瓦斯治理 山重水复

自2005年2月23日温家宝总理主持召开国务院第81次常务会议，研究部署瓦斯治理7条措施以来，由国家发改委、国家安全监管总局、煤监局、科技部4部委联合举办的瓦斯治理现场会已召开了两次。2005年，安徽淮南“全国煤矿瓦斯防治工作现场会”推广了淮南瓦斯治理20种理念、50条经验和50项技术；2006年，山西晋城“全国煤矿瓦斯治理和利用工作现场会”强调，要继续推进瓦斯治理，并且要大力发展、推广瓦斯开发利用。如今，3年已过，我国煤矿企业在瓦斯治理方面又开展了哪些工作，取得了哪些经验，尚存在哪些问题？5月20～21日，国家安全监管总局在京召开“部分地区和煤矿企业瓦斯治理工作座谈会”，来自山西等6省的煤矿安全监察机构和行业部门管理负责人，以及淮南、平顶山等13家煤矿企业的技术负责人，从不同角度介绍了近年来他们开展瓦斯治理工作及监管的一些有效方法，提出了瓦斯治理中存在的一些困难和强化瓦斯治理的建议。通过他们的介绍，记者发现不同煤矿企业瓦斯治理工作各有侧重，经验各有千秋。为此，记者特意摘取了他们在瓦斯治理上较有特色的经验做法，以供深受瓦斯灾害之苦的煤矿企业相互参考、取长补短。

山西煤监局 多措并举
山西省是我国重要的产煤基地，也是我国煤矿瓦斯灾害的重灾区之一。山西省现有煤与瓦斯突出矿井16座，高瓦斯矿井315座，低瓦斯矿井2475座。近年来，山西省从安全管理、安全投入、监测监控、技术创新等方面，持续推进了瓦斯治理工作。
山西省始终把瓦斯防治作为监管工作的重中之重：实施“定期、专项、重点”三项监察，严把“现场监察、许可证发放、安全审批、联合执法”四道关口，落实“政策机制、通风系统、抽放系统、监控系统、机电设备、人员培训”6项内容，做到了瓦斯防治与“隐患排查、安全许可、安全审批、服务煤矿、联合执法”5项工作结合，确保“责任、程序、处罚、廉政、隐患排查治理”5个到位。
全省煤矿企业按照有关要求和标准，足额提取了安全费用，专户专储、专款专用，确保了瓦斯治理资金到位。省属重点煤矿企业2007年提取安全费用61亿元，部分煤矿如晋煤集团还将安全费用由原来的每吨15元提高到50元。
全省高瓦斯矿井监测监控系统全部实现了“省、市、县、矿”四级联网，实现了数据远程采集和远程控制，提高了预防瓦斯事故的预警能力。
全省强力推进了壁式采煤方法的改革，取消了残采，使矿井形成了正规的通风系统，提高了煤矿瓦斯综合防治水平和抗灾能力。建立了完善的瓦斯抽放系统，推行了“采前预抽、边掘边抽、采空区抽放”等措施，开展了本煤层抽放、上邻近层抽放、异常涌出区抽放，部分高瓦斯矿井还采用了双系统抽采。
通过抽放，提前释放了瓦斯应力，有效地降低了煤体吸附和游离瓦斯含量，解决了通风难以解决的瓦斯超限问题。以山西亚美大宁能源有限公司的亚美大宁煤矿为代表的“先采气、后采煤”的工程项目，已被纳入国家发改委煤炭工业“十一五”规划，将在全国推广应用。以阳煤集团的“密钻孔、大孔径、高抽巷、大管路、邻近层和本煤层分源独立抽采系统”的抽放模式，以及柳林县的“大功率、高负压、大管径”的抽采系统和“多打孔、综合抽”的抽采工艺，均属自主创新，对完善抽采方法起到了积极作用。

平煤集团 按需投入
平顶山煤业(集团)有限责任公司(简称“平煤集团”)是国内品种最全的炼焦煤和电煤生产基地，被誉为“中原煤仓”。平煤集团31对矿井中，煤与瓦斯突出矿井有12对、高瓦斯矿井2对。矿区煤层赋存条件复杂，瓦斯灾害严重，历史上曾发生过4起重特大瓦斯爆炸事故、151次煤与瓦斯突出事故，其中强度最大的一次瓦斯突出突出煤量2000t、瓦斯量4万m3。
为了治理瓦斯灾害，平煤集团提出：瓦斯治理工程不受资金限制，保证按需投入。2002-2007年，平煤集团累计投入安全生产专项资金43.5亿元，2008年预计投入10亿元以上。在专项资金保障下，近两年来，平煤集团新建风井28个，安装改造通风机26组52台；新掘专用回风巷28条，维修主要回风巷200余条10万余m，高瓦斯、煤与瓦斯突出采区全部实现专回专用；新建瓦斯抽采系统16个，现已建成43座抽放泵站，其中5座地面站，38座井下站；安装抽放泵104台，抽放主管路近10万m，装备规模水平已达8000万～1亿m3/a。这些硬件建设为实现瓦斯综合抽放打下了坚实基础。同时，平煤集团80%的科研经费也用于瓦斯综合治理研究，并由此总结形成了开采层预抽、采空区抽放、高位钻孔抽放、煤层顶(底)板抽放等5大类14种瓦斯抽放方法。瓦斯抽放量逐年提高，由2002年的2500万m3上升为2007年7310万m3，几乎翻了3倍；抽放率由2002年的17.4%提高到2007年的32.5%，采掘工作面瓦斯超限次数减少50%，极大地消除了瓦斯危害。

阳煤集团 抽采邻近层
阳泉煤业(集团)有限责任公司(简称“阳煤集团”)是我国最大的无烟煤生产基地，也是瓦斯灾害严重的矿区之一。阳煤集团10对生产矿井中6对属于高瓦斯矿井，4对瓦斯突出。阳煤集团煤与瓦斯突出频繁，建企以来瓦斯突出累计6672次。2007年全公司瓦斯绝对涌出量7.7亿m3，相当于每开采1t煤就有23m3瓦斯涌出。并且，阳煤集团煤层自燃发火严重，近10年来先后有8个工作面因自燃发火而封闭。
在瓦斯治理中，阳煤集团发现邻近层瓦斯涌出是工作面瓦斯的主要来源，占到涌出瓦斯的81.5%，本煤层只占18.5%。为此，集团对症展开了大规模的试验研究和探索，打造了具有阳煤特色的以抽采邻近层瓦斯为主，配合通风解决本煤层和采空区瓦斯的综合治理方式，逐步形成了“密钻孔、大孔径、高抽巷、大管路、邻近层和本煤层分源独立抽采系统”的抽放模式，形成了顶板走向高抽巷和顶板倾斜高抽巷抽采邻近层瓦斯技术，以及伪倾斜后高抽巷抽采初采期间瓦斯等8种邻近层、4种本煤层的瓦斯抽采技术，使钻孔抽采上邻近层瓦斯抽采率达到60%以上，高抽巷道抽采上邻近层瓦斯抽采率达到80%以上。为了保证工作面的安全开采，阳煤集团除了采用走向高抽巷和初采期伪倾斜后高抽巷抽采邻近层瓦斯技术外，还利用“U+I”型通风方式，布置内错尾巷，治理回风落山脚瓦斯，形成了综放面全方位的瓦斯综合治理体系，有效解决了高瓦斯易燃难抽煤层综放开采的关键技术和重大难题，获得了国务院颁发的“国家科技进步二等奖”。

郑煤集团 “三软”斗争
提起郑州煤炭工业(集团)有限责任公司(简称“郑煤集团”)，就想起了大平矿难。2004年10月20日，郑煤集团大平矿发生特别重大瓦斯爆炸事故，导致148人遇难，事故原因就是特大型煤与瓦斯突出，突出煤岩量1894t、瓦斯量25万m3。
郑煤集团所采煤层为豫西普遍发育的“三软”煤层，“三软”得名于煤软、顶板软、底板软。“三软”煤层的煤呈粉末状，煤层硬度系数小于0.2，属极软煤层；煤层顶板为泥岩、炭质泥岩、页岩，松软易碎；煤层底板为泥岩、炭质泥岩，遇水膨胀。
郑煤集团的瓦斯治理由此被人形容为一场“三软”斗争，尤其是2005年由两部委组织实施了“十五”科技攻关项目——“豫西‘三软’不稳定突出煤层防突示范技术研究”。经过郑煤集团和相关院所科研人员近3年的系统攻关，课题规划的10个专项研究全部完成，同期还开发了3套豫西“三软”不稳定突出煤层防突消突专用仪表和技术装备。首先是推行应用了“三级”瓦斯地质图，该图随采掘生产进展，多参数测定验证分析，及时修编瓦斯实时数据，目前已成为郑煤集团瓦斯防治和高突区采掘生产管理的必备手段；其次是集成新技术，制定了“三软”突出煤层顺层钻孔区域、掘进工作面等预测、消突技术标准，3项技术标准的使用，规范了突出区布置设计、工艺控制、技术监督等；再次是打造了瓦斯防治导航系统，该系统将煤矿测量空间、采掘工程、瓦斯地质、通风系统及日常管理信息，生产与环境实时状态参数等，集成在数字化的采掘工程平面图上，以可视化的方式对采掘生产活动进展实时动态分析诊断、监控管理，通过“人-机”互动，实现对瓦斯的预测、预报、预警、预防。该系统目前已成为郑煤集团安全管理的现代化手段。

淮南煤矿 卸压开采
淮南矿业(集团)有限责任公司(简称“淮南煤矿”)煤矿生产具有两大特点：极松软煤层与低渗透率。淮南矿区是我国高瓦斯、低透气性煤层群、煤岩松软、地质条件特别复杂的典型矿区。淮南煤矿现有的10对生产矿井中1对属于高瓦斯矿井，9对瓦斯突出，4对基建矿井中高瓦斯和瓦斯突出各占2对，整个矿区估算瓦斯资源量有5928亿m3。矿区煤层瓦斯含量高(12～26m3/t)、埋藏深(-300～-1500m)、表土层厚(200～600m)、极松软(f=0.2～0.8)、瓦斯压力大(Pmax=6MPa)、透气性差(λ=0.0011m2/(MPa2.d)。
针对矿区煤层松软、透气性低这一特殊情况，淮南煤矿从采场布置和煤层群开采程序调整入手,进行了系统的卸压开采理论研究和工程实践，探索出了采场岩层移动规律、卸压瓦斯运移规律，探明了瓦斯富集区。并结合煤矿井上井下瓦斯抽采工程，由此研究并成功开发了“开采煤层顶底板卸压瓦斯抽采工程技术方法”“地面钻孔抽采卸压瓦斯技术”等适合淮南矿区实际的瓦斯治理新技术。通过开采卸压层并抽采卸压瓦斯，实现了上向卸压距离达150m、层间距50倍采高的上向被卸压煤层的透气性增加2000多倍；下向多重卸压距离达100m、下向被卸压煤层透气性增加近1000倍；抽采后煤体卸压收缩，煤层硬度还增大了近10倍。

晋煤集团 三级治理
山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司(简称“晋煤集团”)煤层赋存条件中本煤层瓦斯含量高，瓦斯生成和保存条件较好，丰度高，具有较好的可抽采性，煤层渗透率为0.1～5.0m2/(MPa2.d)，甲烷含量高，超过96%。得益于这些有利条件，晋煤集团的瓦斯治理突破了国内外已有理论框架和技术路线的束缚，创建了闻名全国的“三级瓦斯治理”“采煤采气一体化”等理念和方法。
“三级瓦斯治理”根据矿井瓦斯勘探情况和参数测定结果展开，对于瓦斯含量高于16m3/t(具有突出危险时除外)的开采煤层或区域，首先用5-8年实施地面钻井预抽煤层瓦斯，使瓦斯含量降到16m3/t以下；对于瓦斯含量在8～16m3/t的开采煤层或区域，根据煤层赋存特性，采用井下千米钻机等钻具，提前3-5年实施井下区域性递进式预抽采，基本解决瓦斯问题；对于瓦斯含量低于8m3/t的开采煤层或区域，继续采用边抽边采(掘)、采空区抽采、加强通风、监测监控等综合措施，治理采掘活动中涌出的瓦斯。采掘一体化则通过实施地面钻井、井下顺煤层长钻孔预抽、边采(掘)边抽、采空区抽采相结合的单一中厚煤层瓦斯综合治理模式，实现了煤炭与煤层气资源的合理开发、综合利用并驾齐驱及两类产业的健康发展。

同煤集团 上隅角治理
大同煤矿集团公司(简称“同煤集团”)43对生产矿井中有高瓦斯矿井7对、高管矿井2对，其余为低瓦斯矿井。多年以来，同煤集团各高瓦斯矿井和高瓦斯盘区在开采期间，都不同程度地出现回采工作面上隅角瓦斯积聚超限现象，特别是近年来随着综采放顶煤工艺的推广应用，高瓦斯矿井综放工作面上隅角瓦斯治理已成为困扰同煤集团安全生产的一大难题。
经过调研分析，同煤集团发现上隅角瓦斯超限主要有两个原因：一是瓦斯赋存量高，工作面瓦斯涌出量大，而同煤集团综合机械化开采程度接近100%。由于机械化一次采全高或放顶煤开采，使回采强度增大。在开采过程中，随着煤体破碎、冒落，大量瓦斯会同时解吸释放到工作面风流和采空区，导致工作面瓦斯浓度急剧增大；二是长期以来，同煤集团各矿回采工作面通风系统一直采用“U”型布置方式，工作面上隅角区域的风流极易形成涡流，造成附近瓦斯积聚并超限。
针对上隅角瓦斯超限产生的原因，同煤集团推广了“E”型通风方式，即沿煤层顶板布置1条内错顶回风巷，顶回风巷的回风口紧邻支架切顶线，在工作面尾部支架后上方形成一个负压场，由此改变了上隅角瓦斯风流的流动方向，使采空区瓦斯在上隅角附近形成通畅的瓦斯流动场，从而很容易地从顶回风巷排出。对于特厚煤层综放面上隅角瓦斯超限，同煤集团则采用“立管”“高位”“插管”等多种抽放方式相结合的抽放方法，使特厚煤层上隅角瓦斯超限问题得到有效解决。

铜川矿务局 综合抽放
铜川矿务局是全国45户重点监控煤矿企业之一，也是陕西煤业化工集团瓦斯灾害的重灾区之一。铜川矿务局辖8对生产矿井，东区5对属于低瓦斯矿井，北区3对为高瓦斯矿井。2004年陈家山“11·28”矿难就发生在北区，造成166人不幸罹难。
铜川矿务局瓦斯治理围绕“抽放为主、风排为辅”思路展开。在瓦斯抽放上，按照瓦斯来源和工作面的巷道布置情况，铜川矿务局采取了采前预抽、边掘边抽、采后卸压抽放、横川埋管、落山埋管抽放、高抽巷及走向高抽钻孔抽放等综合抽放方法，加强瓦斯抽放工作。为了提升抽放效果，铜川矿务局还积极改进了瓦斯抽放参数，加大了瓦斯预抽力度，进行了网格式钻孔和顺层交叉长钻孔预抽施工，钻孔施工量达到0.065m/t，采面采前预抽不少于6个月，通过预抽瓦斯，将本煤层瓦斯含量降到了6m3/t以下再进行回采。矿井瓦斯抽放率由此达到60%以上，采面抽放率达到80%以上，实现了《煤矿瓦斯抽采基本指标》的要求。

瓦斯治理 期待加力
根据国家安全监管总局的一组统计数据：2005年-2007年，我国煤矿瓦斯事故起数分别为414、327、272起，死亡人数分别为2171、1319、1084人，事故起数和死亡人数呈现双线下降。与之相对应的是瓦斯抽采量、利用率逐年提高：2006年，全国瓦斯抽采量达到26.14亿m3，利用量达到6.15亿m3，利用率为23.52%；2007年，全国瓦斯抽采量达到47.35亿m3，利用量达到14.46亿m3，利用率为30.54%。一些瓦斯灾害突出的地区抽采利用成绩比较突出，如2007年山西省瓦斯抽放量达到20.8亿m3，利用量达到5.6m3，走在全国前列。
瓦斯抽采也形成了采前抽采、采中抽采、采后抽采等方法，同时形成了特别针对我国煤层渗透率较低的煤层压裂、松动爆破、水力冲孔、水力扩孔、水力割缝、驱替(CO2)等预抽煤层瓦斯增透技术。瓦斯利用方式也呈现多样化，不仅可用于工业发电，还可用于汽车燃气和市政供热提供了燃料。目前，全国煤层气发电装机容量已达60万kW；晋城市、阜新市以煤层气作为燃料的汽车分别超过了2000辆和1000辆；重庆市煤矿瓦斯已实现向10万户居民供气。
煤矿瓦斯治理工作在全面展开的同时，实际上还存在着一些需要解决的问题。从全国总体情况看，煤矿瓦斯治理工作进展不平衡，部分地区治理工作还比较薄弱；瓦斯抽采利用方面，储量与抽采量、抽采量与利用量还不成比例。
综合分析，导致我国瓦斯治理工作进展不平衡的原因主要是不同煤矿企业瓦斯生成机理和赋存条件有差异，矿井安全生产基础强弱不等；再次是部分地区煤矿企业落实“先抽后采、监测监控、以风定产”瓦斯防治“十二字方针”力度不够，工作不实。导致我国煤矿瓦斯抽采利用率低的原因一方面是我国煤层渗透率较低，平均在0.002～16.17m2/(MPa2·d)，从而造成瓦斯抽放特别是预抽难度大，总体抽采效果欠佳；另一方面则是瓦斯抽采利用尚处于起步阶段，抽采利用技术水平低、抽放时间短、钻孔工程量不足、封孔质量差、抽放系统不匹配和管理不到位。
编辑 余茂君