瓦斯先抽后采經(jīng)驗交流材料
瓦斯先抽后采經(jīng)驗交流材料
國投新集能源股份有限公司
一、 礦區(qū)（井）概況
國投新集能源股份有限公司是由國家開發(fā)投資公司、國華能源公司、淮南煤電總公司發(fā)起設立的股份制公司。擁有3對生產(chǎn)礦井，2對在建礦井，1對籌備礦井，2座選煤廠、1座煤矸石電廠，1座在建煤矸石電廠，即新集、花家湖及八里塘3對生產(chǎn)礦井，在建劉莊煤礦和板集煤礦，籌備口孜東礦井；新集及花家湖2座選煤廠；1座新集煤矸石電廠和1座在建的花家湖煤矸石電廠。另有5對待開發(fā)的井田。
全公司總井田面積為425km2，煤炭地質(zhì)儲量為103億噸，煤質(zhì)優(yōu)良，是理想的動力、冶金和化工用煤。目前礦區(qū)生產(chǎn)規(guī)模8.0Mt/a，其中新集一礦4.0Mt/a、新集二礦3.1Mt/a，新集三礦0.9Mt/a；2座選煤廠入洗原煤能力均為4.0Mt/a，新集煤矸石電廠裝機容量為1.2萬kW；在建礦井2座（劉莊礦井、板集礦井），設計規(guī)模分別為8.0Mt/a， 3.0Mt/a；籌備礦井1座（口孜東礦井），設計規(guī)模為5.0Mt/a。規(guī)劃礦井5座（分別為：口孜集西礦、楊村礦、展溝礦、羅園礦、連塘李礦），1座在建的花家湖煤矸石電廠裝機容量為2.4萬kW。
2006年瓦斯等級鑒定結果為：新集一礦、二礦為煤與瓦斯突出礦井，新集三礦為低瓦斯礦井。公司三對生產(chǎn)礦井絕對瓦斯涌出為135.41m3/min。新集一礦礦井瓦斯絕對涌出量為79.91m3/min，二氧化碳絕對涌出量為17.00m3/min，礦井瓦斯相對涌出量為9.65m3/t，二氧化碳相對涌出量為2.05 m3/t,為煤與瓦斯突出礦井。
新集二礦礦井瓦斯絕對涌出量為51.57m3/min，二氧化碳絕對涌出量為10.54m3/min，礦井瓦斯相對涌出量為7.49m3/t，二氧化碳相對涌出量為1.53m3/t，為煤與瓦斯突出礦井。
新集三礦礦井瓦斯絕對涌出量為3.93m3/min，二氧化碳絕對涌出量為3.61m3/min，礦井瓦斯相對涌出量為2.6m3/t，二氧化碳相對涌出量為2.38m3/t，為低瓦斯礦井?！ ?BR>高突采煤工作面的瓦斯絕對涌出量為8～21m3/min，平均瓦斯涌出量為11.23m3/min，掘進工作面瓦斯絕對涌出量為1～4m3/min，平均瓦斯涌出量為1.93m3/min。
一礦采用立井多水平開拓，混合式通風，由副井、混合井進風，中央風井、西風井回風；中央風井主扇和西風井主扇各有一臺使用，一臺備用。中央風井主扇型號為2K56NO.30，西風井主扇型號為GAF26.6-15-1，礦井總進風21158m3/min，總排風22527m3/min，礦井目前三個生產(chǎn)采區(qū)和兩個準備采區(qū)均有獨立的通風系統(tǒng)。礦井各用風地點的風量均達到或超過設計要求。
二礦采用GAF28-14-1型主扇2臺，配套電機2500KW，一臺運轉，一臺備用，通風方法為抽出式，通風方式為中央并列式。礦井總進風量為：18630m3/min，總回風量為：19926 m3/min。
三礦通風方式為抽出式，副井進風，主井回風，回風井安裝了兩臺2K56-NO24型軸流式通風機，配套電機355KW，一臺運轉，一臺備用，礦井進風4693m3/min，回風為5122m3/min。
劉莊煤礦通風方式為抽出式，主、付井及矸石井進風，風井回風，回風井安裝了兩臺ANN－2884/140型軸流式通風機，配套電機2000KW，一臺運轉，一臺備用，礦井進風15300m3/min，總排風量為16547m3/min
目前三對生產(chǎn)礦井中一、二礦及劉莊礦均建立了地面永久瓦斯抽放系統(tǒng)，三礦為低瓦斯礦井、瓦斯較小。
新集一礦地面抽放系統(tǒng)共安裝抽放泵三套，泵型號為2BE3.520-2BY3，額定抽放流量為3×200m3/min，井下移動抽排泵5臺（型號2BE1305），井下管路系統(tǒng)已基本完善。
新集二礦地面永久抽排系統(tǒng)為2BE3520—300的3臺，額定抽放流量為3×200m3/min；井下移動抽排泵6臺（型號2BE1305的4臺，型號YD-6的2臺），抽放系統(tǒng)完善。二礦瓦斯抽放主要采用頂板高位鉆場抽放、頂板抽放巷抽放、上隅角埋管抽放、順層鉆孔抽放等抽放方法。
劉莊煤礦永久抽采系統(tǒng)為2BEY－67水環(huán)真空泵兩臺，額定抽放流量為2×245m3/min；井下安裝兩臺2BE1－303水環(huán)真空泵。
地面抽采系統(tǒng)及裝備表 附表二
礦井名稱 瓦斯等級 礦井絕對瓦斯涌出量m3/min 系統(tǒng)名稱 泵的型號 裝備臺數(shù) 裝機功率KW 抽采能力m3/min 抽采干管管徑
mm 移動泵臺數(shù)及型號
新集一礦 突出 67.93 瓦斯抽放 2BE3.520-2BY3 3 3×250 3×200 526-400 2BE1-253
5臺
新集二礦 突出 43.09 瓦斯抽放 2BE3.520-2BY3 3 3×250 3×200 526-400 2BE1-203
4臺，YD-6
2臺
新集三礦 低 2.05 ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／
劉莊煤礦 突出 48.44 瓦斯抽放 2BEY-67 2 2×245 800-426 2BE1-203
2臺
合計 / 161.51 / / 8 6×250 9×200 / 13
二、 瓦斯抽采工藝
（一）瓦斯抽采設備
公司三對生產(chǎn)礦井劉莊煤礦目前區(qū)域性瓦斯抽采的技術主要有：1、以解放層開采后，利用巖石抽排巷對被保護層進行瓦斯抽放一礦北中央采區(qū)主要以開采突出危險性較小的11煤層，解放13煤層。二礦的二水平主要以開采沒有突出危險性的11煤作為解放層并同時對8煤、6煤、13煤進行預抽。2、利用高抽巷、高位鉆場、采空區(qū)埋管和地面鉆孔對本煤層采空區(qū)進行抽放；利用順層鉆孔對本煤層進行預抽。
新集一礦抽放方式有①順層孔預抽回采工作面瓦斯：根據(jù)實際情況，對131103和211302高瓦斯區(qū)域工作面進行了順層孔采前預抽。131103工作面上、下巷在掘進期間，開始施工順層鉆孔抽放瓦斯，施工鉆孔523個，抽放瓦斯61.78萬m3。211302工作面在機巷施工順層鉆孔67個，目前已抽放瓦斯14.11萬m3。②穿層孔預抽13煤瓦斯：三采區(qū)結合11煤保護層開采，對13煤施工穿層孔預抽瓦斯，在13煤層底板下20～30m施工底板巷，底板巷每30米布置1個鉆場，每個鉆場布置5—7個穿層鉆孔，穿層鉆孔已施工56組，施工鉆孔371個，抽放濃度15～30%左右，已累計抽放瓦斯160.6萬 m3。③地面鉆井抽放瓦斯：由地面向131103工作面上方施工鉆孔，抽放131103采空區(qū)及該面采動區(qū)13煤層瓦斯。設計了兩個鉆孔， 分別孔深為514m、 508m，兩孔施工結束，系統(tǒng)正在運行，已累計抽放瓦斯126.6萬 m3。
新集二礦嚴格按照“先抽后采、監(jiān)測監(jiān)控、以風定產(chǎn)”十二字方針和“多打孔、嚴封密、綜合抽”的九字方針，完善了以煤層順層鉆孔預抽、高位鉆場走向鉆孔抽放、高抽巷以及上隅角埋管抽放等多種抽放方法相結合的瓦斯抽放體系。合計施工各類瓦斯抽放鉆孔339個，累計進尺21272m。2006年度里相繼在1606、1607、1308、W1607工作面實施順層鉆孔預抽，同時高瓦斯掘進工作面（如1308機、風巷）做到了邊掘邊抽；推廣、應用高抽巷，繼該礦在2813首次應用高抽巷取得成功以來，相繼在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，新集二礦瓦斯電廠首期兩臺發(fā)電機組投入運行，瓦斯利用在新集礦區(qū)成為現(xiàn)實。不僅做到了“變廢為寶”、凈化了礦山空氣，同時對瓦斯抽采起到積極的促進作用。為保證瓦斯電廠的供氣質(zhì)量，確保瓦斯電廠順利發(fā)電。二礦建立了地面永久抽放系統(tǒng)和井下移動抽放系統(tǒng)相結合的“雙”系統(tǒng)抽放網(wǎng)路，實現(xiàn)了高、低濃度瓦斯的分離，在滿足電廠瓦斯供給的同時，保證了最大瓦斯抽采量。
劉莊煤礦為有效治理首采工作面瓦斯，在機、風巷施工
順層鉆孔共179個，計9000m，施工高位鉆場6個， 47個鉆孔，計5400m，截止目前累計抽放純瓦斯量3477248ｍ3。按礦工程安排要求8月22日井下臨時抽放系統(tǒng)投用，安裝兩臺2BE1－303水環(huán)真空泵；2006年10月13日完成了地面永久抽排系統(tǒng)的安裝工作并投入使用，安裝兩臺2BEY－67水環(huán)真空泵。首采面施工地面豎直孔及水平孔各一個，安裝兩臺2BE1－303水環(huán)真空泵，鋪設Φ219鋼管600ｍ，柴油發(fā)電機發(fā)電，已投入使用，運行效果良好。
（二）、技術參數(shù)及適用條件
1、井下抽放
高抽巷及底板巷：工作面高抽巷布置于煤層頂部，距本煤層15—25m，高抽巷沿走向貫穿工作面整個走向長，其方向與工作面風巷平行，內(nèi)錯15m左右布置，距工作面切眼平距10m，端頭用Φ94mm鉆孔與工作面切眼相連，共布置10個孔，見煤點沿傾斜方向自上隅角往下控制范圍30m。巷道斷面為6m2，采用錨網(wǎng)支護。工作面底抽巷位于被解放層垂距30m處布置，每隔50m施工一組6至8個鉆孔至被解放層，鉆孔直徑為Φ94mm。巷道斷面為6m2，采用錨網(wǎng)支護。
工作面順層瓦斯抽放孔的布置情況：工作面機巷沿工作面傾斜方向，每隔10m布置順層鉆孔，其孔深為工作面斜長的一半，孔間距10m，孔徑為Φ73mm，同時，在兩孔之間增加一交叉鉆孔，孔深適當處長1至2m，孔徑Φ73mm。風巷每隔10m亦布置順工作面方向的下向鉆孔，孔長為工作面斜長的三分之一。順層鉆孔前期預抽瓦斯，后期采用靜壓進行煤體注水。
高位鉆場：在工作面風巷內(nèi)每隔80m每隔施工一個高位鉆場，在鉆場內(nèi)施工6個孔徑為Φ73mm鉆孔，相鄰兩個高位鉆場之間的鉆孔必須有部分在平面上重疊，其長度不小于20m。
上隅角埋管抽放：在工作面上隅角處埋一趟直徑為Φ100mm的埋吸管對上隅角進行抽放。
瓦斯抽放設備及管路布置：瓦斯抽放系統(tǒng)采用地面抽排系統(tǒng)，在工作面機、風巷分別鋪設Φ219mm瓦斯管路，高抽巷布置一趟Φ273mm瓦斯管路，并與主干管路聯(lián)接，形成瓦斯抽放管路系統(tǒng)。所有抽放鉆孔采用聚胺脂化學劑人工封孔，封孔長度為5m。
2、地面鉆孔抽放
在新集一礦地面施工兩個鉆孔至131103工作面距頂板20m ，抽采13及11煤層的瓦斯。由于該處新地層厚約201.7m至11-2煤層底板全深577.0m，其中，地表至新地層下基巖第二層堅硬巖層深約240m，采用Φ311mm鉆頭鉆井，下D245x10mm套管240m，并注水泥漿固井，以防第四紀含水層水涌入井下；基巖段改用Φ216mm鉆頭鉆進至478m孔底為堅硬砂巖段；再改用Φ152.4mm鉆頭鉆進穿過13-1煤、13-1下煤，至11-2煤頂板以上30m左右止，至545.0m，確定13-1煤層頂板標高約-489.3m（13煤厚7.8m），下D177.8x10mm的套管475m，并注水泥漿固井。Φ152.4mm鉆頭掃孔，洗井到542.4m，再下D139.7x10mm的篩孔管83.1m，下放深度到542.4m，篩管頂部進入D177.8x10mm工作管內(nèi)15.3m，不固井，花管底口采用同厚鋼板焊封，其目的：一是防止11-2煤層開采后以上各煤層段受采動影響塌井；二是以上各煤層的卸壓瓦斯和11-2煤層采空區(qū)瓦斯涌入鉆井的通道。
以后又在劉莊煤礦地面施工了一垂直孔和一“L”孔，抽采首采工作面的瓦斯。
三、瓦斯抽采方面的體會和經(jīng)驗
（一）地面瓦斯抽放鉆孔設計
隨著礦井的不斷延深及瓦斯技術的發(fā)展，我們在原有的抽放系統(tǒng)的基礎，利用瓦斯抽放新技術，及時改變瓦斯抽放方式，其中應用最為成功是地面瓦斯抽放鉆孔的應用。
我們首先在新集一礦試點，其設計主要內(nèi)容如下：
1、礦井瓦斯及采區(qū)瓦斯參數(shù)
新集一礦主采煤層為13-1煤、11-2煤、8煤。其中C13煤為復雜結構煤層，含2～3層夾矸。首采區(qū)正常生產(chǎn)過程中，最大絕對瓦斯涌出量為20.772m3/min，最大相對瓦斯涌出量為4.207m3/t。13煤瓦斯壓力3.6MPa，瓦斯含量為14.22m3/t，透氣性系數(shù)平均為6.67×10-4m2/MPa•d,鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)平均為0.159d-1，說明13-1煤層屬較難抽放煤層。
131305工作面鉆井底C13-1煤層底板處沿走向平均按標高-465m，經(jīng)計算W=0.0495H-9.1738=0.0495×465-9.1738=13.84m3/t；按工作面生產(chǎn)4000t/d，本煤層瓦斯涌出量將達到38.4 m3/m。
2、 面井布置和鉆井結構設計
地面鉆井布置
1）、根據(jù)一礦保護層開采情況，131105面走向保護角取70°，11-2煤層頂垂距按70m，則上方13-1煤層的131305工作面的開切眼和停產(chǎn)線的保護線范圍。
開切眼向里L1=70×Ctg700=25.4m(平距)，取26m；
停采線向里L2=70×Ctg700=25.4m(平距)，取26m。
2）、131305工作面傾向下部保護線范圍，根據(jù)《細則》，131105工作面下部煤層傾角達300，卸壓角可取690，煤層間距按70m。
則：L3=70/sin690×cos（690+300）=-10.95 m(平距)，取10m。
3）、根據(jù)潘一礦2352(1)工作面第一個地面井預抽被保擴層13-1煤層瓦斯實踐證明，該井抽放半徑可以達到250m，謝橋礦為250左右；為留有余地，嚴格瓦斯治理，抽放半徑還按200m，同時要保證兩井抽放半徑相交點要大于13-1煤層上下被保護線以外，以保證回采面都在被保護范圍內(nèi)，并考慮試驗保護層工作面瓦斯治理。
4）、131105工作面采動區(qū)擬布置5個鉆井，該5個鉆井按平均530m/個。第一口井131105-1#井位于131105工作面開切眼以東40m，131105-2#、-3#、-4#、-5#井分別向東布置，間隔200m/個。
11-2煤回采后頂板高度20~30m，瓦斯抽放效果較好，瓦斯?jié)舛瓤蛇_40%以上，因此鉆井終孔擬布置在11-2煤層頂板上30m。
3、瓦斯抽放管路設計和抽排設備選型
瓦斯抽放系統(tǒng)布置
由于地面鉆井位置離永久泵房距離遠，需要鋪設較長的管路，采用兩臺2BE1－353型真空泵，建立臨時泵站，進行地面鉆井抽放瓦斯。131105工作面從設計切眼向東40m，沿傾向在工作面中部，每200m布置一個鉆井，共5個鉆井。鉆井高出地面4米左右，其高架支管均與干管連接，架空敷設管路高度正常情況下不低于3米，過農(nóng)村車道不低于3.5米，過主要車道處不低于5米，型鋼組合支架。
4、瓦斯抽出量和抽出率預測
平均單個鉆井抽放瓦斯量為10.995 m3/min，考慮繼續(xù)抽放瓦斯量逐漸衰減，因此單個鉆井平均按5 m3/min，抽放時間按8個月，每天抽放時間按20h，預計瓦斯抽放量單井可達144.0萬m3。
131105工作面五口井上覆13-1煤層可抽瓦斯儲量及預測抽瓦斯率：
平均真厚度（m） 容重
（t/m3） 傾斜長
（m） 走向長
（m） 煤炭儲量
（t） 瓦斯含量（m3/t） 瓦斯儲量
（m3） 抽出率（%） 預計可抽出瓦斯（m3）
5.65 1.38 139 1205.5 1306500 13.84 18081960 39.8 7200000
根據(jù)統(tǒng)計及計算新集礦煤層瓦斯殘存量為1.69 m3/t，則13-1煤層可解吸瓦斯量為12.15 m3/t，由上表可知地面鉆井抽出瓦斯量為5.51 m3/t。按“瓦斯抽采基本要求”及“防突細則”，該范圍煤層瓦斯可解吸含量降到8 m3/t，瓦斯抽放率大于30%，如按上所訴，該范圍13-1煤層能夠符合要求進行工作面采掘作業(yè)。
（二）抽采的組織機構及管理
1、堅持落實瓦斯治理“十二字”方針，完善礦井“一
通三防”五大系統(tǒng)。
2、制定激勵政策，對完善通風系統(tǒng)的措施工程、保護層的開采以及瓦斯抽放及利用進行獎勵。
①每年公司根據(jù)實際情況給各礦下達瓦斯抽放量計劃。獎罰標準：計劃內(nèi)每抽1m3瓦斯獎勵0.06元，超過計劃后每抽1m3瓦斯獎勵0.1元，按月考核兌現(xiàn)。對未完成公司下達瓦斯抽放計劃指標的單位罰款2萬元。
②每施工1m高位瓦斯抽放巷，公司返還礦2000元，用于抵消各礦成本。
③開采保護層同時采用穿層鉆孔預抽煤層瓦斯的，每噸煤補貼工資基金10元。
④為完善通風系統(tǒng)施工的專用通風巷道以及維修主要通風巷道，每米巷道公司分別補貼3000元和2000元。
⑤低濃度瓦斯發(fā)電每度獎勵0.05元。
3、嚴格執(zhí)行“先抽后采”方針，優(yōu)先開采保護層，加強煤層瓦斯預抽工作，以開采保護層和瓦斯抽放為重點，加大瓦斯抽放力度。
4、轉變思路，全面加大瓦斯綜合治理投入（按國家規(guī)定銷售收入的4%提取安全技術措施費用，2005年就投入了3500萬元，2006年又投入1100萬元用于建立低濃度瓦斯發(fā)電站）；加強管理，確保瓦斯治理措施落實到位，力爭消滅瓦斯超限事故。
5、積極開展科研攻關，解決瓦斯抽采中的技術難題，不斷推廣應用新技術、新工藝。
6、進一步強化以安全生產(chǎn)責任制為核心的各項管理制度，落實“一通三防”及瓦斯抽采責任制，從嚴從細加強“一通三防”管理。
7、為了加強“一通三防”管理，加大瓦斯抽采的力度，公司為各配備了“一通三防”副礦長；公司及各礦總工程師對“一通三防”技術工作全面負責；各礦設立了專門的抽排區(qū)，負責瓦斯抽排工作。
（三）、取得的效果
一礦、二礦及劉莊煤礦2002、2003、2004、2005、2006年瓦斯抽放總量為見下表。礦井瓦斯抽放率平均為20—40%。
近年來的瓦斯抽放情況表
礦別 2003年（萬m3） 2004年（萬m3） 2005年（萬m3） 2006年（萬m3）
新集一礦 48.4 83.6 205.7 1017.2
新集二礦 133.5 704.8 872.8 993.5
劉莊煤礦 0 0 0 101.0
合計 181.9 788.4 1078.5 2111.7
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。各礦的瓦斯超限的次數(shù)逐年下降。瓦斯抽放工作在新集礦區(qū)的安全中發(fā)揮巨大的作用。
二〇〇七年三月二十二日
