浅谈鹤煤三矿瓦斯抽采及利用现状

张宇昊

摘要： 随着煤矿开采深度的不断延深，随着增大的还有瓦斯含量和压力。尤其是对于高瓦斯矿井和突出矿井，瓦斯事故是其平时生产过程中最大的安全隐患。因此，治理煤矿瓦斯刻不容缓，治理煤矿瓦斯的压力也是一项艰巨的任务，同时，煤矿瓦斯开发利用的前景也非常宽广。煤矿瓦斯即是优质的清洁能源，也是制约煤矿开采时最大的安全隐患。加大煤矿瓦斯抽采利用，既能保障煤矿安全生产，又能增加清洁能源的利用，减少温室气体的排放，从而，保护生态环境。本文简述了鹤煤三矿瓦斯抽采现状，提出了我矿在瓦斯抽采利用时，技术与装备落后，抽采难度增大等问题，并针对性地提出了建议。

Abstract： With the continuous deepening of coal mining depth， and gas content and pressure are also increasing. Especially for high gas mines and outburst mines， gas accidents are the biggest potential safety hazards in the peacetime production process. Therefore， the governance of coal mine gas has no time to delay， and the management of coal mine gas is also a difficult task. At the same time， the prospects for the development and utilization of coal mine gas are also very broad. Coal mine gas is a high-quality and clean energy source. Increasing coal mine gas drainage and utilization will not only ensure safe production of coal mines， but also increase the use of clean energy and reduce greenhouse gas emissions， and thus protect the ecological environment. In this paper， the current status of gas extraction in the Third Coal Mine of Hebi Coal Mine is briefly introduced， the problems during the gas extraction and utilization are put forward， and suggestions are made.

关键词： 鹤煤三矿；瓦斯抽采；瓦斯利用

Key words： Hebi Coal Mine No.3 Coal Mine；gas drainage；gas utilization

中图分类号：TD713 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）12-0169-02

1 矿区简介及瓦斯赋存情况

1.1 煤矿位置及基本情况

鹤煤三矿位于鹤壁煤田中部，南距鹤壁市区22km，距山城区北约4.4km，鹤山区南2.5km。东距京广铁路汤阴站22.5公里，矿区铁路专线与京广铁路在汤阴连通。公路东到汤阴、南至鹤壁新区107国道相通，交通十分便利。在矿井北部，有F11、F3断层，西部以二1煤层露头为界，在南部与鹤煤五矿搭界，并有F16、F20断层，深部至二1 煤-800m底板等高线。矿井南北走向5.5km，东西倾斜宽约3.1km。面积约为14.8997km2。

鹤煤三矿由武汉院在1956年设计，在1958年底投产，可采煤层以二1煤为主，原设计生产能力60万t/a，立井暗斜井开拓，现主要采掘地区均布置在三水平。矿井通风方式为多风井抽出式。1989年以来实际产量稳定在70～90万t/a，2007年核定生产能力135万t/a。三矿为鹤壁矿务局骨干矿井，曾被授予“中南一枝花”的美名。

1.2 矿区瓦斯赋存及涌出情况

三矿开拓已延深至四水平（-800m），根据本矿历年来对瓦斯的监测资料得知：矿井一水平绝对瓦斯涌出量一般在7m3/min以下，相对瓦斯涌出量一般在9m3/t以下，属瓦斯矿井。二水平瓦斯涌出量比一水平有所增加，一般绝对瓦斯涌出量在9～20 m3/min之间，相对瓦斯涌出量一般在8～16 m3/t，平均在10m3/t以上，属高瓦斯矿井。三水平瓦斯涌出量更高，绝对瓦斯涌出量平均51m3/min，相对瓦斯涌出量为10～20 m3/t，平均15.3 m3/t，瓦斯压力为0.6～0.85MPa；据矿井瓦斯鉴定报告，2005～2013年矿井二1煤瓦斯绝对涌出量46.53～58.11m3/min，相对瓦斯涌出量17.00～23.98m3/t，均鉴定为高瓦斯矿井或瓦斯突出矿井。因此，随着煤层埋藏深度的增加，矿井瓦斯涌出量有逐渐增大的趋势。

2 煤矿瓦斯抽采的目的

煤矿瓦斯又称煤层气，是从煤与围岩中逸出的甲烷、二氧化碳和氮等组成的混合气体，甲烷（CH4）是其主要成分。通常在煤矿开采中矿井瓦斯是指煤层气，煤层气是矿井瓦斯的一种习惯叫法，其属于有害气体，并且由于其存在突出和爆炸的危险，很容易对煤矿的安全生产造成极大威胁。一般情况下，在煤矿矿井中一旦瓦斯体积分数达到5～16%，瓦斯爆炸的可能性极大。煤体中储存的瓦斯能与应力能的释放即为煤与瓦斯突出。若直接将煤矿瓦斯排放到大气中，既浪费了瓦斯气体，也会对环境造成极大污染。所以，虽然瓦斯綜合治理刻不容缓，但在具体的治理过程中需要兼顾煤矿的安全生产和环境保护两个方面。煤矿瓦斯抽采的主要目的有：①确保矿井安全生产，减少煤矿瓦斯的涌出量，将工作面瓦斯含量控制在合理范围内；②减少煤层中瓦斯的储存量，削减煤层中瓦斯与应力的能量，避免煤与瓦斯突出的安全事故发生；③研发使用清洁能源；④确保环境的可持续发展，尽量降低对环境的污染和破坏。

3 瓦斯抽采

鹤煤三矿瓦斯抽采以地面永久抽采系统抽采为主，井下临时泵抽采为辅的瓦斯抽采格局。三矿瓦斯抽采系统建于1979年，原泵为2YK—27型水环式真空泵，后来经过改造，目前地面永久抽放泵型号为2BEK720型水环式真空泵，抽放能力为500m3/min；井下临时抽放泵型号为2BEC42型水环式真空泵，抽放能力为130m3/min。

3.1 抽采系统

三矿现有两个抽放泵站，7台泵。地面抽放泵站有四台泵（使用两台，备用两台），主要抽采井下本煤层钻孔、穿层钻孔等抽采的瓦斯体积分数以10～30%的为主，通过井下抽放管路、井筒至地面瓦斯抽放泵站；井下二水平北翼泵站有三台泵（使用两台，备用一台），带抽3204工作面高位裂隙钻孔，3204工作面采空区抽放。

3.2 抽采技术

目前，瓦斯治理技术措施大致包括：瓦斯抽采、煤层注水、超前钻孔、松动爆破、开采解放层、瓦斯在线监测等，然而，瓦斯抽采是最具有效的方法之一。三矿实现了地面抽放泵站带抽本煤层钻孔、穿层钻孔，井下抽放泵站带抽高低位顶板裂隙钻孔、煤壁浅孔、上隅角埋管的分源抽放、分源治理格局。

3.3 提高矿井的抽采率的方法

煤矿瓦斯抽采方法多种多样，在实际的选用过程中应结合本矿的具体情况，选用煤矿瓦斯抽采效率更高的瓦斯抽采方式。下面，针对鹤煤三矿，笔者介绍两种瓦斯抽采方式：第一、井下穿层钻孔抽采方法。该方法是目前煤矿被保护层卸压瓦斯抽采最为常用的方式之一，其优势如下：①根据煤矿保护层以及被保护层赋存的特征以及层位之间的相对关系，可以有针对性地灵活调整抽采巷道以及进行瓦斯抽采钻孔。该技术的灵活性较强，瓦斯抽采钻孔工程量较小，钻孔布孔便捷。②瓦斯抽采效果良好，结合过往瓦斯抽采的效果，能够随时调整和优化后期瓦斯抽采的技术工程，不断提升卸压瓦斯的抽采效果。第二、井下巷道抽采方法。井下巷道抽采瓦斯技术较为适合在被保护层位于断裂带的情况下，一般使用的方法有走向高抽巷方法、倾向高抽巷法。总体来说，在选择煤矿瓦斯抽采方式的时候，要综合考虑瓦斯的来源、自身矿井的生产条件以及抽放技术等。

4 鹤煤三矿瓦斯抽采利用存在的困难和问题

4.1 鹤煤三矿瓦斯抽采难度增大

鹤煤三矿随着煤炭开采深度的增加，煤层中瓦斯的含量、压力也日益剧增，深部开采透气性差，抽采难度大；加上，巷道自身围岩压力大，变形严重，铺设瓦斯抽放管路多处受挤压，造成多处漏气，因此，瓦斯抽采难度将进一步增大。

4.2 瓦斯抽采技术与装备落后

近年来虽然鹤煤三矿抽采率随着抽放力度的加大，回采工作面基本实现本煤层预抽、高位裂隙抽放、采空区抽放、边掘边抽等综合抽放方法，瓦斯抽放率有了较大提高，但总体水平在抽放行列仍然不是很超前。目前，该矿瓦斯平均利用率仅有40%，而其他主要采煤集团的利用率均在50%以上。这说明，该矿的抽采技术与方法还是需要进一步提高，使抽采效果精益求精。

4.3 鹤煤三矿瓦斯利用受限制

鉴于鹤煤三矿位于偏远落后的地区，抽采出来的瓦斯，只有一小部分供给煤矿自身使用，大部分瓦斯稀释后，直接排空，难以充分得到利用，致使浪费。然而煤矿瓦斯发电入网价格又比较低，企业无利可图，也在很大程度上限制了矿井瓦斯利用。

5 针对鹤煤三矿现状，提出建议

①提高自身思想认识，全面增强先抽后采瓦斯治理：“十二字”方针的自觉性，把瓦斯抽采利用真正的重视起来，正确处理采煤、掘进和瓦斯抽采的关系，确保瓦斯抽采工作先行。②加大投入，进一步加快相关设施建设。大规模新建高低浓度瓦斯发电站，立足自发自用，争取富余的电量上网。加大井下抽采管路的建设，满足高、低浓度瓦斯分源抽采，实现瓦斯最大的利用效率。③吸引和引进国内外先进技术和装备开发利用瓦斯的同时，要加大人才培养的力度，让确实有真才实学和责任心强的人从事煤矿瓦斯的研究、开发和利用工作，培养出自己的瓦斯开发利用的小能手，为矿区可持续健康发展奠定基础。

参考文献：

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[2]林柏泉，等.礦井瓦斯抽放理论及技术[M].徐州：中国矿业大学出版社，1996.

[3]黄盛初，赵国泉，刘文革.中国煤层气开发利用现状及发展趋势[J].中国煤炭，2009，35（1）：5-10.