摘要 闡述了瓦斯治理與利用技術(shù)的基本內(nèi)涵及其實(shí)施所取得的成效。實(shí)踐證明科學(xué)的瓦斯治理技術(shù)是煤礦控制瓦斯的核心，瓦斯治理工程是煤礦安全管理中的治本工程；瓦斯利用技術(shù)的實(shí)施是煤礦瓦斯抽放技術(shù)鏈的最佳延伸，既利用能源，又保護(hù)環(huán)境，還增加企業(yè)收入。實(shí)施瓦斯治理與利用技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)煤礦安全生產(chǎn)的保障，利國(guó)利民。關(guān)鍵詞 瓦斯治理，瓦斯利用技術(shù)，安全生產(chǎn)
1. 前言
瓦斯是與煤炭共同伴生的優(yōu)質(zhì)潔凈能源，主要成分是甲烷(CH4)，是一種寶貴的資源財(cái)富。原始狀態(tài)的瓦斯賦存于煤層或鄰近煤層的巖層中，質(zhì)量比空氣輕，具有一定的釋放壓力。在煤礦開采過(guò)程中，隨著煤巖層的移動(dòng)而釋放出來(lái)，極易引發(fā)瓦斯突出、爆炸、燃燒等惡性傷亡事故，是煤礦安全生產(chǎn)的大敵，時(shí)常引起重特大瓦斯事的發(fā)生。
多年來(lái)，鐵煤集團(tuán)公司始終堅(jiān)持瓦斯治理和利用技術(shù)的研究與應(yīng)用，經(jīng)過(guò)實(shí)踐，總形成了一整套符合鐵法礦區(qū)實(shí)際的治理瓦斯技術(shù)和安全管理理念。那就是全面貫徹“安全第一，預(yù)防為主”和“先抽后采、監(jiān)測(cè)監(jiān)控、以風(fēng)定產(chǎn)”的方針，不斷實(shí)施和創(chuàng)新瓦斯抽放技術(shù)，堅(jiān)持“管理、裝備、培訓(xùn)”并重的原則，嚴(yán)格落實(shí)“一通三防，責(zé)任制，加大安全投入，加大現(xiàn)場(chǎng)瓦斯治理力度，通過(guò)強(qiáng)化礦井質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化和職工技術(shù)培訓(xùn)，夯實(shí)安全基礎(chǔ)。在治理瓦斯方面取得了理想的效果。回收利用了大量的優(yōu)質(zhì)潔凈能源，提高了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，減少了對(duì)大氣的污染，保障了煤礦的安全生產(chǎn)。安全生產(chǎn)形勢(shì)逐年好轉(zhuǎn)，1991至2004年，連續(xù)多年杜絕了瓦斯、煤塵等重大惡性事故，百萬(wàn)噸死亡率控制在0.5以下。特別是2002年全年沒有發(fā)生亡人事故，實(shí)現(xiàn)了安全生產(chǎn)的最好水平。
2.鐵法礦區(qū)概況
鐵法煤業(yè)(集團(tuán))公司是由原鐵法礦務(wù)局改制而成。始建于1958年，現(xiàn)有8個(gè)生產(chǎn)礦井，核定生產(chǎn)能力為年產(chǎn)煤炭2199萬(wàn)t，2004年實(shí)際生產(chǎn)煤炭2162萬(wàn)t。集團(tuán)公司下屬有32個(gè)子公司和分公司，職工總數(shù)為4.5萬(wàn)人。鐵法礦區(qū)位于遼寧省的北部，距沈陽(yáng)市100 Km，礦區(qū)由鐵法、康平、康北3個(gè)煤田組成，煤種以長(zhǎng)焰煤為主，氣煤次之。屬低硫、低磷優(yōu)質(zhì)動(dòng)力用煤。鐵法煤由地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，火層巖侵入頻繁，煤層中瓦斯含量較高，所有的煤層均屬于高瓦斯易自燃煤層，并有煤與瓦斯突出現(xiàn)象，瓦斯儲(chǔ)量為293億m3。2004年全公司瓦斯絕對(duì)涌出量為356.87m3／min，采煤工作面單面絕對(duì)瓦斯涌出量最高達(dá)138 m3／min。煤層自然發(fā)火期為3 -6個(gè)月，最短為20天。煤塵有爆炸危險(xiǎn)，爆炸指數(shù)為41.8％～65.O％。九十年代以前曾發(fā)生多起瓦斯爆炸和井下火災(zāi)事故，傷亡多人，給人民生命和國(guó)家財(cái)產(chǎn)造成很大損失。
3.以瓦斯抽放為核心，全面實(shí)施瓦斯綜合治理技術(shù)
瓦斯治理，通風(fēng)是治標(biāo)，抽放是治本。伴隨著煤炭生產(chǎn)的發(fā)展，煤礦開采強(qiáng)度的加大，大量的瓦斯釋放出來(lái)，給煤礦的安全生產(chǎn)帶來(lái)極大威脅。為實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)，保障職工的生命安全，降伏瓦斯——這個(gè)煤礦開采中最大的安全隱患，在立足瓦斯抽放的基礎(chǔ)上，加大了瓦斯綜合治理力度。
3.1建立可靠的瓦斯抽放系統(tǒng)
在搞清各煤礦瓦斯地質(zhì)和瓦斯釋放規(guī)律的基礎(chǔ)上.結(jié)合各礦的實(shí)際情況，確立了以抽為主，風(fēng)排為輔的瓦斯治理原則，為各礦建立了可靠的瓦斯抽放系統(tǒng)，現(xiàn)已建成11座瓦斯抽放系統(tǒng)，共安裝大功率瓦斯抽放泵37臺(tái)，井下鋪設(shè)瓦斯抽放主干管道200多公里。裝備了大批瓦斯抽放鉆機(jī)。并多次對(duì)瓦斯抽放系統(tǒng)進(jìn)行增能力改造，將瓦斯抽放泵改造為大功率抽放泵。配套的抽放主干管徑由原來(lái)的Φ108～Φ159mm均增加為中299Φ～Φ425mm，使整體抽放能力提高了近3倍以上。
3.2確定科學(xué)的抽放方法，提高瓦斯抽放率
鐵法煤田煤系地層屬晚侏羅系上部含煤組，共含煤20層，可采12層，可采總厚度平均35 m，最厚達(dá)70多米。各煤層均屬高等植物形成的腐殖煤，煤層孔隙度較小，煤層中瓦斯主要為吸附瓦斯，吸附瓦斯所占比例為55％～95％。煤層滲透系數(shù)為0.1～O.2 m2／(MPa·d)，屬于低滲透系數(shù)煤層。
1992年以來(lái)，聯(lián)合國(guó)UNDP組織和亞太經(jīng)合組織煤層氣回收與利用示范項(xiàng)目，在鐵法礦區(qū)先后獲得成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合礦區(qū)的實(shí)際，學(xué)習(xí)借鑒國(guó)內(nèi)外在治理瓦斯方面的先進(jìn)技術(shù)，使得瓦斯抽放工作得到快速發(fā)展。
3.2.1抽放方法多樣化
在實(shí)踐中總結(jié)出十多種有效的瓦斯抽放方法，如地面垂直采空區(qū)鉆井法、井下水平長(zhǎng)鉆孔抽取法、地面原始煤層壓裂井抽取法、井下斜交鉆孔法、井下斜交長(zhǎng)鉆孔下套管法、頂板瓦斯道法、內(nèi)外錯(cuò)尾巷法、井下回風(fēng)高位瓦斯道抽取法、采空區(qū)密閉抽取法、采空區(qū)上隅角埋管抽取法、井下下向孔抽取法、甲烷富集區(qū)抽取法、本層預(yù)抽法等抽放方法，使瓦斯抽放技術(shù)不斷創(chuàng)新發(fā)展。
3.2.2抽放方法科學(xué)化
針對(duì)鐵法煤田煤層透氣性系數(shù)較低，只能進(jìn)行鄰近層，尤其是上鄰近層抽放的特點(diǎn)，在總結(jié)項(xiàng)板礦壓顯現(xiàn)規(guī)律的基礎(chǔ)上，摸索出了頂板在X、Y、Z三維坐標(biāo)空間里的活動(dòng)規(guī)律，考證了不同煤層老項(xiàng)初次來(lái)壓、周期來(lái)壓的步距、時(shí)間，以指導(dǎo)打鉆抽放瓦斯的設(shè)計(jì)施工工作，實(shí)現(xiàn)了科學(xué)化管理。針對(duì)不同的條件，采用靈活多變的抽放方法。如大興礦北-405地面采空區(qū)鉆井抽取瓦斯技術(shù)，是聯(lián)合國(guó)UNDP組織煤層氣開發(fā)示范技術(shù)，工作面在1995年采過(guò)后，對(duì)應(yīng)的下層煤北-701工作面仍然利用北-405地面這3口井抽取瓦斯，回風(fēng)流中瓦斯控制在0.5％以下，實(shí)現(xiàn)了安全生產(chǎn)。這樣的抽放立井在大興井田已完成12口。其它礦井也開始應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)。
3.2.3不斷完善瓦斯抽放工藝
在瓦斯抽放工作中，專門對(duì)瓦斯抽放鉆場(chǎng)、鉆孔參數(shù)進(jìn)行了多方位探討，嘗試了幾種瓦斯抽放鉆場(chǎng)形式及鉆孔布置方法，先后進(jìn)行了巨型鉆場(chǎng)、直角三角形鉆場(chǎng)、等腰三角形鉆場(chǎng)及高位巨型鉆場(chǎng)等試驗(yàn)，經(jīng)優(yōu)選確定以等腰三角形鉆場(chǎng)形式為最佳的抽放鉆場(chǎng)和鉆孔參數(shù)。其優(yōu)點(diǎn)是：控頂面積最小，回采過(guò)鉆場(chǎng)時(shí)頂板管理容易，不易造成鉆場(chǎng)瓦斯積聚，便于打鉆施工，減少鉆場(chǎng)煤壁暴露面積，從而減少煤幫松動(dòng)范圍，有利于封孔等。鉆場(chǎng)間距經(jīng)過(guò)實(shí)踐由原來(lái)的90m逐步縮短為80m、70m、60m、50m、40m、30m。按各礦井的地質(zhì)條件，工作面回采速度的要求，鉆場(chǎng)間距以30～56 m為最佳。鉆孔方位角在20～30°之間，傾角在10～30°之間，終孔位置處在采空區(qū)裂隙及下沉帶內(nèi)，終孔點(diǎn)投影距回風(fēng)順槽25～60 m為最佳。
隨著抽放方法和抽放工藝及鉆孔參數(shù)的不斷優(yōu)化，使礦井瓦斯抽放率由原來(lái)的10～20％，提高到45～51％。采區(qū)抽放率由原來(lái)的20～30％，提高到45～55％，最高達(dá)70％以上。年抽放純瓦斯量以1000多萬(wàn)m3的速度遞增，2004年瓦斯抽放量達(dá)8000萬(wàn)m3以上。
通過(guò)努力，明確了標(biāo)本兼治是治理瓦斯的根本方法，建立了“以抽為主，風(fēng)排為輔”的管理理念，使瓦斯治理工作逐漸趨于完善。這樣既抽出了大量的瓦斯，又使采煤工作面配風(fēng)量大幅度下降，空氣質(zhì)量提高了，工作面、礦井的自然發(fā)火幾率卻減少了，真正嘗到了治理瓦斯以抽放治本的甜頭。
3.3建立可靠的瓦斯監(jiān)測(cè)監(jiān)控和防災(zāi)抗災(zāi)系統(tǒng)
依靠先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，不斷提高煤礦的安全裝備水平，提高煤礦整體抗災(zāi)能力，是治理瓦斯的根本保證。
3.3.1建立可靠的瓦斯監(jiān)測(cè)監(jiān)控
各礦井均建有先進(jìn)的瓦斯監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，共有9個(gè)中心站，18臺(tái)主機(jī)，155臺(tái)分站，其中KJ2000型7套，森透里昂600型2套，森透里昂500型1套。先后對(duì)礦井瓦斯監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了兩次升級(jí)改造，使監(jiān)測(cè)功能得到了加強(qiáng)，故障率降至最低，監(jiān)測(cè)監(jiān)控覆蓋面達(dá)100％，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，瓦斯超限自動(dòng)斷電，實(shí)現(xiàn)了全公司數(shù)字化監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。掘進(jìn)工作面均實(shí)現(xiàn)了“三專兩閉鎖”，各種儀器儀表齊全，性能先進(jìn)，靈敏可靠。
3.3.2建立了防火和綜合防塵系統(tǒng)
各礦井均建立了防火和綜合防塵系統(tǒng)，共有注漿站14座，防火專用儲(chǔ)水池19座。各礦均設(shè)有氣體分析室，裝備一氧化碳檢定器138臺(tái)，色譜分析儀16臺(tái)。定期對(duì)井下采掘場(chǎng)所及密閉空間的氣體進(jìn)行化驗(yàn)分析，做到防患于未然。各礦均建立了綜合防塵系統(tǒng)，全公司共設(shè)有凈化風(fēng)流水幕260處，轉(zhuǎn)載點(diǎn)噴霧297處，隔爆設(shè)施148處。測(cè)塵儀17臺(tái)，建立了煤塵清洗制度，共鋪設(shè)防塵專用管路260649m，定期清洗煤塵。
3.3.3建立穩(wěn)定可靠的通風(fēng)系統(tǒng)
為了保證各礦井有足夠的通風(fēng)能力，全公司共安裝了礦井主要通風(fēng)機(jī)32臺(tái)，額定風(fēng)量133980 m3／min，現(xiàn)實(shí)際風(fēng)量79402 m3／min，礦井負(fù)壓一直控制在300 mmH20以下。各礦井均備有充足的通風(fēng)能力，而且通風(fēng)系統(tǒng)合理、穩(wěn)定、安全、可靠。對(duì)局部通風(fēng)機(jī)進(jìn)行大幅度更新，先后購(gòu)置200多臺(tái)大功率對(duì)旋局部風(fēng)機(jī)，長(zhǎng)距離掘進(jìn)工作面均使用45×2、55×2大功率局部通風(fēng)機(jī)，同時(shí)采用大直徑風(fēng)筒(1-1.2m)，保證了掘進(jìn)工作面的風(fēng)量。建有通風(fēng)設(shè)施1307道，其中永久風(fēng)門504道，臨時(shí)風(fēng)門131道，永久密閉493道，臨時(shí)密閉74道測(cè)風(fēng)站105個(gè)。這些通風(fēng)設(shè)施質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)高，位置合理，符合煤礦安全生產(chǎn)的需要，滿足礦井安全生產(chǎn)需要。
3.3.4建設(shè)現(xiàn)代化的生產(chǎn)系統(tǒng)
為了提高采掘裝備檔次，組織現(xiàn)代化大生產(chǎn)，在不斷優(yōu)化采區(qū)及工作面設(shè)計(jì)同時(shí)，先后購(gòu)進(jìn)了一大批國(guó)產(chǎn)大功率成套綜采設(shè)備、綜采放頂煤設(shè)備、全自動(dòng)化刨煤機(jī)設(shè)備、大功率綜掘機(jī)和其它采掘移動(dòng)設(shè)備等國(guó)內(nèi)外先進(jìn)裝備，使采掘機(jī)械化程度均達(dá)到98％以上。推廣巷道錨桿支護(hù)技術(shù)，攻破了軟巖巷道支護(hù)技術(shù)難關(guān)。將信息化技術(shù)應(yīng)用到各生產(chǎn)系統(tǒng)中，不斷擴(kuò)大自動(dòng)和集中控制的覆蓋面。各礦井實(shí)行了一礦一面、一礦二面的生產(chǎn)格局，實(shí)現(xiàn)了高產(chǎn)高效集約化生產(chǎn)。
“一通三防”及生產(chǎn)系統(tǒng)技術(shù)裝備水平的逐年提高，為瓦斯綜合治理奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，給安全生產(chǎn)創(chuàng)造了優(yōu)越的條件，使礦井整體抗災(zāi)能力大幅度提升。
3.4建立正常的安全生產(chǎn)秩序
強(qiáng)化科學(xué)管理，將各項(xiàng)安全生產(chǎn)法律法規(guī)和規(guī)章制度落到實(shí)處，建立正常的安全生產(chǎn)秩序，是控制瓦斯事故的根本保證。
3.4.1強(qiáng)化日常瓦斯管理工作
在礦井瓦斯管理方面，始終堅(jiān)持“以人為本"的原則，注重現(xiàn)場(chǎng)瓦斯檢查及治理，不斷擴(kuò)大瓦斯檢查及監(jiān)控范圍，使瓦斯治理工作關(guān)口前移。在瓦斯檢查上，根據(jù)鐵法礦區(qū)的開采實(shí)際，增加了測(cè)點(diǎn)數(shù)量，完善了測(cè)點(diǎn)布置。瓦斯檢查員不但檢查工作面、上隅角、回風(fēng)流及回風(fēng)硐室的瓦斯?jié)舛龋瑫r(shí)檢查運(yùn)回順高頂、工作面后三角點(diǎn)30m煤壁及回順軟硬邦處的瓦斯，放頂煤綜采工作面放煤口等風(fēng)流中的瓦斯。檢查結(jié)果不但要及時(shí)匯報(bào)，而且在手冊(cè)上要詳細(xì)記錄。始終堅(jiān)持重點(diǎn)工作面派2～3名工作認(rèn)真、業(yè)務(wù)精通的瓦斯檢查員盯崗，并配備隨機(jī)瓦斯檢查員的措施。瓦斯監(jiān)控增設(shè)上隅角瓦斯傳感器，隨時(shí)掌握上隅角瓦斯涌出情況。在瓦斯管理上形成了層層有人管、層層有人抓、層層有專人負(fù)責(zé)的良好局面。有突出危險(xiǎn)的礦井.嚴(yán)格按“四位一體”綜合防突措施執(zhí)行。這些措施的落實(shí)，有效地控制了瓦斯積聚現(xiàn)象，防止了瓦斯事故的發(fā)生。
3.4.2強(qiáng)化通風(fēng)管理，杜絕瓦斯超限
礦井通風(fēng)管理的核心是以風(fēng)定產(chǎn)，也是治理瓦斯的主要手段。處理好通風(fēng)與生產(chǎn)的關(guān)系，必須遵循兩個(gè)原則：一是“通風(fēng)為生產(chǎn)服務(wù)”的原則，由礦井通風(fēng)基本任務(wù)所決定：二是“生產(chǎn)(含開拓、采掘設(shè)計(jì)、巷道布置)必須服從合理通風(fēng)規(guī)律"的原則，不遵循合理的通風(fēng)規(guī)律將為瓦斯爆炸、火災(zāi)災(zāi)害的發(fā)生和救災(zāi)帶來(lái)很大的隱患。我們始終堅(jiān)持“以風(fēng)定產(chǎn)”的原則，強(qiáng)化通風(fēng)系統(tǒng)管理，使礦井通風(fēng)系統(tǒng)合理穩(wěn)定，安全可靠。杜絕了礦井、采區(qū)超通風(fēng)能力生產(chǎn)，確保了煤礦生產(chǎn)過(guò)程中的安全。
4. 以瓦斯利用促進(jìn)瓦斯抽放，全面實(shí)施瓦斯利用技術(shù)
瓦斯是有害氣體，同時(shí)也是綠色的優(yōu)質(zhì)清潔能源。可用作燃料、燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電和化工原料。在實(shí)施瓦斯控制技術(shù)、抽取回收大量瓦斯、保證煤礦安全生產(chǎn)的同時(shí)，積極實(shí)施了瓦斯利用技術(shù)，變害為寶，將抽取的瓦斯輸送到周邊城市，供民用燃?xì)夂凸I(yè)生產(chǎn)用氣。
4.1建立先進(jìn)可靠的瓦斯集供系統(tǒng)
礦區(qū)從1985年開始利用瓦斯，經(jīng)過(guò)多年的努力，瓦斯利用已初具規(guī)模，先后建成了礦區(qū)瓦斯回收儲(chǔ)存、調(diào)配輸送系統(tǒng)，借鑒日本政府綠色援助鐵法礦區(qū)煤層氣回收利用項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)，已建成5個(gè)利用系統(tǒng)，9個(gè)瓦斯抽放站提供氣源，鋪設(shè)地面輸氣管路150多公里，實(shí)現(xiàn)了礦區(qū)瓦斯輸送氣聯(lián)網(wǎng)，建有7座儲(chǔ)氣罐，儲(chǔ)氣能力為11萬(wàn)m3。形成了功能齊全，設(shè)備先進(jìn)，氣源互補(bǔ)，有機(jī)調(diào)節(jié)的瓦斯供氣網(wǎng)絡(luò)。
4.2積極開發(fā)市場(chǎng)擴(kuò)大供氣范圍
利用礦區(qū)靠近沈陽(yáng)、鐵嶺等城市較近的優(yōu)勢(shì)，積極開發(fā)新的瓦斯供氣市場(chǎng)，現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)了向調(diào)兵山市、鐵嶺市、開原市、清河區(qū)等城市輸供瓦斯氣。到目前為止，瓦斯氣用戶已達(dá)10多萬(wàn)戶，其中鐵嶺市用戶6.5萬(wàn)戶，礦區(qū)3.8萬(wàn)戶。瓦斯利用率達(dá)到36％以上。從2004年開始，瓦斯利用向工業(yè)用戶擴(kuò)展，已實(shí)現(xiàn)供給沈陽(yáng)市陶瓷制造工業(yè)燃用。我們始終從安全、資源、環(huán)保的角度出發(fā)，立足瓦斯抽放，堅(jiān)持瓦斯抽放與利用兩條腿走路、滾動(dòng)式發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了變廢為寶、保護(hù)環(huán)境的目的。瓦斯利用技術(shù)的實(shí)施，使大量的優(yōu)質(zhì)潔凈能源得到了充分利用，創(chuàng)造了較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，減少了環(huán)境污染和溫室效應(yīng)，發(fā)展壯大了礦區(qū)煤層氣產(chǎn)業(yè)。
5.結(jié)束語(yǔ)
實(shí)踐證明，科學(xué)的瓦斯治理技術(shù)，是煤礦控制瓦斯的核心技術(shù)，瓦斯治理工程是煤礦安全生產(chǎn)管理中的治本工程。瓦斯利用技術(shù)是合理利用能源，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，保護(hù)人類環(huán)境的有效措施。實(shí)施瓦斯控制與利用技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)煤礦安全生產(chǎn)的保障，利國(guó)利民。
按照企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的要求，到2006年全公司瓦斯抽放量要超過(guò)1億m3以上，利用率要達(dá)到50％以上。要完成這一目標(biāo)，就要學(xué)習(xí)借鑒國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的瓦斯治理與利用經(jīng)驗(yàn)，不斷創(chuàng)新瓦斯治理與利用技術(shù)，努力做好瓦斯治理與利用工作，確保煤礦實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。