文(wen)章來源：神(shen)華集團有限責任公(gong)司 發布時間：2013-08-15
神華神寧煤業集團公司烏蘭煤礦始建于1966年，1975年建成投產，原設計生產能力為90萬噸/年，現核定生產能力為190萬噸/年，屬煤與瓦斯突出礦井，是神華寧夏煤業集團公司生產條件最為復雜、自然災害最為嚴重的礦井之一。煤（巖）層起伏變化大，斷裂構造多，煤層透氣性差，煤層松軟，成孔率低，瓦斯涌出量衰減快，預抽效果差，嚴重影響礦井安全開采。多年來，烏蘭煤礦始終堅持把瓦斯防治作為安全管理的重中之重，按照“優化系統、穩定產能、減人提效、綜合治理”的工作思路，積極探索瓦斯綜合治理的有效方法，形成了“保護層開采、地面鉆井抽采、底板巖巷穿層鉆孔網格抽采”的立體式、全方位區域瓦斯治理格局，提升了礦井防災抗災能力。
一、潛心研究，積極探索瓦斯治理有效方法
烏蘭煤礦是國家重點監控的煤與瓦斯突出礦井，深受水、火、頂板、煤塵、煤與瓦斯突出“五毒”侵害。礦井投產初期，相對瓦斯涌出量僅為5.3 m3/t，為低瓦斯礦井。1982年，礦井開采深度達到100m，相對瓦斯涌出量達到18.7m3/t，由低瓦斯礦井升級為高瓦斯礦井。1987年，石門揭煤時發生煤與瓦斯突出，礦井由高瓦斯礦井升級為煤與瓦斯突出礦井。
一是提高對瓦斯治理重要性的認識。
近年來，隨著礦井開采深度的不斷增加，瓦斯壓力急速上升，煤層瓦斯含量不斷增大,突出危險性明顯增強，在施工鉆孔和掘進時曾多次發生動力現象，嚴重威脅礦井安全生產。經鑒定礦井主采煤層均為突出煤層，且有自燃傾向性和煤塵爆炸性，其它煤層除瓦斯放散初速度未超過臨界值指標，其余指標均超過《防治煤與瓦斯突出規定》的臨界值，這就意味著礦井所有煤層都必須嚴格按照突出煤層進行管理，瓦斯制約礦井安全生產的問題更加凸顯。面對客觀存在的困難與挑戰，烏蘭煤礦深深體會到“瓦斯不治，礦無寧日”，提出了“舉全礦之力治理瓦斯”的戰略舉措,開始了一場與瓦斯較量的攻堅之戰。
二是認真總結煤層瓦斯賦存規律。
全面掌握煤層瓦斯變化規律是解決瓦斯治理問題的有效方法。建立了通風實驗室，持續測定和分析礦井主采煤層實際參數，總結出主采各煤層在相同埋深、不同區域的瓦斯壓力、瓦斯含量、煤層透氣性及可抽采性的分布規律；繪制了詳實的《瓦斯地質圖》，并對礦井各煤層的突出危險區域進行了劃分；確定了礦井主采煤層鉆孔有效抽采半徑與抽采時間的變化關系、突出煤層工作面突出危險性預測敏感指標及臨界值。
三是確定綜合治理瓦斯的有效對策。
采取“走出去、請進來”的方法，多次組織技術人員外出考察、學習先進的瓦斯治理經驗，并結合礦井實際，展開了反復論證和研究，最終確定了下保護層開采方案。對煤層開采順序進行了合理調整，將原來自上而下開采，調整為由下而上開采。與中國礦業大學合作進行了《高瓦斯突出煤層群保護層開采與地面鉆井抽采卸壓瓦斯關鍵技術》項目研究，該項目先行開采7#煤層（保護層），后開采8#煤層，受采動影響，上覆2#、3#煤層處于彎曲下沉帶，保護層開采不會對2#、3#煤層造成破壞，只發生整體下沉，煤（巖）體變形、破裂和裂隙伸張，產生“卸壓增透增流”效應，煤層透氣性增大，促使大量吸附瓦斯解吸為游離瓦斯，再通過高瓦斯突出煤層群保護層開采與地面鉆井抽采卸壓瓦斯關鍵技術，兩次抽采2#、3#煤層卸壓瓦斯，減小煤層瓦斯含量，消除卸壓煤層煤與瓦斯突出危險性。
二、技術攻關，解決制約礦井安全生產的瓦斯難題
瓦斯隱患是影響礦井安全發展的核心問題。為提高煤層瓦斯抽采率，降低煤層原始瓦斯含量，消除煤與瓦斯突出危險性，有效解決瓦斯難題，烏蘭煤礦在試驗區域內全面實施了高瓦斯突出煤層群保護層開采與地面鉆井抽采卸壓瓦斯關鍵技術等項目，實現了煤與瓦斯高效共采。
一是大力應用保護層開采技術。
保護層開采的關鍵是如何將被保護層大量卸壓瓦斯抽出。首次在礦井試驗工作面，通過采用回歸分析法確定地面鉆井布井參數，施工地面鉆井等措施，最大程度的提高了瓦斯抽采量，擴大了瓦斯抽采半徑，使單井日抽采瓦斯量達到2.48萬m3，相當于過去井下打8620個鉆孔的抽采效果，地面14口鉆井累計抽出純瓦斯1436萬 m3，使被保護的2#、3#煤層殘余瓦斯含量分別降到3.63 m3/t和3.14m3/t，抽采率分別提高到65.8%和66.3%，達到了煤礦瓦斯抽采指標要求。有效保護了層間距為70m～116m的煤層。3#煤層卸壓區域透氣性系數增大2046倍，堅固性系數由不足0.4增大至0.7左右，掘進巷道實現了留頂煤錨桿錨網支護。2#煤層得到有效保護，提高了煤炭資源回收率，為礦減少資源損失1400萬噸，礦井服務年限延長了6年。在被保護區域內3#煤層工作面開采時，瓦斯涌出量小于10m3/min，工作面回風流瓦斯濃度最大僅為0.34%，瓦斯涌出量大幅下降。取消了頂板巷和尾巷抽放，降低了工作面回風量，減少了采空區漏風量。采空區窒息帶距工作面距離由過去50m縮小到30m，極大降低了采空區煤炭自然發火危險性。建立了單井抽采卸壓瓦斯數學模型，計算出了被保護層卸壓瓦斯抽采量占鉆井瓦斯抽采總量的比例。研制出了新型瓦斯流量測定裝置，為準確監測瓦斯流量，分析瓦斯參數提供了可靠保障，并獲得國家實用新型知識產權專利。
二是攻克地面鉆井剪切破斷技術難題。
烏蘭煤礦以往采取地面鉆井進行抽采，但隨工作面推進，受采動影響煤巖體應力發生變化，容易將地面鉆井剪切破斷，從而影響抽采效果，需要輔以井下巷道、穿層鉆孔進行抽采。為攻克這一技術難題，烏蘭煤礦通過研究采動后上覆巖層移動規律，設計了從地面至井底的表層段、巖層段和卸壓抽采段，具有防止剪切破斷的新型地面鉆井井身結構。大膽改進地面鉆井穿煤層篩管，增加了抽采管撓度，增強了篩管抗壓和抗剪強度，并獲得國家實用新型知識產權專利。通過采取以上技術，有效防止了地面鉆井剪切破斷，煤層大量卸壓瓦斯被地面鉆井抽出，取得了與其他礦井采用井下巷道抽采、穿層鉆孔聯合抽采相同的良好效果, 不用再施工2#、3#煤層底板瓦斯治理巷，減少了生產環節，節省了資金,提高了安全系數。
《高瓦斯突出煤層群保護層開采與地面鉆井抽采卸壓瓦斯關鍵技術》項目研究成果，為我國西部礦區淺埋藏、煤層群開采條件下的高瓦斯及突出礦井瓦斯治理積累了寶貴經驗，并在集團公司汝箕溝煤礦、白芨溝煤礦等多個礦井進行推廣應用，取得了顯著的經濟與社會效益。2011年，該項目榮獲中國煤炭工業科學技術一等獎、寧夏回族自治區科學技術進步一等獎、國家科學技術進步二等獎。
三是實施瓦斯賦存規律及突出綜合防治技術。
針對7#、8#煤層層間距太小，局部地點基本合層，采掘時極易發生煤與瓦斯突出的實際，烏蘭煤礦實施了瓦斯賦存規律及突出綜合防治技術項目，采用穿層、順層不同的鉆孔布置方式，預抽煤層瓦斯，降低了煤層最大殘余瓦斯壓力、最大殘余瓦斯含量，消除了區域煤層突出危險性。采用高位鉆孔、上隅角埋管、地面鉆孔抽采采空區卸壓瓦斯等方式，徹底消除了回采工作面瓦斯超限現象。通過施工煤層底板瓦斯治理巷、密集穿層網格鉆孔，實時監測煤層瓦斯壓力、煤層瓦斯含量和鉆孔流量變化等情況，形成了網格狀超前條帶預抽，消除了過去掘進工作面在耳巷鉆場施工邊掘邊抽鉆孔，短兵相接的走鋼絲危險模式。
三、以用促抽，實現瓦斯抽采與利用最大化
瓦斯抽采最大化是瓦斯治理的最有效手段和根本途徑，烏蘭煤礦始終認為“只有打不到位的鉆孔，沒有抽不出的瓦斯”。面對煤層瓦斯預抽效果差、瓦斯抽采系統能力不足等現狀，通過設備升級更新、系統擴能改造等多項措施，極大的提高了瓦斯抽采效果。
一是大力引進先進設備，提高鉆孔施工質量。
選用了國內先進、適合礦井地質條件的大功率、大扭矩強力鉆機，使鉆孔孔徑由 75mm擴大到113mm，孔深由80m延長到300m以上，孔壁暴露面積增加2.2倍，徹底解決了小功率鉆機無法施工長孔和扭矩小易夾鉆等問題。引進直徑100mm螺旋鉆桿代替原普通圓鉆桿打鉆排渣，鉆屑排出量提高了40倍，有效釋放了瓦斯，消除了地應力，提高了掘進效率。將原水力排渣改為風水結合排渣，減少了鉆孔施工時的塌孔、夾鉆現象。先后對抽采系統進行了兩次擴能改造，達到了高負壓、大流量、強力抽，實現了大能力抽放泵、大直徑抽采管、大鉆機、大鉆孔“四大”抽采目標。發明了機械封孔泵，將手動封孔改為機械封孔, 鉆孔單孔抽采濃度由10%提高到30%以上，大大提高了鉆孔施工效率、封孔質量和抽采效果。2011年，該項發明獲得國家專利授權，并在集團公司多個礦井推廣使用。
二是不斷改進技術工藝，提高瓦斯治理效果。
對“防突鉆機改造及應用工程”進行了立項研究，研制出了全國首臺孔徑達到200mm連續螺旋鉆桿的專用防突鉆機，使用后該鉆機在工作面打2個孔相當于過去打7個孔的瓦斯排放效果，充分發揮了防突鉆機和螺旋鉆桿的最大效用。實施了高位鉆孔抽采和采煤工作面上隅角埋管抽采技術，徹底消除了尾巷排放和上隅角抽排風機引排瓦斯的安全隱患，減小了采掘工作面風排瓦斯量，礦井配風量由16453m3/min降低到13315m3/min，負壓由2353Pa降低到1520Pa，提高了礦井安全生產能力。
三是綜合利用變害為寶，提供了綠色能源。
按照“以抽保用、以用促抽”的工作思路，建立了瓦斯發電廠，安裝了16臺燃氣發電機組，將礦井抽出的瓦斯直接輸送到瓦斯發電廠發電，瓦斯得到有效利用，減少了對空排放和資源浪費，實現了被動向主動抽采瓦斯的根本轉變。2011年，瓦斯利用量達到2026萬m3，發電量4031萬度（相當于每年燃燒14.2萬噸煤炭發出的電量），減少碳排放25.66萬噸（相當于3269棵大樹吸收的二氧化碳量），發電效益達1983萬元，取得了良好的經濟效益。
總之(zhi)，經過多(duo)年艱(jian)辛的(de)探(tan)索與實踐，烏蘭煤礦在(zai)瓦(wa)斯(si)(si)防(fang)(fang)治(zhi)(zhi)方面(mian)取得了顯著成(cheng)效(xiao)，我們深(shen)(shen)深(shen)(shen)體(ti)會到：抓好瓦(wa)斯(si)(si)治(zhi)(zhi)理(li)工作是(shi)實現礦井(jing)安(an)全發展的(de)根(gen)本(ben)保障。必須(xu)深(shen)(shen)刻認識瓦(wa)斯(si)(si)治(zhi)(zhi)理(li)任(ren)務(wu)的(de)長(chang)期性(xing)、復雜性(xing)、艱(jian)巨性(xing)，進(jin)一(yi)(yi)步增強(qiang)責(ze)任(ren)感和(he)緊迫感，全力以赴抓好瓦(wa)斯(si)(si)治(zhi)(zhi)理(li)工作；確保措(cuo)施(shi)(shi)落實到位(wei)是(shi)瓦(wa)斯(si)(si)治(zhi)(zhi)理(li)取得成(cheng)效(xiao)的(de)關鍵所(suo)在(zai)。必須(xu)堅定不移地執行(xing)綜合治(zhi)(zhi)理(li)瓦(wa)斯(si)(si)措(cuo)施(shi)(shi)，在(zai)打(da)鉆(zhan)效(xiao)果、封孔(kong)質量和(he)抽采(cai)力度(du)上要(yao)不打(da)折扣，在(zai)“四(si)位(wei)一(yi)(yi)體(ti)”防(fang)(fang)突(tu)措(cuo)施(shi)(shi)落實上要(yao)一(yi)(yi)以貫(guan)之(zhi)，堅決(jue)做到“不采(cai)突(tu)出面(mian)、不掘(jue)突(tu)出頭”；加強(qiang)科技攻關是(shi)實現瓦(wa)斯(si)(si)可防(fang)(fang)可控(kong)的(de)必要(yao)手段。必須(xu)緊緊依靠(kao)科技提高礦井(jing)瓦(wa)斯(si)(si)治(zhi)(zhi)理(li)水平，加大與科研院校合作力度(du)，積(ji)極探(tan)索瓦(wa)斯(si)(si)防(fang)(fang)治(zhi)(zhi)的(de)新(xin)(xin)途徑(jing)和(he)新(xin)(xin)技術，有效(xiao)解(jie)決(jue)瓦(wa)斯(si)(si)治(zhi)(zhi)理(li)中(zhong)的(de)難點問(wen)題(ti)，為安(an)全生產保駕護(hu)航。