山西焦煤西山矿区“556”瓦斯治理模式创新与实践

文/贺志宏 刘振明 何新矿 王 勇

“556”瓦斯治理模式，即严格五项工作制度，推进五项瓦斯治理技术，强化六项装备应用

山西焦煤西山煤电公司西山矿区是我国典型的近距离非稳定高突煤层群赋存条件，煤组间距大，上、下煤组间距普遍在70～80m，同一煤组间可采煤层间距普遍在20m以内，半数以上小于10m；主采煤层透气性系数低（0.1～1.0m2/MPa2·d）、瓦斯含量大（区域最大24m3/t），瓦斯压力高（3.54MPa），是山西省乃至全国瓦斯治理难度最大的矿区之一。

西山矿区现有生产矿井8座，突出矿井3座，高瓦斯矿井4座，高突矿井占煤矿总数的87.5%。2009年以前，企业瓦斯综合治理工作的发展极不平衡，同时，随着开采深度的不断增加，瓦斯治理能力成为制约矿区生产能力和效率进一步提升的瓶颈。2009年开始，企业与平安瓦斯公司开展战略合作，引入行业先进管理理念，以瓦斯治理示范矿井建设为契机，积极探索瓦斯防治新技术、新工艺，逐步形成“556”瓦斯治理西山模式，即严格五项工作制度，推进五项瓦斯治理技术，强化六项装备应用。实践表明，通过制度创新，技术引领，装备升级，西山矿区瓦斯治理水平得到大幅提升，企业已连续十年实现安全生产。

一、“556”瓦斯治理模式的主要内容

1.严格五项工作制度

（1）严格瓦斯超限追查问责制度。消除瓦斯超限，是实现企业、煤矿乃至采掘工作面安全高效生产的前提和基础。历史表明，西山矿区十年安全生产史，就是一部瓦斯治理史。2010年以来，西山矿区企业始终践行“瓦斯超限就是事故”的理念，实行“超限问责、问责严格，超控停产、越警（警戒值）追查”的瓦斯超限“零容忍”政策。通过出台一系列的红线管理制度，从根本上改变过去僵化的管理思想和行为模式，重新塑造了企业瓦斯安全文化环境。

（2）严格矿井通风系统管理。通风系统的稳定、可靠是瓦斯治理的关键和基础；通风系统的独立和简单是稳定、可靠的保证。

①合理规划系统建设，保障通风能力充足。为解决主力矿井通风路线长、阻力大、增风困难等突出问题，企业坚持从设计源头抓通风系统建设，以井筒3km服务半径、7km通风流程为标准，实施多风井建设、分区域式通风。以马兰矿为例，为提升南八新开采区通风能力，提前半年投运一对南九进、回风井，形成“七进五回”的矿井分区通风格局。同时，通过合理划分服务范围，使地面主扇静压下降近500Pa。近年来，先后投运了镇城底矿八字山风井、屯兰矿北三风井、马兰矿南九风井，西曲矿麻子塔风井和屯兰矿南六风井建设项目正稳步推进。

②采用新技术手段，优（简）化通风系统。随着采场延伸，系统越来越复杂，通风管理愈加困难。2017年，矿区引进三维通风模拟仿真软件Ventsim，通过数字建模、风网解算、精准分析，为优（简）化通风系统提供科学依据，取得显著成效。2017年在西曲矿先试先行，利用三维模拟仿真系统分析结果，实施矿井采掘部署调整，封闭无用巷道，矿井有效风量一次性提高了2670m3/min。目前，该系统已开始在全集团公司大型矿井推广应用，如斜沟矿借助软件进行模拟计算后，对石吉塔回风斜井通风系统实施降阻优化，主扇负压降低了440Pa、风量增加了1200m3/min。

③优选采煤工作面通风方式，有效解决回风隅角瓦斯问题。在全面取消传统的尾部横川通风、消除采空区通风的隐患后，为更有效解决采面回风隅角瓦斯，矿区开始探索不同的采煤面通风方式。2015年，屯兰矿南四下组煤盘区率先实行充填墙沿空留巷“Y”型通风，在采面绝对瓦斯涌出量近60m3/min、配风量1700m3/min的条件下，彻底消除了回风隅角瓦斯超限隐患。

（3）严格“三区联动”瓦斯治理制度。“三区联动”是以煤炭开采和瓦斯抽采工程的时间轴和空间轴为横纵坐标轴，以规划区、准备区和生产区作为点坐标，系统地部署煤炭开采与瓦斯抽采工程时空衔接和转换。其实质是从规划、设计源头抓瓦斯治理，同步实现瓦斯治理规划与生产发展规划最大程度的结合，井下现场瓦斯治理与采掘活动最大限度地分离，最终形成瓦斯治理与安全生产的良性循环。

从2014年开始，矿区各高突矿井以年度“四量平衡”为基准，按照精排1年、细排3年、规划5年的原则，逐年实施瓦斯综合治理“三区联动”规划编制工作。经过近七年的广泛实践，瓦斯综合治理“三区联动”工作稳步推进，成效显著。

（4）严格“一矿一策，一面一策”瓦斯治理制度。“一矿一策，一面一策”体现的是统筹协调和差异化管理思想，必须坚持目标导向和问题导向相统一的方法论。每年年底，根据各矿井瓦斯赋存、地质构造条件及瓦斯涌出规律，结合同煤层邻近工作面瓦斯治理效果，多措并举、合理选择适用的技术手段和方法，组织制定矿井下一年度“一矿一策、一面一策”瓦斯治理措施。目前，矿区各煤矿都已形成各自适用且较为完备的瓦斯治理技术模式。

（5）严格技术创新引进保障制度。企业之间的协作，是企业发展和运用资源的战略手段。近年来，西山煤电公司以技术创新促进企业精益化管理为目标，坚持“走出去，引进来”的发展理念，引进吸收国内外瓦斯治理先进经验及技术成果，转化为矿区适合的管理方法和技术工艺，进一步降低企业瓦斯治理成本、缩短瓦斯治理时间。十年来，先后与数十家煤炭院校、科研机构进行长期合作，尤其是与煤矿瓦斯治理国家工程研究中心开展的驻地战略合作，从2009年一直延续到今天，不仅全面提升了矿区通风瓦斯技术水平，而且促进了企业瓦斯综合治理能力的创新升级。

2.推进五项瓦斯治理技术

（1）推进大孔径顶板走向长钻孔代替高抽巷技术，全面取消高抽巷治理瓦斯模式。在杜儿坪矿68310工作面、马兰矿18509工作面采用这一方法，代替高抽巷模式，效果显著。68310工作面每个钻场设计5个孔，孔径Φ153/193mm，终孔高度为10.8～13.4倍采高，单孔抽采量（纯量，下同）4～7m3/min，抽采总量25～32m3/min；18509工作面每个钻场设计5个孔，孔径Φ193mm，终孔高度为8～11倍采高，单孔抽采量2～4m3/min，抽采总量11～15m3/min，大于高抽巷（9.8m3/min，同面布置，同时抽采比对）实际抽采量。

（2）推进大直径煤柱钻孔代替横贯治理上隅角瓦斯技术。采用U型通风系统的采煤工作面推广布置瓦斯治理巷，通过大直径煤柱孔（Φ450/500mm，工作面走向间距30m）代替横贯埋管抽采工艺，逐步取消上隅角埋管（悬管）抽采措施，基本实现采煤面采空区瓦斯治理与回采作业最大限度地分离。如图1所示。

图1 大直径煤柱孔代替横贯埋管抽采工艺设计示意图

（3）推进底抽巷治理瓦斯技术。基于西山矿区典型的近距离非稳定高突煤层群赋存和开采条件，布置底抽巷利用穿层钻孔治理邻近层瓦斯，是矿区突出矿井下组煤开采的一项关键技术和手段，必须持续推进。

（4）推进煤层预抽增透技术。针对西山矿区开采煤层透气性低、预抽时间较长的现状，继续推进二氧化碳预裂及水力压裂、割缝煤层增透技术，提高煤层透气性，缩短预抽时间，确保预抽效果。

（5）推进地面“U”型预抽钻井及采动裂隙带地面“L”型抽采钻井技术。在实施井下大直径定向钻孔代替高抽巷抽采的同时，为进一步破解治理工程受井下巷道空间限制的难题，在局部区域实施地面“L”型钻井替代高抽巷瓦斯抽采技术。屯兰矿在上组2#煤层12507回采工作面成功实验“L”型地面钻井抽采技术，第一口井抽采瓦斯纯量就达到8.8m3/min。

3.强化六项装备应用

（1）强化可视化三维通风仿真模拟系统（Ventsim）应用。全面规范仿真系统数据更新及日常维护。通风系统调整必须进行现场模拟，以确定最优系统调整方案。

（2）强化瓦斯抽采钻孔施工“一钻一视频”应用。全面使用“一钻一视频”装置开展抽采进尺验收工作，取消专人现场验收，实现钻孔验收自动化，钻孔施工全过程管控。

（3）强化瓦斯抽采动态达标评判系统应用。持续推进瓦斯抽采动态达标评判系统建设，推动瓦斯抽采达标评判工作规范化、自动化、信息化。

（4）强化定向钻机应用。加快推进普通钻机的定向化改造和购置新的定向钻机，满足精准打钻需求。

（5）强化千米钻机消突技术应用。大力推进千米钻机定向钻孔联合消突措施，利用定向钻孔轨迹实时数据传输特性，提升区域防突措施钻孔的施工精度。

（6）强化地面瓦斯抽采系统应用。取消井下移动泵站抽采，对运行时间超过十年以上及运行效率低的地面抽采泵站进行更新改造，确保系统的安全运行。

二、西山矿区瓦斯治理模式的实践效果

1.矿区瓦斯超限次数显著下降

通过实践“556”瓦斯治理模式，矿区杜绝了重大瓦斯事故，并且在伴随采掘延深、瓦斯涌出量逐渐增大的情况下，瓦斯超限事故从起步阶段的446次/年，降至2012年以后的0～2次，2017-2020年8月更是实现了瓦斯“零超限”的目标，瓦斯治理安全效果显著。

2.矿区先进产能得到释放，生产效率大幅提升

2010年以来，通过实践“556”瓦斯治理模式，矿区生产能力得到持续释放，瓦斯已不再成为矿区煤矿产能限制的主导因素。近几年，受地方政府调控和国家对煤炭去产能政策因素影响，矿区8对矿井实际产能控制在2500万吨左右，治理效果并未直观反映在生产规模的持续扩大，最终体现为生产效率的稳步提高。如今，在装备相同条件下，采煤工作面完成计划生产任务平均时间较过去减少了30%；突出煤层掘进工作面月单进水平平均提高25%以上。

据统计，目前矿区8对矿井回采煤量可采期均在10.3～22个月，远超不少于5个月的最低要求，产能有较大的提升空间。

三、结语

针对西山矿区典型的近距离非稳定高突煤层群赋存和开采条件,引入行业先进管理理念，积极探索瓦斯防治新技术、新工艺，经过十年的深耕厚植，形成符合矿区实际的“556”瓦斯治理西山模式。“556”瓦斯治理模式实施以来，矿区瓦斯超限次数显著下降，2017年以来连续4年实现瓦斯“零超限”的中期目标；通过多年持续有效的治理，矿区生产能力持续释放，生产效率稳步提高，已连续十年实现安全生产，效果十分显著。

实现矿区瓦斯安全是一项系统性工程，需要通过制度创新,技术引领，装备升级，需要打好组合拳，须用重落实、严防控、强管理作保障，亦即制订的目标要切合实际，推行的制度执行“红线”管理，保证的项目要严格落实，这是瓦斯治理西山模式得以成功的三大底层逻辑。