谷小敏　楊　勇

(1.煤炭科學(xué)技術(shù)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(xué)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(xué)技術(shù)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(xué)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(fù)雜，與瓦斯地質(zhì)因素及工程因素密切相關(guān)，目前瓦斯超限治理方面存在致災(zāi)機(jī)理認(rèn)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(jié)合”瓦斯治理措施，加強(qiáng)通風(fēng)管理保障體系建設(shè)，構(gòu)建完善的瓦斯治理技術(shù)體系，運(yùn)行高瓦斯礦井零超限治理風(fēng)險預(yù)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(biāo)，保證了煤礦的安全生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞高瓦斯礦井瓦斯零超限瓦斯治理礦井通風(fēng)

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(zāi)害預(yù)防方面采取了一系列的舉措，但煤礦瓦斯防治形勢依然嚴(yán)峻，全國范圍內(nèi)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(qiáng)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(jié)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(biāo)，風(fēng)險預(yù)控管理、精細(xì)化管理為基礎(chǔ)，瓦斯超限預(yù)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(biāo)準(zhǔn)化、精細(xì)化、信息化為導(dǎo)向，“持續(xù)改進(jìn)”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(fēng)險預(yù)控管理體系，通過運(yùn)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(biāo)。

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(zhǔn)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(wù)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(zāi)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(jìn)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(yù)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(jìn)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(jìn)工作面。

(4)從超限原因來看，掘進(jìn)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(jìn)工作面鉆孔期間，防止“噴孔”、頂板破碎響煤炮、空頂流煤的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，采取有效措施保證監(jiān)控系統(tǒng)可靠運(yùn)行、減少停風(fēng)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(fēng)井的一座抽放泵房和正在建設(shè)的塔里風(fēng)井，抽采方法為工作面本煤層平行鉆孔預(yù)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(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性差，風(fēng)量控制困難。礦井采用分區(qū)通風(fēng)方式，機(jī)械抽出式通風(fēng)方法。礦井需風(fēng)量較大，角聯(lián)風(fēng)路多，風(fēng)量調(diào)節(jié)困難，有時造成部分地點風(fēng)流不穩(wěn)定。另外，由于風(fēng)量調(diào)節(jié)采用人工估算試驗式調(diào)節(jié)，經(jīng)常造成局部通風(fēng)設(shè)施設(shè)置不合理，達(dá)不到理想的調(diào)風(fēng)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(fēng)、瓦斯、設(shè)備開停等參數(shù)及狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)測。但是對于通風(fēng)節(jié)點壓力、風(fēng)量、風(fēng)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(wù)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(fēng)機(jī)風(fēng)筒脫節(jié)、損壞或大量漏風(fēng)造成工作面無風(fēng)或風(fēng)量不足；施工瓦斯抽放鉆孔時發(fā)生“噴孔”，瓦斯短時間內(nèi)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(dǎo)致瓦斯超限。

4瓦斯超限治理措施

4.1“一超前三結(jié)合”瓦斯治理措施全面落實

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

4.1.1區(qū)域性大面積超前抽

在預(yù)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(yù)抽巷提前施工鉆場，利用千米定向鉆機(jī)在鉆場內(nèi)施工長鉆孔，對未采、未掘區(qū)域?qū)嵤﹨^(qū)域預(yù)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(yù)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(jié)合密集抽

在生產(chǎn)區(qū)，對于3 a內(nèi)回采區(qū)域采用工作面順層密集鉆孔抽采，在工作面運(yùn)輸順槽、回風(fēng)順槽掘進(jìn)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(dá)標(biāo)的要求。根據(jù)抽采達(dá)標(biāo)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(jìn)行本煤層瓦斯預(yù)抽，工作面開采時進(jìn)行邊采邊抽。

4.1.3采空區(qū)尾部插管和高位鉆孔結(jié)合抽

對于采空區(qū)，采用尾部插管和高位鉆孔結(jié)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(fēng)系統(tǒng)的工作面，在外U巷內(nèi)每隔一定距離向回風(fēng)巷施工一條聯(lián)絡(luò)巷，工作面未回采時在外U巷內(nèi)插入抽采管，當(dāng)工作面回采推進(jìn)過聯(lián)絡(luò)巷后，密閉聯(lián)絡(luò)巷，連接抽采管路，抽采采空區(qū)瓦斯。另外，結(jié)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(fēng)順槽內(nèi)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(jìn)工作面長短鉆孔結(jié)合抽

掘進(jìn)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(jìn)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(cè)瓦斯向掘進(jìn)巷道涌出。二是在掘進(jìn)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(jié)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(fēng)管理保障體系加強(qiáng)建設(shè)

(1)礦井采用分區(qū)通風(fēng)方式，機(jī)械抽出式通風(fēng)方法，掘進(jìn)工作面配備對旋式系列局部通風(fēng)機(jī)進(jìn)行壓入式通風(fēng)，局部通風(fēng)機(jī)全部實現(xiàn)“三專兩閉鎖”和“雙風(fēng)機(jī)雙電源自動切換”，硐室及其他運(yùn)輸、行人巷道均實行獨立通風(fēng)。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(fēng)系統(tǒng)，消除不合理用風(fēng)現(xiàn)象，同時強(qiáng)化局部通風(fēng)管理，杜絕無計劃停電、停風(fēng)現(xiàn)象，使系統(tǒng)始終處在科學(xué)、合理的運(yùn)行狀態(tài)，建立穩(wěn)定可靠的通風(fēng)系統(tǒng)，確保風(fēng)量充足、設(shè)施可靠、調(diào)控合理、系統(tǒng)穩(wěn)定。

(2)通過建設(shè)礦井通風(fēng)智能決策與控制系統(tǒng)，強(qiáng)化通風(fēng)系統(tǒng)管理，提高礦井風(fēng)流參數(shù)的監(jiān)測能力，并增加可靠的風(fēng)流控制系統(tǒng)，保證礦井風(fēng)流穩(wěn)定性和風(fēng)流合理分配的調(diào)控性。在地面實時監(jiān)測顯示井下巷道的風(fēng)流狀態(tài)，動態(tài)分析通風(fēng)系統(tǒng)的安全性，當(dāng)瓦斯?jié)舛冗_(dá)到0.6%時，系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)警；當(dāng)瓦斯?jié)舛冗_(dá)到0.8%時，系統(tǒng)報警并智能分析決策調(diào)控方案。井下控風(fēng)設(shè)施實現(xiàn)了自動測風(fēng)和地面遠(yuǎn)程調(diào)控，風(fēng)量調(diào)節(jié)準(zhǔn)確率達(dá)90%以上，有效防止瓦斯超限。

(3)充分認(rèn)識礦井通風(fēng)是煤礦安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)，制定礦井通風(fēng)系統(tǒng)與風(fēng)量管理、礦井局部通風(fēng)管理、礦井通風(fēng)設(shè)施管理、礦井瓦斯監(jiān)測監(jiān)控管理、礦井通風(fēng)巷道維修管理、礦井盲巷管理、礦井通風(fēng)技術(shù)資料管理等標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求，定時測風(fēng)，按規(guī)定檢測瓦斯，把好礦井通風(fēng)能力關(guān)，“以風(fēng)定產(chǎn)，以風(fēng)定面”，防止盲目超通風(fēng)能力生產(chǎn)，嚴(yán)禁無風(fēng)、微風(fēng)、循環(huán)風(fēng)和不符合規(guī)定的串聯(lián)風(fēng)及瓦斯超限作業(yè)。加強(qiáng)通風(fēng)設(shè)施的管理和維護(hù)，保證礦井通風(fēng)系統(tǒng)合理、可靠，井下實現(xiàn)分區(qū)通風(fēng)，保證采、掘工作面及硐室等各用風(fēng)地點的風(fēng)流穩(wěn)定，風(fēng)量充足。

4.3“瓦斯治理，工程先行”原則嚴(yán)格執(zhí)行

2011—2012年，改造礦井通風(fēng)系統(tǒng)，新建了塔里風(fēng)井，實現(xiàn)了礦井分區(qū)通風(fēng)；2012—2014年，系統(tǒng)實施了瓦斯零超限示范工程，通過建設(shè)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(shè)工作面強(qiáng)化預(yù)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(shù)的補(bǔ)充；2012—2014年，王坡礦施工瓦斯抽放鉆孔6 737個，鉆進(jìn)進(jìn)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(shù)體系構(gòu)建

經(jīng)過不斷探索、實踐、總結(jié)，王坡煤礦構(gòu)建了完善的瓦斯治理技術(shù)體系，建立了井上下立體瓦斯抽采系統(tǒng)，創(chuàng)新了通風(fēng)設(shè)施智能調(diào)節(jié)及遠(yuǎn)程控制技術(shù)、瓦斯超限預(yù)警技術(shù)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(fēng)險預(yù)控管理體系運(yùn)行

經(jīng)過不斷探索、實踐，積極創(chuàng)新管理，強(qiáng)力推行風(fēng)險預(yù)控管理、精細(xì)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(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化動態(tài)達(dá)標(biāo)考核制度，全面提高瓦斯管理水平，逐步構(gòu)建安全、高效、節(jié)能、環(huán)保的現(xiàn)代化礦井。

5結(jié)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(jié)合”瓦斯抽采體系，形成了“以抽采為核心，通風(fēng)為基礎(chǔ)，超限預(yù)警為手段，風(fēng)險預(yù)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(jìn)行瓦斯治理的探索和實踐以來，瓦斯鉆孔量及鉆進(jìn)總進(jìn)尺、單孔鉆進(jìn)進(jìn)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(biāo)，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(yù)防和避免的，高瓦斯礦井的瓦斯零超限目標(biāo)是完全可以實現(xiàn)的。

參考文獻(xiàn)

[1]張國樞，譚允禎，陳開巖，等.通風(fēng)安全學(xué)[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2007.

[2]孫慶剛.中國煤礦瓦斯災(zāi)害現(xiàn)狀與防治對策研究[J].中國煤炭，2014，40(3)：116-119.

[3]郭魏虎，王峰，高飛.高瓦斯礦井瓦斯零超限管理實踐[J].煤礦安全，2014，45(9)：133-136.

[4]劉琪.淺析煤礦瓦斯危害及綜合治理措施[J].能源與節(jié)能，2013(4)：126-128.

[5]原晉蓮.高瓦斯礦井瓦斯綜合治理管理評價和探討[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2015(11)：196-197，215.

[6]孫繼平.煤礦監(jiān)控關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題[J].神華科技，2009，7(3)：3-5.

[7]周心權(quán)，陳國新.煤礦重大瓦斯爆炸事故致因的概率分析及啟示[J].煤炭學(xué)報，2008，33(1)：42-46.

[8]景國勛.2008—2013年我國煤礦瓦斯事故規(guī)律分析[J].安全與環(huán)境學(xué)報，2014，14(5)：353-356.

[9]李潤求，施式亮，念其鋒，等.近10年我國煤礦瓦斯災(zāi)害事故規(guī)律研究[J].中國安全科學(xué)學(xué)報，2011，21(9)：143-151.

(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(shè)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。