谷小敏　楊　勇

(1.煤炭科學技術研究院有限公司安全分院；2.煤炭資源高效開采與潔凈利用國家重點實驗室(煤炭科學研究總院))

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高瓦斯礦井瓦斯零超限管理實踐*

谷小敏1,2楊勇1,2

(1.煤炭科學技術研究院有限公司安全分院；2.煤炭資源高效開采與潔凈利用國家重點實驗室(煤炭科學研究總院))

摘要高瓦斯礦井瓦斯零超限管理具有很大的難度，主要體現(xiàn)在瓦斯超限的誘因復雜，與瓦斯地質因素及工程因素密切相關，目前瓦斯超限治理方面存在致災機理認識不足，瓦斯超限管理方面缺乏完整的管理體系等?；诖?，為了避免瓦斯超限事故，以王坡煤礦為例，分析了高瓦斯礦井瓦斯超限的特點和原因，通過采取全面落實“一超前三結合”瓦斯治理措施，加強通風管理保障體系建設，構建完善的瓦斯治理技術體系，運行高瓦斯礦井零超限治理風險預控管理體系等有效管理措施，大大降低了瓦斯超限的次數(shù)，實現(xiàn)了高瓦斯礦井的瓦斯零超限管理目標，保證了煤礦的安全生產(chǎn)。

關鍵詞高瓦斯礦井瓦斯零超限瓦斯治理礦井通風

礦井瓦斯是制約煤礦安全發(fā)展生產(chǎn)力的主要因素之一[1-5]。在近代煤礦開采史上，煤礦瓦斯事故每年都會造成許多人員傷亡和巨大的財產(chǎn)損失。據(jù)統(tǒng)計，在全國煤礦發(fā)生各類一次死亡10人以上重特大事故中，重特大瓦斯事故起數(shù)和死亡人數(shù)約占66.52%和68.72%；在全國煤礦發(fā)生各類一次死亡100人以上特別重大事故中，特別重大瓦斯事故起數(shù)和死亡人數(shù)約占77.78%和77.86%[6]。經(jīng)過國家十幾年來的重點治理，我國大部分地區(qū)煤礦安全生產(chǎn)狀況比較穩(wěn)定，煤礦瓦斯事故特別是重特大瓦斯事故起數(shù)和死亡人數(shù)均明顯下降，據(jù)國家能源局網(wǎng)站2015年2月12日通報，2014年全國煤礦發(fā)生瓦斯事故47起，死亡266人，同比減少15起、101人，分別下降24.2%和27.5%。盡管國家在瓦斯治理和災害預防方面采取了一系列的舉措，但煤礦瓦斯防治形勢依然嚴峻，全國范圍內瓦斯事故仍偶有發(fā)生，如2015年12月16日黑龍江省鶴崗市向陽區(qū)煤礦發(fā)生一起重大瓦斯爆炸事故，造成19名煤礦工人遇難。瓦斯超限是引起瓦斯事故的主要誘因[7-9]，所以加強瓦斯防治，實現(xiàn)瓦斯零超限，是從源頭上遏制瓦斯事故，保障煤礦安全生產(chǎn)的主要途徑。山西天地王坡煤業(yè)有限公司(簡稱王坡煤礦)經(jīng)過近10 a 的瓦斯治理探索、實踐和積累，結合煤礦瓦斯治理現(xiàn)狀，以瓦斯管理為中心，瓦斯零超限為目標，風險預控管理、精細化管理為基礎，瓦斯超限預警管理、三違管理、隱患管理“三位一體”為主要手段，超前化、全員化、標準化、精細化、信息化為導向，“持續(xù)改進”的精益思想為工作原則，逐漸形成了一套適合自己的高瓦斯礦井零超限治理風險預控管理體系，通過運行此體系，取得了顯著的效果，2013—2014年礦井瓦斯超限次數(shù)為0次，實現(xiàn)了瓦斯零超限管理目標。

1礦井概況

王坡煤礦位于山西省晉城市西北部，是沁水煤田樊莊勘探區(qū)的一部分，井田東西長約8.24 km，南北寬約5 km，面積為25.37 km2，批準開采3#、9#、15#煤層，目前正開采3#煤層，生產(chǎn)能力為300萬t/a，服務年限為41.3 a。2010—2014年該礦連續(xù)5 a被鑒定為高瓦斯礦井，瓦斯災害成為制約煤礦生產(chǎn)的主要問題。

2瓦斯超限特點

2007—2014年王坡煤礦累計發(fā)生瓦斯超限995次。從近5 a的瓦斯超限綜合情況統(tǒng)計來看，礦井瓦斯超限的班次主要集中在4點班，地點主要集中在掘進工作面，原因主要是冒頂、片幫響煤炮和打鉆“噴孔”，具體統(tǒng)計數(shù)據(jù)見圖1～圖4。

通過統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，王坡煤礦瓦斯超限有以下幾個方面的顯著特點：

(1)2007—2009年度，由于生產(chǎn)接續(xù)緊張、瓦斯

圖1　2007—2014年度瓦斯超限次數(shù)統(tǒng)計

圖2　2010—2014年度按班次瓦斯超限次數(shù)統(tǒng)計

圖3　2010—2014年度按瓦斯超限地點次數(shù)統(tǒng)計

圖4　2010—2014年度按瓦斯超限原因次數(shù)統(tǒng)計

預抽時間較短以及回采區(qū)域煤層厚度不均勻等原因，瓦斯超限比較頻繁；2010年以來，瓦斯超限次數(shù)整體呈顯著下降趨勢，特別是自2012年以來，煤礦積極開展瓦斯綜合治理示范工程項目，瓦斯超限治理效果顯著。

(2)從發(fā)生的班次來看，在生產(chǎn)班(4點班和0點班)比較多，分別占瓦斯超限總數(shù)的56%、37%，共占93%。

(3)從發(fā)生的地點來看，回采工作面和煤巷掘進工作面分別占瓦斯超限總數(shù)的15%和78%，共占93%，邊采(掘)邊抽與采空區(qū)抽采效果明顯，在做好回采工作面瓦斯治理的同時，防治的重點是煤巷掘進工作面。

(4)從超限原因來看，掘進面冒頂、片幫、響煤炮引起29次瓦斯超限，占49%；打鉆“噴孔”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%。由此可見，王坡煤礦的瓦斯綜合治理重點在掘進工作面鉆孔期間，防止“噴孔”、頂板破碎響煤炮、空頂流煤的關鍵環(huán)節(jié)，采取有效措施保證監(jiān)控系統(tǒng)可靠運行、減少停風事故等方面。

3瓦斯超限原因

(1)煤層瓦斯賦存量大，瓦斯抽采率較低。該礦目前開采的3#煤層厚4.10～6.70 m，平均厚5.76 m，瓦斯含量為6.0～26.0 m3/t，且采區(qū)隨著煤層埋深的增加，瓦斯含量增加明顯，大部分區(qū)域均在20 m3/t以上，并且隨著礦井不斷向深部延伸，礦井瓦斯涌出量逐漸增大，瓦斯治理存在許多困難。該礦目前主要采用井下抽采方式，抽采系統(tǒng)主要為上寺頭風井的一座抽放泵房和正在建設的塔里風井，抽采方法為工作面本煤層平行鉆孔預抽和采空區(qū)頂板走向長鉆孔抽采。抽采方法單一、抽采率低、瓦斯超限時有發(fā)生。煤層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)通風系統(tǒng)穩(wěn)定性差，風量控制困難。礦井采用分區(qū)通風方式，機械抽出式通風方法。礦井需風量較大，角聯(lián)風路多，風量調節(jié)困難，有時造成部分地點風流不穩(wěn)定。另外，由于風量調節(jié)采用人工估算試驗式調節(jié)，經(jīng)常造成局部通風設施設置不合理，達不到理想的調風狀態(tài)，造成瓦斯超限。

(3)礦井監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測參數(shù)不全面。王坡礦井現(xiàn)采用的安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)可以對礦井通風、瓦斯、設備開停等參數(shù)及狀態(tài)進行實時監(jiān)測。但是對于通風節(jié)點壓力、風量、風阻變化等參數(shù)監(jiān)測不全面，沒有實現(xiàn)為提高抽采服務的采動區(qū)裂隙監(jiān)測等。

(4)缺乏完整的瓦斯超限管理體系。由于管理不到位，間接造成了瓦斯超限。礦井制定了許多管理制度與措施，但沒有形成一個完整的瓦斯超限管理體系。如采掘工作面超循環(huán)作業(yè)造成采掘作業(yè)面瓦斯短時間大量涌出；局部通風機風筒脫節(jié)、損壞或大量漏風造成工作面無風或風量不足；施工瓦斯抽放鉆孔時發(fā)生“噴孔”，瓦斯短時間內涌出量急增，積存大量高濃度瓦斯；瓦斯抽放管路放水不及時，造成高位瓦斯抽放巷、上隅角等地點瓦斯抽放能力和效果下降。以上管理缺陷均易導致瓦斯超限。

4瓦斯超限治理措施

4.1“一超前三結合”瓦斯治理措施全面落實

“一超前三結合”是指“區(qū)域性大面積超前抽、回采工作面采前采中結合密集抽、采空區(qū)尾部插管和高位鉆孔結合抽、掘進工作面長短鉆孔結合抽”的瓦斯抽采體系。

4.1.1區(qū)域性大面積超前抽

在預生產(chǎn)區(qū)，對于5 a以后開采區(qū)域采用地面井瓦斯抽采，抽采時間為5～10 a；對于3～5 a區(qū)域，在預抽巷提前施工鉆場，利用千米定向鉆機在鉆場內施工長鉆孔，對未采、未掘區(qū)域實施區(qū)域預抽，大約每400 m布置一個鉆場，鉆場尺寸為6 m×5 m×3.5 m(開口×里幫×深度)，每個鉆場布置10個鉆孔，每個鉆場預計覆蓋350～500 m，抽采時間為3～5 a。區(qū)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結合密集抽

在生產(chǎn)區(qū)，對于3 a內回采區(qū)域采用工作面順層密集鉆孔抽采，在工作面運輸順槽、回風順槽掘進過程中，從工作面停采線開始向工作面方向施工對向鉆孔，鉆孔呈平行密集布置。鉆孔布置視現(xiàn)場條件而定，鉆孔間距一般為2.5 m，直徑為115 mm，長約100 m，位置距巷道底板1.5 m。保證抽采1～3 a后可解吸瓦斯量降到抽采達標的要求。根據(jù)抽采達標規(guī)定，王坡煤礦工作面產(chǎn)量為8 000～10 000 t/d，煤層的可解吸瓦斯量需降到4.5 m3/t。根據(jù)王坡礦實測殘存瓦斯含量(不可解吸瓦斯量)為3.3 m3/t，所以抽采后煤層瓦斯含量降到7.8 m3/t 以下。工作面開采前進行本煤層瓦斯預抽，工作面開采時進行邊采邊抽。

4.1.3采空區(qū)尾部插管和高位鉆孔結合抽

對于采空區(qū)，采用尾部插管和高位鉆孔結合抽采方法，有效解決上隅角瓦斯超限的問題。對于采用雙U通風系統(tǒng)的工作面，在外U巷內每隔一定距離向回風巷施工一條聯(lián)絡巷，工作面未回采時在外U巷內插入抽采管，當工作面回采推進過聯(lián)絡巷后，密閉聯(lián)絡巷，連接抽采管路，抽采采空區(qū)瓦斯。另外，結合頂板高位鉆孔抽采采空區(qū)瓦斯，王坡礦頂板高位鉆孔抽采裂隙高度范圍為15～57 m。在回風順槽內布置4 m×5 m×2.6 m鉆場，先向工作面方向并排施工4個長鉆孔，開孔高度為1.6 m，孔間距為0.5 m，孔長120 m，施工完畢后，再在其上方并排施工4個短鉆孔，孔間距為0.5 m，開孔高度為2.1 m，孔長100 m，左右2層鉆孔上下間距為0.5 m，呈三花眼方式布置。

4.1.4掘進工作面長短鉆孔結合抽

掘進工作面采取長孔超前抽、短孔緊跟迎頭抽的瓦斯抽采方法。一是在巷道兩幫間隔50 m施工一個瓦斯抽采鉆場，邁步式布置，每個鉆場一般布置7個鉆孔，孔長120 m，終孔距掘進巷道幫5 m，上孔終孔于頂板，下孔終孔于底板，其余孔平均分布在煤層中，形成一個豎直鉆孔墻，攔截巷道兩側瓦斯向掘進巷道涌出。二是在掘進工作面瓦斯涌出異常時，在迎頭布置一組抽采短孔，每組5個，孔深80 m，抽采巷道前方煤體瓦斯。

圖5、圖6分別是采取“一超前三結合”治理措施后瓦斯抽采量和抽采率的統(tǒng)計圖，可以看出，瓦斯抽采量和抽采率總體呈現(xiàn)明顯上升趨勢，說明治理措施合理、有效。

圖5　2007—2014年度瓦斯抽采量統(tǒng)計

圖6　2007—2014年度礦井瓦斯抽采率統(tǒng)計

4.2通風管理保障體系加強建設

(1)礦井采用分區(qū)通風方式，機械抽出式通風方法，掘進工作面配備對旋式系列局部通風機進行壓入式通風，局部通風機全部實現(xiàn)“三專兩閉鎖”和“雙風機雙電源自動切換”，硐室及其他運輸、行人巷道均實行獨立通風。根據(jù)礦井采掘接替和系統(tǒng)延伸情況，適時優(yōu)化、簡化礦井通風系統(tǒng)，消除不合理用風現(xiàn)象，同時強化局部通風管理，杜絕無計劃停電、停風現(xiàn)象，使系統(tǒng)始終處在科學、合理的運行狀態(tài)，建立穩(wěn)定可靠的通風系統(tǒng)，確保風量充足、設施可靠、調控合理、系統(tǒng)穩(wěn)定。

(2)通過建設礦井通風智能決策與控制系統(tǒng)，強化通風系統(tǒng)管理，提高礦井風流參數(shù)的監(jiān)測能力，并增加可靠的風流控制系統(tǒng)，保證礦井風流穩(wěn)定性和風流合理分配的調控性。在地面實時監(jiān)測顯示井下巷道的風流狀態(tài)，動態(tài)分析通風系統(tǒng)的安全性，當瓦斯?jié)舛冗_到0.6%時，系統(tǒng)進行預警；當瓦斯?jié)舛冗_到0.8%時，系統(tǒng)報警并智能分析決策調控方案。井下控風設施實現(xiàn)了自動測風和地面遠程調控，風量調節(jié)準確率達90%以上，有效防止瓦斯超限。

(3)充分認識礦井通風是煤礦安全生產(chǎn)的基礎，制定礦井通風系統(tǒng)與風量管理、礦井局部通風管理、礦井通風設施管理、礦井瓦斯監(jiān)測監(jiān)控管理、礦井通風巷道維修管理、礦井盲巷管理、礦井通風技術資料管理等標準，根據(jù)標準規(guī)定要求，定時測風，按規(guī)定檢測瓦斯，把好礦井通風能力關，“以風定產(chǎn)，以風定面”，防止盲目超通風能力生產(chǎn)，嚴禁無風、微風、循環(huán)風和不符合規(guī)定的串聯(lián)風及瓦斯超限作業(yè)。加強通風設施的管理和維護，保證礦井通風系統(tǒng)合理、可靠，井下實現(xiàn)分區(qū)通風，保證采、掘工作面及硐室等各用風地點的風流穩(wěn)定，風量充足。

4.3“瓦斯治理，工程先行”原則嚴格執(zhí)行

2011—2012年，改造礦井通風系統(tǒng)，新建了塔里風井，實現(xiàn)了礦井分區(qū)通風；2012—2014年，系統(tǒng)實施了瓦斯零超限示范工程，通過建設地面瓦斯抽采工程和井下區(qū)域長鉆孔瓦斯抽采工程，解決礦井深部含量較大區(qū)域的瓦斯抽采問題，保證足夠的抽采時間和較高的抽采效果，把高瓦斯區(qū)域變?yōu)榈屯咚箙^(qū)域；通過建設工作面強化預抽和采空區(qū)抽采工程，解決礦井目前淺部區(qū)域瓦斯涌出問題，同時也是區(qū)域抽采技術的補充；2012—2014年，王坡礦施工瓦斯抽放鉆孔6 737個，鉆進進尺704 398.36 m，瓦斯抽采量3 619.36萬m3，瓦斯抽采量和抽采率總體呈明顯上升趨勢。

4.4完善的瓦斯治理技術體系構建

經(jīng)過不斷探索、實踐、總結，王坡煤礦構建了完善的瓦斯治理技術體系，建立了井上下立體瓦斯抽采系統(tǒng)，創(chuàng)新了通風設施智能調節(jié)及遠程控制技術、瓦斯超限預警技術等，找到了瓦斯治理的基本方法與途徑，初步解決了瓦斯治理難題。

4.5高瓦斯礦井零超限治理風險預控管理體系運行

經(jīng)過不斷探索、實踐，積極創(chuàng)新管理，強力推行風險預控管理、精細化管理、6S管理，堅持執(zhí)行每周的隱患排查和“三定表”落實制度、月安全質量標準化動態(tài)達標考核制度，全面提高瓦斯管理水平，逐步構建安全、高效、節(jié)能、環(huán)保的現(xiàn)代化礦井。

5結語

通過分析王坡煤礦瓦斯超限的原因和特點，本著從源頭入手治理瓦斯的思路，踐行“瓦斯治理，工程先行”的原則，王坡煤礦形成了以抽采為核心的“三區(qū)三階段”采掘部署規(guī)劃和“一超前三結合”瓦斯抽采體系，形成了“以抽采為核心，通風為基礎，超限預警為手段，風險預控管理體系為支撐”的“一核心三配套”瓦斯治理工作路線。王坡煤礦自進行瓦斯治理的探索和實踐以來，瓦斯鉆孔量及鉆進總進尺、單孔鉆進進尺、瓦斯抽采量、抽采率總體呈明顯上升趨勢，瓦斯超限現(xiàn)象得到明顯遏制，2013—2014年連續(xù)實現(xiàn)了瓦斯零超限治理目標，大大降低了瓦斯事故發(fā)生的幾率，更加證明了瓦斯事故是可以預防和避免的，高瓦斯礦井的瓦斯零超限目標是完全可以實現(xiàn)的。

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(收稿日期2016-02-22)

*國債項目“王坡煤礦瓦斯零超限治理示范礦井工程建設項目”(編號：發(fā)改能源<2012>147號)。

谷小敏(1982—)，女，助理研究員，碩士，100013 北京市朝陽區(qū)和平里青年溝路5號。