攻克“三软”防治瓦斯关

矿工入井前在检查随身携带的自救器 余茂君摄

技术人员正在检查主变电站运行状况

　　河南省郑州煤炭工业(集团)有限责任公司(以下简称“郑煤集团”)所采煤层为豫西“三软”不稳定煤层。“三软”得名于其煤软、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;受滑动构造影响，煤层为全层构造煤(糜棱煤)，煤层致密，透气性极差。国家发展改革委员会制定的瓦斯抽采利用方案，曾将郑煤矿区所属三大煤田(荥巩、登封、新密)列为我国34个单一煤层严重突出矿区之首，称其为“国内煤与瓦斯突出最危险的矿区”。

　　作为“三软”煤层开采的主体，郑煤集团所属矿井煤与瓦斯突出灾害威胁严重。1996年以来，郑煤集团所属矿井共发生煤与瓦斯突出64次，平均每年约发生5起煤与瓦斯突出事故;2004年10月20日22时09分，发生在郑煤集团大平矿21岩石下山掘进工作面的特大型煤与瓦斯突出事故，突出煤岩量为1894t，突出瓦斯量约25万m³，由此引发的特别重大瓦斯爆炸事故，造成148人死亡。

　　随着开采深度的增加，郑煤集团大平矿、超化矿、告成矿和裴沟矿等多数主力矿井现已升级为煤与瓦斯突出矿井。煤与瓦斯突出灾害更趋严重。

　　由此，近年来郑煤集团将“三软”治理作为瓦斯防治的基点，从制定企业标准规范作业行为，打造煤矿瓦斯防治导航系统，强化瓦斯防治评价与监控等方面，推进了瓦斯综合治理。

制定企业标准 规范作业行为

　　2005年，国家安全生产监督管理总局组织实施了“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”课题。郑煤集团充分利用这一机会，联合了中国矿业大学、河南理工大学等单位，针对豫西“三软”不稳定突出煤层煤与瓦斯突出防治技术难题，进行了较大规模的协同攻关、集成创新和技术开发。

　　集团与中国矿业大学合作，在大平矿16071工作面进行了密集钻孔抽采技术及消突评价方法研究。该工作面走向长480m，平均倾向长105m，密集钻孔抽采后，工作面预抽率达到32.3%，实现了安全回采。该技术方法后来先后在告成矿21021工作面、超化矿22081工作面示范应用，使其工作面预抽率分别达到31.3%和35.6%。研究应用证明，当突出危险区煤层顺层钻孔工程量不低于0.1m/t、区域内煤层的瓦斯含量降到7m³/t以下时，密集钻孔抽采的防突效果是安全可靠的。集团以此为基础，提出了《“三软”突出煤层顺层钻孔区域性消除突出危险性技术标准》，该标准现已在10个工作面应用，实现了安全回采。

　　集团与河南理工大学合作，在大平矿16121、告成矿21021、超化矿22081工作面的上下副巷，进行了“三软”突出煤层突出敏感指标、临界值研究。通过对综合指标的测定、比对、分析研究，集团发现钻屑量S值、钻孔瓦斯涌出初速度q值为“三软”突出煤层突出敏感指标，经过进一步验证，提出了《“三软”突出煤层掘进工作面突出危险性预测(效果检验)技术标准》。目前，这些矿井突出危险区煤巷掘进均采用该标准预测、校检，实现了安全掘进。

　　针对“三软”煤层破坏程度高、瓦斯放散速度快、瓦斯压力低的特点，以及转子流量计存在浮子跳动剧烈、读数不稳的情况，集团专门研制开发了节流式瞬时流量计——WY-Ⅰ型钻孔瓦斯涌出初速度q值测定仪。该仪器具有喷嘴转换迅速、指针稳定、读数准确等优点，于2006年4月获得煤矿安全标志，并通过了河南省计量研究院的认证。

　　集团还与河南理工大学瓦斯研究所合作，在进行瓦斯地质研究和收集分析新密煤田及本区各生产矿井瓦斯数据的基础上，提出了新密煤田瓦斯地质规律研究报告，编绘了新密煤田瓦斯地质图，提出了大平煤矿、告成煤矿、超化煤矿、裴沟煤矿4对突出矿井瓦斯地质规律研究报告和瓦斯地质图。该地质图随采掘生产进展多参数测定验证分析，及时修编，服务于矿井的安全生产管理。

　　在此基础上，集团根据矿区、矿井瓦斯地质图和突出危险区域探测及消突技术措施执行情况，提出了采掘工作面瓦斯地质评价及编图方法，并先后在大平矿16071、告成矿21021、超化矿21091等回采工作面进行瓦斯地质编图示范应用。进而提出了“三软”煤层突出区域预测瓦斯地质方法和《“三软”突出煤层采掘工作面瓦斯地质图技术标准》。目前，瓦斯地质图已成为集团公司瓦斯防治和生产矿井高突区采掘生产管理与指挥的必备武器。

　　3项技术标准的使用，使矿井突出危险区采掘布置设计、工艺方法控制、监督等技术依据充分，管理规范有序。

建煤矿瓦斯防治导航系统

　　防治瓦斯是一项极其繁杂的系统工程，必须借助高新技术手段的信息化工具来加强矿井通风与瓦斯的防治管理。郑煤集团提出的煤矿瓦斯防治信息集成与安全导航技术，是基于矿井和矿区环境监测与生产监控系统、计算机网络系统、地理信息系统(WebGIS)以及煤矿安全生产管理的理论和技术方法，在矿井通风、瓦斯地质等数字化技术的基础上，进行全方位集成整合和再开发，纳入对矿井瓦斯灾害危险源的辨识、预警和监控体系，实现以数字化手段对煤矿生产全过程的预测、预报、预警和预防，使之成为煤矿安全生产的必备手段，构建起技术先进、高效、可靠的矿井瓦斯灾害辨识预警监控数字化安全导航系统。直观地说，煤矿瓦斯防治信息集成与安全导航系统，就是将煤矿测量空间信息、采掘工程信息、瓦斯地质信息、通风系统及日常管理信息、以及生产与环境实时状态参数等，集成、叠加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情况施行实时动态分析诊断、监控管理，通过“人—机”互动，实现井下采掘作业时对瓦斯的预测、预报、预警、预防导航功能(见图1)。

图1 矿井瓦斯防治导航系统原理图

　　该系统自2006年6月1日在郑煤集团米村、大平、超化、告成、裴沟、芦沟6对矿井安装应用，并与集团本部总调度室以及采、掘、机、运、通、地质测量、技术中心等相关职能部门联网运行后，在安全生产管理中发挥了重要作用。主要表现在矿井监控数据直观可视，满足了安全调度分析、判断、指挥的需要;具备采掘作业安全隐患辨识评价与导航、通风系统设施安全管理监控、瓦斯管理等功能。

　　目前，煤矿瓦斯防治导航系统已经在郑煤集团推广应用，成为集团安全管理必备的、现代化的手段。

强化瓦斯防治评价与监控

　　在总结多年来防治瓦斯经验教训的基础上，集团提出了“瓦斯防治管理评价技术”，并建立了相应的制度。实行瓦斯防治评价制度的目的，是为了努力实现瓦斯灾害超前防范，保障特殊区域和特殊作业环节的责任落实、研究成果的推广及正确使用、技术标准的贯彻执行、安全隐患的治理与排除。

　　2005年，集团公司编制印发了《郑煤集团公司生产矿井采掘工作面瓦斯、水害防治评价管理办法》及补充规定，要求对所有的采掘工作面逐月评价，新开工的采掘工作面先评价后施工。

　　具体实施中，实行矿和集团公司分级管理，采取强化组织管理和规范责任体系的运作方式，每月由矿总工程师牵头，各业务部门指定专人收集整理资料，逐头逐面分析采掘工作面本月回采范围内前方煤层赋存、地质构造、瓦斯地质等方面的基础参数和基本情况，辨识出瓦斯灾害的严重程度。同时，结合工作面通风、监测、防尘、抽放、供电系统等各安全生产环节和相关系统运行状况，确定工作面推进范围，并制定相应的安全技术措施。评价结果报集团公司有关业务部门再评价和审核，未通过评价和审核的采掘工作面一律不准采掘。

　　评价实行主任工程师负责制，评价过程中明确每个评价人员审核的内容及责任，评价人员按评价内容及标准严格审核，参加评价的部门主任工程师要将本部门评价监控重点，统计汇总列出明细表并交部门负责人，由部门负责人分解落实到每个监控人员。评价监控由部长(主任)负责组织，本部门煤矿主体专业工程技术人员参加，并实行瓦斯评价监控风险抵押金制度，所有参与瓦斯评价、监控的人员，都要承担相应的责任，以促进评价内容的认真严谨和客观准确。

　　2009年以来，为了进一步强化瓦斯评价工作，做到隐患超前辨识、瓦斯灾害超前防范，建立瓦斯治理保障机制，确保矿井安全生产，集团公司对评价范围和方法、评价组织、评价监控管理、评价考核奖惩等进行了再规范和再明确。实践证明，由于采掘工作面瓦斯评价及时可靠，客观公正，收到了良好的评价效果，有效地预防了瓦斯事故。

　　几年来，通过对“三软”突出煤层瓦斯防治的不断探索创新，不仅使得集团公司煤炭产量连续3年稳定在1000万t以上，而且使集团公司树立了治理瓦斯、降服瓦斯的决心和信心，掌握了治理瓦斯、消突防突的知识和技能，为集团公司的安全生产奠定了坚实的基础。

编辑 余茂君