鹤壁矿区瓦斯综合治理实践与探索_苗河根

鹤壁矿区瓦斯综合治理实践与探索
河南煤化集团鹤煤公司苗河根
摘要针对鹤壁矿区瓦斯灾害严重、单一低透气性煤层、瓦斯赋存条件差等主要问题，提出了“以用促抽、以抽保安、煤气共采”的瓦斯治理战略思路，总结了近几年来鹤壁矿区瓦斯综合治理的基本经验,探索出了符合鹤壁矿区特点的瓦斯综合治理技术。

关键词瓦斯综合治理探索
1矿区瓦斯治理存在的难题
1.1单一可采煤层
鹤壁矿区为隐伏煤田，整体构造形态为单斜，走向近南北，向东倾斜。

含煤地层为石炭二叠系含煤岩系，共含煤15层，其中二1煤为主采煤层。

二1煤位于二叠系山西组下部，赋存稳定，结构简单，煤厚4.0～15.0m，平均8.0m左右。

煤田大部为缓倾斜煤层，煤层倾角5°～25°，一般20°左右，局部大于30°。

其它煤层都不可采，由于矿区没有解放层可采，采取区域治理措施困难。

并且矿区地质构造复杂，断层褶曲发育，尤其到井田深部，断层更多，给矿井开采和瓦斯综合治理带来很大困难。

1.2低透气性煤层
鹤壁矿区瓦斯赋存受地质构造影响较为严重，靠近断层和褶曲轴部为瓦斯富集区。

矿区瓦斯含量为15.8～20.8m3/t,瓦斯压力0.73～2.13M Pa,透气性系数为0.03～0.045md，属勉强可抽放煤层，煤层坚固性系数f值仅有0.3～0.6,破坏类型Ⅱ～Ⅳ类。

由于煤层松软，打钻塌孔、喷孔严重，抽放钻孔施工困难，钻孔深度难以达到有60m，且煤层透气性较低，抽放效果不好，抽放效率低。

1.3矿区瓦斯涌出量大
矿区瓦斯涌出量大，根据2008年瓦斯鉴定数据，全公司绝对瓦斯涌出量为319.67m3/min，平均相对瓦斯涌出量为22.43m3/t，是河南省瓦斯涌出量最大的矿区之一。

单工作面最大绝对瓦斯涌出量最高达到30m3/min，掘进工作面最高达10 m3/min。

煤尘有弱爆炸性，爆炸指数15.01～18.41%。

煤层具有自然发火倾向性，自然发火期为2～7个月。

我们经过多年的摸索，总结出了一套符合鹤煤实际的瓦斯综合治理方法，就是以瓦斯抽放为核心，实施“以用促抽，以抽保安、煤气共采”瓦斯抽采战略。

通过几年来采取的措施,采面的瓦斯涌出量大幅度下降，取消了采面顶板泄瓦斯巷，工作面最大配风量由2002年平均2200m3/min降至平均1300m3/min左右，有力地促进了安全生产。

公司的瓦斯抽放量一年一个台阶地提升，2002年公司瓦斯抽放量为1242万m3，钻孔工程量为33.3万m，2008年瓦斯抽放量为5083.77万m3，完成钻孔工程量134.99万m，为2002年的4倍。

见图1。

2瓦斯综合治理工作的具体实践
2.1以用促抽，以抽保安，奠定瓦斯综合治理基础
2.1.1统一思想,提高认识，建立“三先三后三落实”瓦斯抽放制度
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因素。

通过总结公司和国内外瓦斯事故的教训，我们加大了瓦斯抽放资金投入力度，2003年来我们先后投入资金1.2亿元，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，更换了大直径管路56000余m，所有抽放泵站都安装了瓦斯抽放监测子系统，实现了瓦斯抽放参数的连续监测。

并结合集团公司实际，制定了“三先三后三落实”瓦斯抽放制度，即“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”，提出了“以用促抽、以抽保安，煤气共采”的瓦斯抽放战略思想，编制了瓦斯抽采利用“5年消突、8年由高瓦斯转变为低瓦斯”的目标规划。

图12002年至2008年瓦斯抽放量和钻孔工程量图
在瓦斯抽放技术方面我们积极推广应用综合抽放，并实施分源抽放。

我们通过学习兄弟单位的先进经验，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（包括“干”形立管法和煤层顶板埋设“L”型管路法）、采面浅孔抽放技术，实现了采前和生产过程中多角度、全方位、全过程的瓦斯综合抽放技术。

各矿井目前都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，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顶板裂隙钻孔、煤壁浅孔、上隅角埋管抽放，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。

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。

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）
高位顶板裂隙抽放。

回采工作面推进过程中，在采场垂直
49
··
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）
图3钻场布置示意图
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。

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0.6m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4）
图4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8~10m，孔间距2~3m，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。

2.1.2实施煤气双能源共采技术
鹤壁矿区瓦斯含量高、压力大、具有煤与瓦斯突出危险,对煤矿安全生产构成很大威胁，但煤层气又是宝贵的洁净能源，作为资源开发具有很大的优势。

为此，鹤煤公司与重庆分院、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，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，在开采煤炭资源的同时，将瓦斯作为一种资源进行开发利用，进一步解放生产力，该项目已取得重大成果。

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、2007年又新建12台500kW低浓度煤层气发电机组。

目前我们共安装14台瓦斯发电机组，有12台正常运行，累计发电3824万kWh，消耗瓦斯1275万m3，实现经济效益1356.4万元。

并在六矿实现了发电余热利用,仅此一项每年可节约标准煤4800t。

2.2实施岩中巷区域防突
鹤壁矿区属单一弱透气性厚煤层的特点,没有解放层可采,采取的防突措施大部分都是局部措施,效率较低,月进度不足30m。

为了降低煤巷掘进突出危险性，我们专门掘进了一条底板岩石抽放巷，并在抽放巷内施工穿透煤层的钻孔，沿煤层倾向、走向实施网格式穿层钻孔，终孔间距不大于10~15m，控制采面倾斜长度2/3以上，预先对突出区域进行抽放。

见图3。

通过实施底板岩石抽放巷预抽，突出地区煤巷月进度达到了60m以上，单进提高80%，突出指标超限次数下降90%。

目前我们每个区段都布置有底板岩石抽放巷，预抽时间达不到6个月，煤巷不准掘进。

2.3抓大系统，除大隐患，预防重特大事故的发生
（1）优化通风系统。

近年来，公司与科研院所合作对9对生产矿井通风系统进行充分论证，提出了切合实际的优化改造方案。

并投入资金近2亿余元，新建6座风井。

投入资金2400万元，更换了18台主要通风机。

对不符合《煤矿安全规程》规定的专用回风巷下大力气进行了补掘，2003年以来投入资金1亿余元，补掘专用回风巷25800m。

对失修巷道进行扩修，降低通风阻力，投入资金1.5亿余元，维修通风巷道35000m。

通过优化通风系统，降低了矿井通风阻力，切实增强了矿井防灾抗灾能力。

（2）加强矿井瓦斯监测监控，提高事故预警能力和对事故的快速反应能力。

2007年来，鹤煤公司对照国家新颁发的《煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范》，对所有监测监控系统进行了升级扩容改造，使系统更加安全、灵敏、稳定可靠,并实现了全方位、全过程安全监测。

目前鹤煤公司已形成了监测监控系统集中联网，统一控制和事故快速反应机制。

3今后努力的方向
（1）全面实施区域瓦斯治理，真正实现“不采突出面，不掘突出头”的目标。

一是调整生产部署，加快岩中巷掘进速度，实施岩中巷区域消突。

二是实施地面井下打钻水力压裂等增透消突技术。

（2）积极开展科技创新工作。

针对制约鹤煤公司安全生产的关键技术，积极与科研院所合作与开展科研攻关。

如开展软煤打钻、局部防突、快速石门揭煤和区域治理配套技术等研究，努力提高瓦斯综合防治水平。

作者简介
苗河根，1963年生，河南焦作人，研究生学历，高级工程师，毕业于中国矿大，现任河南煤化集团鹤煤公司副总工程师
（收稿日期：2009-9-23）
图2穿层孔预抽放示意图50
··。