高瓦斯矿井瓦斯零超限管理实践*

2016-06-16谷小敏

现代矿业 2016年4期

关键词：瓦斯矿井通风

谷小敏　杨　勇

(1.煤炭科学技术研究院有限公司安全分院；2.煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室(煤炭科学研究总院))

高瓦斯矿井瓦斯零超限管理实践*

谷小敏1,2杨勇1,2

(1.煤炭科学技术研究院有限公司安全分院；2.煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室(煤炭科学研究总院))

摘要高瓦斯矿井瓦斯零超限管理具有很大的难度，主要体现在瓦斯超限的诱因复杂，与瓦斯地质因素及工程因素密切相关，目前瓦斯超限治理方面存在致灾机理认识不足，瓦斯超限管理方面缺乏完整的管理体系等。基于此，为了避免瓦斯超限事故，以王坡煤矿为例，分析了高瓦斯矿井瓦斯超限的特点和原因，通过采取全面落实“一超前三结合”瓦斯治理措施，加强通风管理保障体系建设，构建完善的瓦斯治理技术体系，运行高瓦斯矿井零超限治理风险预控管理体系等有效管理措施，大大降低了瓦斯超限的次数，实现了高瓦斯矿井的瓦斯零超限管理目标，保证了煤矿的安全生产。

关键词高瓦斯矿井瓦斯零超限瓦斯治理矿井通风

矿井瓦斯是制约煤矿安全发展生产力的主要因素之一[1-5]。在近代煤矿开采史上，煤矿瓦斯事故每年都会造成许多人员伤亡和巨大的财产损失。据统计，在全国煤矿发生各类一次死亡10人以上重特大事故中，重特大瓦斯事故起数和死亡人数约占66.52%和68.72%；在全国煤矿发生各类一次死亡100人以上特别重大事故中，特别重大瓦斯事故起数和死亡人数约占77.78%和77.86%[6]。经过国家十几年来的重点治理，我国大部分地区煤矿安全生产状况比较稳定，煤矿瓦斯事故特别是重特大瓦斯事故起数和死亡人数均明显下降，据国家能源局网站2015年2月12日通报，2014年全国煤矿发生瓦斯事故47起，死亡266人，同比减少15起、101人，分别下降24.2%和27.5%。尽管国家在瓦斯治理和灾害预防方面采取了一系列的举措，但煤矿瓦斯防治形势依然严峻，全国范围内瓦斯事故仍偶有发生，如2015年12月16日黑龙江省鹤岗市向阳区煤矿发生一起重大瓦斯爆炸事故，造成19名煤矿工人遇难。瓦斯超限是引起瓦斯事故的主要诱因[7-9]，所以加强瓦斯防治，实现瓦斯零超限，是从源头上遏制瓦斯事故，保障煤矿安全生产的主要途径。山西天地王坡煤业有限公司(简称王坡煤矿)经过近10 a 的瓦斯治理探索、实践和积累，结合煤矿瓦斯治理现状，以瓦斯管理为中心，瓦斯零超限为目标，风险预控管理、精细化管理为基础，瓦斯超限预警管理、三违管理、隐患管理“三位一体”为主要手段，超前化、全员化、标准化、精细化、信息化为导向，“持续改进”的精益思想为工作原则，逐渐形成了一套适合自己的高瓦斯矿井零超限治理风险预控管理体系，通过运行此体系，取得了显著的效果，2013—2014年矿井瓦斯超限次数为0次，实现了瓦斯零超限管理目标。

1矿井概况

王坡煤矿位于山西省晋城市西北部，是沁水煤田樊庄勘探区的一部分，井田东西长约8.24 km，南北宽约5 km，面积为25.37 km2，批准开采3#、9#、15#煤层，目前正开采3#煤层，生产能力为300万t/a，服务年限为41.3 a。2010—2014年该矿连续5 a被鉴定为高瓦斯矿井，瓦斯灾害成为制约煤矿生产的主要问题。

2瓦斯超限特点

2007—2014年王坡煤矿累计发生瓦斯超限995次。从近5 a的瓦斯超限综合情况统计来看，矿井瓦斯超限的班次主要集中在4点班，地点主要集中在掘进工作面，原因主要是冒顶、片帮响煤炮和打钻“喷孔”，具体统计数据见图1～图4。

通过统计分析发现，王坡煤矿瓦斯超限有以下几个方面的显著特点：

(1)2007—2009年度，由于生产接续紧张、瓦斯

图1　2007—2014年度瓦斯超限次数统计

图2　2010—2014年度按班次瓦斯超限次数统计

图3　2010—2014年度按瓦斯超限地点次数统计

图4　2010—2014年度按瓦斯超限原因次数统计

预抽时间较短以及回采区域煤层厚度不均匀等原因，瓦斯超限比较频繁；2010年以来，瓦斯超限次数整体呈显著下降趋势，特别是自2012年以来，煤矿积极开展瓦斯综合治理示范工程项目，瓦斯超限治理效果显著。

(2)从发生的班次来看，在生产班(4点班和0点班)比较多，分别占瓦斯超限总数的56%、37%，共占93%。

(3)从发生的地点来看，回采工作面和煤巷掘进工作面分别占瓦斯超限总数的15%和78%，共占93%，边采(掘)边抽与采空区抽采效果明显，在做好回采工作面瓦斯治理的同时，防治的重点是煤巷掘进工作面。

(4)从超限原因来看，掘进面冒顶、片帮、响煤炮引起29次瓦斯超限，占49%；打钻“喷孔”引起17次瓦斯超限，占29%；回采工作面老塘垮落引起4次瓦斯超限，占7%。由此可见，王坡煤矿的瓦斯综合治理重点在掘进工作面钻孔期间，防止“喷孔”、顶板破碎响煤炮、空顶流煤的关键环节，采取有效措施保证监控系统可靠运行、减少停风事故等方面。

3瓦斯超限原因

(1)煤层瓦斯赋存量大，瓦斯抽采率较低。该矿目前开采的3#煤层厚4.10～6.70 m，平均厚5.76 m，瓦斯含量为6.0～26.0 m3/t，且采区随着煤层埋深的增加，瓦斯含量增加明显，大部分区域均在20 m3/t以上，并且随着矿井不断向深部延伸，矿井瓦斯涌出量逐渐增大，瓦斯治理存在许多困难。该矿目前主要采用井下抽采方式，抽采系统主要为上寺头风井的一座抽放泵房和正在建设的塔里风井，抽采方法为工作面本煤层平行钻孔预抽和采空区顶板走向长钻孔抽采。抽采方法单一、抽采率低、瓦斯超限时有发生。煤层瓦斯含量高和抽采率低是造成采掘工作面瓦斯超限的根本原因。

(2)通风系统稳定性差，风量控制困难。矿井采用分区通风方式，机械抽出式通风方法。矿井需风量较大，角联风路多，风量调节困难，有时造成部分地点风流不稳定。另外，由于风量调节采用人工估算试验式调节，经常造成局部通风设施设置不合理，达不到理想的调风状态，造成瓦斯超限。

(3)矿井监测监控系统监测参数不全面。王坡矿井现采用的安全监测监控系统可以对矿井通风、瓦斯、设备开停等参数及状态进行实时监测。但是对于通风节点压力、风量、风阻变化等参数监测不全面，没有实现为提高抽采服务的采动区裂隙监测等。

(4)缺乏完整的瓦斯超限管理体系。由于管理不到位，间接造成了瓦斯超限。矿井制定了许多管理制度与措施，但没有形成一个完整的瓦斯超限管理体系。如采掘工作面超循环作业造成采掘作业面瓦斯短时间大量涌出；局部通风机风筒脱节、损坏或大量漏风造成工作面无风或风量不足；施工瓦斯抽放钻孔时发生“喷孔”，瓦斯短时间内涌出量急增，积存大量高浓度瓦斯；瓦斯抽放管路放水不及时，造成高位瓦斯抽放巷、上隅角等地点瓦斯抽放能力和效果下降。以上管理缺陷均易导致瓦斯超限。

4瓦斯超限治理措施

4.1“一超前三结合”瓦斯治理措施全面落实

“一超前三结合”是指“区域性大面积超前抽、回采工作面采前采中结合密集抽、采空区尾部插管和高位钻孔结合抽、掘进工作面长短钻孔结合抽”的瓦斯抽采体系。

4.1.1区域性大面积超前抽

在预生产区，对于5 a以后开采区域采用地面井瓦斯抽采，抽采时间为5～10 a；对于3～5 a区域，在预抽巷提前施工钻场，利用千米定向钻机在钻场内施工长钻孔，对未采、未掘区域实施区域预抽，大约每400 m布置一个钻场，钻场尺寸为6 m×5 m×3.5 m(开口×里帮×深度)，每个钻场布置10个钻孔，每个钻场预计覆盖350～500 m，抽采时间为3～5 a。区域抽采后瓦斯含量降到10 m3/t以下。

4.1.2回采工作面采前采中结合密集抽

在生产区，对于3 a内回采区域采用工作面顺层密集钻孔抽采，在工作面运输顺槽、回风顺槽掘进过程中，从工作面停采线开始向工作面方向施工对向钻孔，钻孔呈平行密集布置。钻孔布置视现场条件而定，钻孔间距一般为2.5 m，直径为115 mm，长约100 m，位置距巷道底板1.5 m。保证抽采1～3 a后可解吸瓦斯量降到抽采达标的要求。根据抽采达标规定，王坡煤矿工作面产量为8 000～10 000 t/d，煤层的可解吸瓦斯量需降到4.5 m3/t。根据王坡矿实测残存瓦斯含量(不可解吸瓦斯量)为3.3 m3/t，所以抽采后煤层瓦斯含量降到7.8 m3/t 以下。工作面开采前进行本煤层瓦斯预抽，工作面开采时进行边采边抽。

4.1.3采空区尾部插管和高位钻孔结合抽

对于采空区，采用尾部插管和高位钻孔结合抽采方法，有效解决上隅角瓦斯超限的问题。对于采用双U通风系统的工作面，在外U巷内每隔一定距离向回风巷施工一条联络巷，工作面未回采时在外U巷内插入抽采管，当工作面回采推进过联络巷后，密闭联络巷，连接抽采管路，抽采采空区瓦斯。另外，结合顶板高位钻孔抽采采空区瓦斯，王坡矿顶板高位钻孔抽采裂隙高度范围为15～57 m。在回风顺槽内布置4 m×5 m×2.6 m钻场，先向工作面方向并排施工4个长钻孔，开孔高度为1.6 m，孔间距为0.5 m，孔长120 m，施工完毕后，再在其上方并排施工4个短钻孔，孔间距为0.5 m，开孔高度为2.1 m，孔长100 m，左右2层钻孔上下间距为0.5 m，呈三花眼方式布置。

4.1.4掘进工作面长短钻孔结合抽

掘进工作面采取长孔超前抽、短孔紧跟迎头抽的瓦斯抽采方法。一是在巷道两帮间隔50 m施工一个瓦斯抽采钻场，迈步式布置，每个钻场一般布置7个钻孔，孔长120 m，终孔距掘进巷道帮5 m，上孔终孔于顶板，下孔终孔于底板，其余孔平均分布在煤层中，形成一个竖直钻孔墙，拦截巷道两侧瓦斯向掘进巷道涌出。二是在掘进工作面瓦斯涌出异常时，在迎头布置一组抽采短孔，每组5个，孔深80 m，抽采巷道前方煤体瓦斯。

图5、图6分别是采取“一超前三结合”治理措施后瓦斯抽采量和抽采率的统计图，可以看出，瓦斯抽采量和抽采率总体呈现明显上升趋势，说明治理措施合理、有效。

图5　2007—2014年度瓦斯抽采量统计

图6　2007—2014年度矿井瓦斯抽采率统计

4.2通风管理保障体系加强建设

(1)矿井采用分区通风方式，机械抽出式通风方法，掘进工作面配备对旋式系列局部通风机进行压入式通风，局部通风机全部实现“三专两闭锁”和“双风机双电源自动切换”，硐室及其他运输、行人巷道均实行独立通风。根据矿井采掘接替和系统延伸情况，适时优化、简化矿井通风系统，消除不合理用风现象，同时强化局部通风管理，杜绝无计划停电、停风现象，使系统始终处在科学、合理的运行状态，建立稳定可靠的通风系统，确保风量充足、设施可靠、调控合理、系统稳定。

(2)通过建设矿井通风智能决策与控制系统，强化通风系统管理，提高矿井风流参数的监测能力，并增加可靠的风流控制系统，保证矿井风流稳定性和风流合理分配的调控性。在地面实时监测显示井下巷道的风流状态，动态分析通风系统的安全性，当瓦斯浓度达到0.6%时，系统进行预警；当瓦斯浓度达到0.8%时，系统报警并智能分析决策调控方案。井下控风设施实现了自动测风和地面远程调控，风量调节准确率达90%以上，有效防止瓦斯超限。

(3)充分认识矿井通风是煤矿安全生产的基础，制定矿井通风系统与风量管理、矿井局部通风管理、矿井通风设施管理、矿井瓦斯监测监控管理、矿井通风巷道维修管理、矿井盲巷管理、矿井通风技术资料管理等标准，根据标准规定要求，定时测风，按规定检测瓦斯，把好矿井通风能力关，“以风定产，以风定面”，防止盲目超通风能力生产，严禁无风、微风、循环风和不符合规定的串联风及瓦斯超限作业。加强通风设施的管理和维护，保证矿井通风系统合理、可靠，井下实现分区通风，保证采、掘工作面及硐室等各用风地点的风流稳定，风量充足。

4.3“瓦斯治理，工程先行”原则严格执行

2011—2012年，改造矿井通风系统，新建了塔里风井，实现了矿井分区通风；2012—2014年，系统实施了瓦斯零超限示范工程，通过建设地面瓦斯抽采工程和井下区域长钻孔瓦斯抽采工程，解决矿井深部含量较大区域的瓦斯抽采问题，保证足够的抽采时间和较高的抽采效果，把高瓦斯区域变为低瓦斯区域；通过建设工作面强化预抽和采空区抽采工程，解决矿井目前浅部区域瓦斯涌出问题，同时也是区域抽采技术的补充；2012—2014年，王坡矿施工瓦斯抽放钻孔6 737个，钻进进尺704 398.36 m，瓦斯抽采量3 619.36万m3，瓦斯抽采量和抽采率总体呈明显上升趋势。

4.4完善的瓦斯治理技术体系构建

经过不断探索、实践、总结，王坡煤矿构建了完善的瓦斯治理技术体系，建立了井上下立体瓦斯抽采系统，创新了通风设施智能调节及远程控制技术、瓦斯超限预警技术等，找到了瓦斯治理的基本方法与途径，初步解决了瓦斯治理难题。

4.5高瓦斯矿井零超限治理风险预控管理体系运行

经过不断探索、实践，积极创新管理，强力推行风险预控管理、精细化管理、6S管理，坚持执行每周的隐患排查和“三定表”落实制度、月安全质量标准化动态达标考核制度，全面提高瓦斯管理水平，逐步构建安全、高效、节能、环保的现代化矿井。

5结语

通过分析王坡煤矿瓦斯超限的原因和特点，本着从源头入手治理瓦斯的思路，践行“瓦斯治理，工程先行”的原则，王坡煤矿形成了以抽采为核心的“三区三阶段”采掘部署规划和“一超前三结合”瓦斯抽采体系，形成了“以抽采为核心，通风为基础，超限预警为手段，风险预控管理体系为支撑”的“一核心三配套”瓦斯治理工作路线。王坡煤矿自进行瓦斯治理的探索和实践以来，瓦斯钻孔量及钻进总进尺、单孔钻进进尺、瓦斯抽采量、抽采率总体呈明显上升趋势，瓦斯超限现象得到明显遏制，2013—2014年连续实现了瓦斯零超限治理目标，大大降低了瓦斯事故发生的几率，更加证明了瓦斯事故是可以预防和避免的，高瓦斯矿井的瓦斯零超限目标是完全可以实现的。

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(收稿日期2016-02-22)

*国债项目“王坡煤矿瓦斯零超限治理示范矿井工程建设项目”(编号：发改能源<2012>147号)。