斯。设计了两个钻孔， 分别孔深为514m、 508m，两孔施工结束，系统正在运行，已累计抽放瓦斯126.6万 m³。

新集二矿严格按照“先抽后采、监测监控、以风定产”十二字方针和“多打孔、严封密、综合抽”的九字方针，完善了以煤层顺层钻孔预抽、高位钻场走向钻孔抽放、高抽巷以及上隅角埋管抽放等多种抽放方法相结合的瓦斯抽放体系。合计施工各类瓦斯抽放钻孔339个，累计进尺21272m。2006年度里相继在1606、1607、1308、W1607工作面实施顺层钻孔预抽，同时高瓦斯掘进工作面（如1308机、风巷）做到了边掘边抽；推广、应用高抽巷，继该矿在2813首次应用高抽巷取得成功以来，相继在1606、1308、1306（里段）及W1607工作面投入使用，均取得很好的成效，回采工作面瓦斯抽放率保持在60％以上；2006年8月22日，新集二矿瓦斯电厂首期两台发电机组投入运行，瓦斯利用在新集矿区成为现实。不仅做到了“变废为宝”、净化了矿山空气，同时对瓦斯抽采起到积极的促进作用。为保证瓦斯电厂的供气质量，确保瓦斯电厂顺利发电。二矿建立了地面永久抽放系统和井下移动抽放系统相结合的“双”系统抽放网路，实现了高、低浓度瓦斯的分离，在满足电厂瓦斯供给的同时，保证了最大瓦斯抽采量。

刘庄煤矿为有效治理首采工作面瓦斯，在机、风巷施工

顺层钻孔共179个，计9000m，施工高位钻场6个， 47个钻孔，计5400m，截止目前累计抽放纯瓦斯量3477248ｍ³。按矿工程安排要求8月22日井下临时抽放系统投用，安装两台2BE1－303水环真空泵；2006年10月13日完成了地面永久抽排系统的安装工作并投入使用，安装两台2BEY－67水环真空泵。首采面施工地面竖直孔及水平孔各一个，安装两台2BE1－303水环真空泵，铺设Φ219钢管600ｍ，柴油发电机发电，已投入使用，运行效果良好。

（二）、技术参数及适用条件

1、井下抽放

高抽巷及底板巷：工作面高抽巷布置于煤层顶部，距本煤层15—25m，高抽巷沿走向贯穿工作面整个走向长，其方向与工作面风巷平行，内错15m左右布置，距工作面切眼平距10m，端头用Φ94mm钻孔与工作面切眼相连，共布置10个孔，见煤点沿倾斜方向自上隅角往下控制范围30m。巷道断面为6m²，采用锚网支护。工作面底抽巷位于被解放层垂距30m处布置，每隔50m施工一组6至8个钻孔至被解放层，钻孔直径为Φ94mm。巷道断面为6m²，采用锚网支护。

工作面顺层瓦斯抽放孔的布置情况：工作面机巷沿工作面倾斜方向，每隔10m布置顺层钻孔，其孔深为工作面斜长的一半，孔间距10m，孔径为Φ73mm，同时，在两孔之间增加一交叉钻孔，孔深适当处长1至2m，孔径Φ73mm。风巷每隔10m亦布置顺工作面方向的下向钻孔，孔长为工作面斜长的三分之一。顺层钻孔前期预抽瓦斯，后期采用静压进行煤体注水。

高位钻场：在工作面风巷内每隔80m每隔施工一个高位钻场，在钻场内施工6个孔径为Φ73mm钻孔，相邻两个高位钻场之间的钻孔必须有部分在平面上重叠，其长度不小于20m。

上隅角埋管抽放：在工作面上隅角处埋一趟直径为Φ100mm的埋吸管对上隅角进行抽放。

瓦斯抽放设备及管路布置：瓦斯抽放系统采用地面抽排系统，在工作面机、风巷分别铺设Φ219mm瓦斯管路，高抽巷布置一趟Φ273mm瓦斯管路，并与主干管路联接，形成瓦斯抽放管路系统。所有抽放钻孔采用聚胺脂化学剂人工封孔，封孔长度为5m。

2、地面钻孔抽放

在新集一矿地面施工两个钻孔至131103工作面距顶板20m ，抽采13及11煤层的瓦斯。由于该处新地层厚约201.7m至11-2煤层底板全深577.0m，其中，地表至新地层下基岩第二层坚硬岩层深约240m，采用Φ311mm钻头钻井，下D245x10mm套管240m，并注水泥浆固井，以防第四纪含水层水涌入井下；基岩段改用Φ216mm钻头钻进至478m孔底为坚硬砂岩段；再改用Φ152.4mm钻头钻进穿过13-1煤、13-1_下煤，至11-2煤顶板以上30m左右止，至545.0m，确定13-1煤层顶板标高约-489.3m（13煤厚7.8m），下D177.8x10mm的套管475m，并注水泥浆固井。Φ152.4mm钻头扫孔，洗井到542.4m，再下D139.7x10mm的筛孔管83.1m，下放深度到542.4m，筛管顶部进入D177.8x10mm工作管内15.3m，不固井，花管底口采用同厚钢板焊封，其目的：一是防止11-2煤层开采后以上各煤层段受采动影响塌井；二是以上各煤层的卸压瓦斯和11-2煤层采空区瓦斯涌入钻井的通道。

以后又在刘庄煤矿地面施工了一垂直孔和一“L”孔，抽采首采工作面的瓦斯。

三、瓦斯抽采方面的体会和经验

（一）地面瓦斯抽放钻孔设计

随着矿井的不断延深及瓦斯技术的发展，我们在原有的抽放系统的基础，利用瓦斯抽放新技术，及时改变瓦斯抽放方式，其中应用最为成功是地面瓦斯抽放钻孔的应用。

我们首先在新集一矿试点，其设计主要内容如下：

1、矿井瓦斯及采区瓦斯参数

新集一矿主采煤层为13-1煤、11-2煤、8煤。其中C13煤为复杂结构煤层，含2～3层夹矸。首采区正常生产过程中，最大绝对瓦斯涌出量为20.772m³/min，最大相对瓦斯涌出量为4.207m³/t。13煤瓦斯压力3.6MP_a，瓦斯含量为14.22m³/t，透气性系数平均为6.67×10^-4m²/MP_a·d,钻孔瓦斯流量衰减系数平均为0.159d^-1，说明13-1煤层属较难抽放煤层。

131305工作面钻井底C13-1煤层底板处沿走向平均按标高-465m，经计算W=0.0495H-9.1738=0.0495×465-9.1738=13.84m³/t；按工作面生产4000t/d，本煤层瓦斯涌出量将达到38.4 m³/m。

2、 面井布置和钻井结构设计

地面钻井布置

1）、根据一矿保护层开采情况，131105面走向保护角取70°，11-2煤层顶垂距按70m，则上方13-1煤层的131305工作面的开切眼和停产线的保护线范围。

开切眼向里L₁=70×Ctg70⁰=25.4m(平距)，取26m；

停采线向里L₂=70×Ctg70⁰=25.4m(平距)，取26m。

2）、131305工作面倾向下部保护线范围，根据《细则》，131105工作面下部煤层倾角达30⁰，卸压角可取69⁰，煤层间距按70m。

则：L₃=70/sin69⁰×cos（69⁰+30⁰）=-10.95 m(平距)，取10m。

3）、根据潘一矿2352(1)工作面第一个地面井预抽被保扩层13-1煤层瓦斯实践证明，该井抽放半径可以达到250m，谢桥矿为250左右；为留有余地，严格瓦斯治理，抽放半径还按200m，同时要保证两井抽放半径相交点要大于13-1煤层上下被保护线以外，以保证回采面都在被保护范围内，并考虑试验保护层工作面瓦斯治理。

4）、131105工作面采动区拟布置5个钻井，该5个钻井按平均530m/个。第一口井131105-1#井位于131105工作面开切眼以东40m，131105-2#、-3#、-4#、-5#井分别向东布置，间隔200m/个。

11-2煤回采后顶板高度20~30m，瓦斯抽放效果较好，瓦斯浓度可达40%以上，因此钻井终孔拟布置在11-2煤层顶板上30m。

3、瓦斯抽放管路设计和抽排设备选型

瓦斯抽放系统布置

由于地面钻井位置离永久泵房距离远，需要铺设较长的管路，采用两台2BE₁－353型真空泵，建立临时泵站，进行地面钻井抽放瓦斯。131105工作面从设计切眼向东40m，沿倾向在工作面中部，每200m布置一个钻井，共5个钻井。钻井高出地面4米左右，其高架支管均与干管连接，架空敷设管路高度正常情况下不低于3米，过农村车道不低于3.5米，过主要车道处不低于5米，型钢组合支架。

4、瓦斯抽出量和抽出率预测

平均单个钻井抽放瓦斯量为10.995 m³/min，考虑继续抽放瓦斯量逐渐衰减，因此单个钻井平均按5 m³/min，抽放时间按8个月，每天抽放时间按20h，预计瓦斯抽放量单井可达144.0万m³。

131105工作面五口井上覆13-1煤层可抽瓦斯储量及预测抽瓦斯率：

根据统计及计算新集矿煤层瓦斯残存量为1.69 m³/t，则13-1煤层可解吸瓦斯量为12.15 m³/t，由上表可知地面钻井抽出瓦斯量为5.51 m³/t。按“瓦斯抽采基本要求”及“防突细则”，该范围煤层瓦斯可解吸含量降到8 m³/t，瓦斯抽放率大于30%，如按上所诉，该范围13-1煤层能够符合要求进行工作面采掘作业。

（二）抽采的组织机构及管理

1、坚持落实瓦斯治理“十二字”方针，完善矿井“一

通三防”五大系统。

2、制定激励政策，对完善通风系统的措施工程、保护层的开采以及瓦斯抽放及利用进行奖励。

①每年公司根据实际情况给各矿下达瓦斯抽放量计划。奖罚标准：计划内每抽1m³瓦斯奖励0.06元，超过计划后每抽1m³瓦斯奖励0.1元，按月考核兑现。对未完成公司下达瓦斯抽放计划指标的单位罚款2万元。

②每施工1m高位瓦斯抽放巷，公司返还矿2000元，用于抵消各矿成本。

③开采保护层同时采用穿层钻孔预抽煤层瓦斯的，每吨煤补贴工资基金10元。

④为完善通风系统施工的专用通风巷道以及维修主要通风巷道，每米巷道公司分别补贴3000元和2000元。

⑤低浓度瓦斯发电每度奖励0.05元。

3、严格执行“先抽后采”方针，优先开采保护层，加强煤层瓦斯预抽工作，以开采保护层和瓦斯抽放为重点，加大瓦斯抽放力度。

4、转变思路，全面加大瓦斯综合治理投入（按国家规定销售收入的4%提取安全技术措施费用，2005年就投入了3500万元，2006年又投入1100万元用于建立低浓度瓦斯发电站）；加强管理，确保瓦斯治理措施落实到位，力争消灭瓦斯超限事故。

5、积极开展科研攻关，解决瓦斯抽采中的技术难题，不断推广应用新技术、新工艺。

6、进一步强化以安全生产责任制为核心的各项管理制度，落实“一通三防”及瓦斯抽采责任制，从严从细加强“一通三防”管理。

7、为了加强“一通三防”管理，加大瓦斯抽采的力度，公司为各配备了“一通三防”副矿长；公司及各矿总工程师对“一通三防”技术工作全面负责；各矿设立了专门的抽排区，负责瓦斯抽排工作。

（三）、取得的效果

一矿、二矿及刘庄煤矿2002、2003、2004、2005、2006年瓦斯抽放总量为见下表。矿井瓦斯抽放率平均为20—40%。

近年来的瓦斯抽放情况表

　　由上表可以看出，公司每年的瓦斯抽放量呈年上升，而且上升幅度很大。各矿的瓦斯超限的次数逐年下降。瓦斯抽放工作在新集矿区的安全中发挥巨大的作用。