鄭州地區(qū)煤礦瓦斯治理現(xiàn)狀與對策研究

胡 鵬，張林華，叢秀枝，李 新，鄭國祥

（1.鄭州市煤礦瓦斯水害防治技術指導中心，河南 鄭州450000；2.重慶大學復雜煤氣層瓦斯抽采國家地方聯(lián)合工程實驗室，重慶400044；3.煤炭科學研究總院沈陽研究院，遼寧 沈陽110011）

1 鄭州地區(qū)煤礦瓦斯地質條件

鄭州是全國重點產(chǎn)煤地區(qū)，在全國產(chǎn)煤地市區(qū)中煤炭產(chǎn)量居第二位，煤炭資源保有儲量52.88億t，占河南省保有儲量的21.8%，居河南省首位，其中鄭煤集團33.85億t，地方煤礦16.8億t［1］。鄭州地區(qū)含煤地層為石炭系中統(tǒng)本溪組、上統(tǒng)太原組和二疊系山西組、上下石盒子組，共分為九個煤組，其中可采煤層主要有一1、一3、二1、七3等。鄭州屬于豫西煤田，豫西煤田屬于華北板塊南緣，該區(qū)從小秦嶺向南至北秦嶺為一系列平行排列近東西向展布的逆沖推覆、滑脫構造，煤層受擠壓斷裂破壞強烈，分布在豫西的登封、新密、禹縣、滎鞏等煤田全層發(fā)育有構造煤，構造煤較厚的地方可達1.5m以上，為豫西三軟煤層發(fā)育區(qū)［2］。

鄭州地區(qū)煤礦的瓦斯賦存及涌出威脅主要來源于二1煤層，二1煤層全區(qū)穩(wěn)定可采，煤厚1.19～26.0m，煤厚變化較大，變化趨勢為：中部特厚、向兩翼和東西方向變薄，煤種以無煙煤、貧煤為主。按煤田所在縣市區(qū)劃分各有不同特點。

1）新密煤田：主采二疊系山西組二1煤層，鄭煤集團國有和地方煤礦共約130對，5對突出礦井主要集中在鄭煤集團，地方煤礦以低瓦斯礦井居多［3］。目前二1煤三李一帶為高瓦斯煤層，瓦斯相對涌出量11m3／t；平陌到超化南部為突出危險區(qū)域，瓦斯相對涌出量13m3／t，煤厚變化大，構造煤發(fā)育；其他均為低瓦斯礦井，瓦斯相對涌出量在2～8m3／t，地質條件相對簡單。

2）滎陽煤田：依據(jù)當前生產(chǎn)資料和區(qū)域瓦斯治理資料，在滎鞏煤田二1煤底板標高＋70m以淺，一般為無突出危險區(qū)，在＋70m以深為突出危險區(qū)，在＋40m以深為嚴重突出危險區(qū)。根據(jù)礦井瓦斯等級鑒定資料，目前開采二1煤的礦井均為煤與瓦斯突出礦井。

3）鞏義煤田：鞏義西半部屬偃龍煤田，東部為滎鞏煤田，中間被五指嶺斷層隔開。偃龍煤田中間被嵩山斷層所分，滎鞏煤田東西橫貫將軍嶺斷層。該區(qū)二1煤層19勘探線以西屬低瓦斯礦區(qū)，以東屬高瓦斯礦區(qū)，且具有煤與瓦斯突出危險性。

4）登封煤田：自東向西瓦斯涌出量逐步增大，整體較其他縣（市）瓦斯含量偏高，地質條件相對較復雜，鄭州地方煤礦共有10對高瓦斯、突出礦井，其中8對在登封，分布在5個井田區(qū)塊。箕山井田大部分為低瓦斯區(qū)域［4］，但東部靠近大平礦區(qū)瓦斯涌出量較大，西部新新井田、楊家閥井田及馬嶺山井田瓦斯涌出量較大，高突礦井多。近年來，煤礦大都進入深部區(qū)域開采，瓦斯涌出量明顯增加，最大采深750m，始突深度為＋100m水平。

2 鄭州地區(qū)煤礦瓦斯治理現(xiàn)狀

鄭州地區(qū)近年來也發(fā)生過數(shù)起瓦斯災害事故，特別是：2008年5月4日，滎陽市東升煤礦發(fā)生煤與瓦斯突出事故，死亡16人；2008年9月21日，登封市新豐二礦發(fā)生了煤與瓦斯突出事故，死亡37人［3］。瓦斯事故易造成群死群傷，且社會影響惡劣，給我們敲響了警鐘。為此，各級煤炭管理部門始終堅持把瓦斯防治作為安全管理的重中之重，不斷探索新的管理機制，出臺行之有效新舉措。

2.1 當前鄭州地區(qū)瓦斯治理的成效

1）通風可靠。近年來通過開展煤礦專項整治和兼并重組活動，淘汰了一大批不具備煤礦基本安全生產(chǎn)條件的礦井，各礦建立了可靠的通風系統(tǒng)和“一通三防”管理機構并配備了專職人員，實現(xiàn)了礦井可靠通風，同時積極倡導煤礦引進技術先進的變頻風機，既可以節(jié)能又可以有效控制風量，同時使反風更為便利，安全性更強，為煤礦瓦斯治理做好了第一道保障。

2）全面進行瓦斯抽采。目前全區(qū)高瓦斯、突出礦井和部分低瓦斯礦井安裝了瓦斯抽放系統(tǒng)，積極采取高低負壓兩套抽放系統(tǒng)對井下煤層瓦斯分區(qū)抽放，大大降低了瓦斯事故風險同時為瓦斯抽采利用奠定了基礎。2011年鄭州地區(qū)煤礦瓦斯總抽放量為1268.31萬m3，煤層氣利用量為450萬m3。轄區(qū)內金嶺煤礦于2006年3月與英國瑞炭投資公司合作開展瓦斯利用（CDM項目），建立的瓦斯發(fā)電站，已運行四年多，2011年瓦斯發(fā)電利用量284萬m3，年發(fā)電量達到850萬kWh，民用及其他為166萬m3，利用率100%，計劃2013年鄭州地區(qū)再新上2家瓦斯發(fā)電廠。比如大峪溝紅旗一礦，屬于低瓦斯礦井，該礦為進一步強化瓦斯防治工作，在14采區(qū)新建瓦斯抽放系統(tǒng)，通過瓦斯抽采徹底解決局部煤層瓦斯含量高的問題，實現(xiàn)生產(chǎn)本質安全化。

3）優(yōu)先進行保護層開采。按照《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》要求，區(qū)域瓦斯治理措施優(yōu)先開采保護層。保護層開采后被保護層卸壓變形，應力釋放，抑制了突出潛能，煤層裂隙發(fā)育，利于瓦斯抽放。鄭州地區(qū)煤層地質條件復雜，保護層開采是消除煤層瓦斯突出的根本途徑，鄭州地區(qū)可采保護層一般有：一3、一5、一7煤層，被保護煤層即主采煤層為二1煤層［4－6］。目前轄區(qū)內磴槽煤礦、新豐煤礦、金嶺煤礦保護層開采比較成功。保護層開采后效果對比見表1。

表1 礦井保護層開采效果對比

4）聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控多手段防止瓦斯超限等事故。依托“六大系統(tǒng)”建設，嚴格按照“六大系統(tǒng)建設規(guī)范”超前建成各系統(tǒng)。當前全區(qū)煤礦均配備各類傳感器并與縣（市）煤炭管理部門聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控，樹立瓦斯超限就是事故的理念，按照事故進行處理分析，編制防治措施。全區(qū)掘進工作面均安裝防爆視頻攝像頭，否則一律禁止掘進作業(yè)；全區(qū)煤礦井下基本普及廣播語音系統(tǒng)，正在積極建設井下小靈通無線通訊系統(tǒng)，可使用短信報警，將井下所有地點的安全信息傳輸?shù)降孛婷旱V主要負責人及安全管理人員手機上；4家地方煤礦超前國家規(guī)定時間，累計投資近億元率先建成井下避難硐室，為防治瓦斯等各類災害做好了應急救援準備。通過運行來看，多手段聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控在瓦斯防治和監(jiān)測作業(yè)現(xiàn)場等方面取得了良好效果。

5）強化瓦斯管理。針對全區(qū)高突礦井瓦斯治理措施不到位的情況專門制定了《高瓦斯、煤與瓦斯突出礦井安全技術標準》，針對各礦瓦斯抽放重形式輕實效的特點專門商討擬定了《礦井瓦斯抽放管理辦法》，從抽放系統(tǒng)設計、參數(shù)測定、監(jiān)測、安全措施、抽采利用等方面做了詳細要求。設立瓦斯治理安全紅線管理制度，觸及紅線對煤礦企業(yè)、集團公司、地方煤炭管理部門三級進行責任追究，責令煤礦企業(yè)停產(chǎn)整頓，尤其針對高突礦井進行瓦斯防治能力評估和分類管理，加大安全投入，噸煤生產(chǎn)安全費用不低于50元，重大瓦斯治理隱患掛牌督辦等一系列措施強力保障了煤礦生產(chǎn)安全。

6）積極引進國內外先進瓦斯防治技術和裝備。鄭州市煤礦瓦斯水害防治技術指導中心先后與中國礦業(yè)大學國家瓦斯重點實驗室、河南理工大學、河南工程學院聯(lián)合，解決煤礦瓦斯治理難題。在登封新豐煤礦、新登煤業(yè)推廣“井下鉆孔密封材料PD及成套技術裝備”，解決煤礦瓦斯抽放封孔難度大、質量差的問題。針對全區(qū)高突礦井瓦斯治理立項課題有：《新豐煤礦解放層開采后瓦斯治理效果研究》、《新豐煤礦礦井瓦斯地質圖編制》、《鄭州市慧祥煤業(yè)公司深部區(qū)域煤層（二1層）瓦斯突出危險性鑒定》、《鄭州市煤礦區(qū)煤與瓦斯突出帶分布規(guī)律的研究》等。與沈陽煤炭研究院合作籌建了新豐煤礦瓦斯參數(shù)測定實驗室。聘請中國礦業(yè)大學瓦斯治理專家林柏泉教授做煤礦瓦斯治理方面的專項報告。

2.2 當前鄭州地區(qū)瓦斯治理的不足之處

1）煤礦企業(yè)技術人員配備不到位。煤礦企業(yè)領導高度重視安全，機構設置已完備，各煤礦按規(guī)定成立有“一通三防”部門；高突礦井設有專職瓦斯防治辦公室，配備專職防突副礦長，但瓦斯防治相關技術人員少，高技術水平人才少，限制了煤礦安全生產(chǎn)水平的提高。

2）地質勘探不詳盡。由于地方煤礦技術力量薄弱，對煤礦開采煤層的各項地質參數(shù)掌握不詳盡，對煤層瓦斯賦存地質情況掌握不全面，導致個別煤礦開拓巷道時突然遇到大斷層，或者生產(chǎn)時井下煤層尖滅，找不到煤。部分煤礦的瓦斯含量和瓦斯壓力等基礎數(shù)據(jù)不全面，無法為煤礦瓦斯治理提供依據(jù)。

3）瓦斯治理難度大。鄭州地區(qū)開采豫西“三軟”煤層，煤層賦存變化大，煤層透氣性差，對瓦斯抽放方法研究不夠，瓦斯抽采效果不理想，瓦斯抽采濃度大多在5%～15%。煤礦地質條件復雜，且技術人員業(yè)務水平不高，導致煤與瓦斯突出礦井沒有針對本礦煤層發(fā)生煤與瓦斯突出的特點和條件試驗確立突出預測敏感指標和臨界值。突出預測臨界值的確定一般不夠嚴謹，要么照搬《防突規(guī)定》的標準，要么參照《防突規(guī)定》的標準機械的縮小一下，沒有做到“由具有突出危險性鑒定資質的單位進行試驗”確定，造成瓦斯治理不科學，難度大。

4）開采保護層難度大。一是保護層與被保護層法定開采范圍不一致，采掘布置困難，保護層開采受限；二是由于歷史原因，被保護煤層開采前保護煤層已開采過，但開采不規(guī)范，易形成孤島煤柱，造成應力集中，誘發(fā)瓦斯突出；三是保護層賦存不穩(wěn)定，局部為軟巖，開采難度大；四是與保護層開采配套的瓦斯抽采工程超前部署不夠及時。

5）過程管理不嚴格。煤礦企業(yè)瓦斯綜合治理方案體系龐大，工程量巨大，措施執(zhí)行過程管理不到位，措施執(zhí)行與達標考核制度不完善，達標驗收臺賬不全面，獎懲不細化。瓦斯抽采打孔施工和抽采達標考核未細化，施工與驗收未分開，施工過程和竣工無圖表，日常監(jiān)測參數(shù)記錄不全面。

3 鄭州地區(qū)煤礦瓦斯治理的對策

當前鄭州地區(qū)煤礦瓦斯防治的思路是：加強領導，落實各方責任，統(tǒng)籌提高瓦斯防治工作水平；增加投入，保障物質基礎，完善安全系統(tǒng)與裝備；突出重點，優(yōu)先開采保護層，加大瓦斯抽采力度；提高素質，加強職工隊伍建設；強化技術，推進煤礦科技進步；嚴格管理，落實安全規(guī)程和防治措施；示范引導，推進瓦斯治理與抽采利用和節(jié)能減排相結合。

1）按照瓦斯災害嚴重程度、災害事故發(fā)生頻率、治理瓦斯災害成本、企業(yè)安全欠賬、企業(yè)足額安全投入經(jīng)濟承受能力、技術人員數(shù)量等綜合因素，對全地區(qū)礦井進行分類管理，強化領導作用，落實監(jiān)管部門、集團公司、煤礦企業(yè)各方責任，建立比較完善的瓦斯防治體系，統(tǒng)籌提高瓦斯防治管理水平。

2）確保安全資金投入，力爭早日完成煤礦六大系統(tǒng)建設，淘汰落后設備和生產(chǎn)工藝，大力引進瓦斯防治新設備和新工藝。保障人員待遇，充實技術力量。

3）優(yōu)先開采保護層，不具備保護層開采條件，要開拓頂?shù)装宄榉畔镞M行煤層瓦斯預抽，瓦斯抽采要以滿足采掘工作面安全生產(chǎn)為前提。針對鄭州地區(qū)煤層瓦斯賦存條件合理設計瓦斯抽采工程，通過對抽采系統(tǒng)、設備和工藝參數(shù)的試驗摸索，提高瓦斯抽采能力，按照《煤礦瓦斯抽采達標暫行規(guī)定》要求進行煤層開采前的抽采達標評判，確保采掘安全。

4）提高意識，樹立事故可防可控的理念，扎實提高從業(yè)人員崗位技術操作水平和事故防范能力。煤礦企業(yè)應經(jīng)常邀請專家對一線工人進行現(xiàn)場操作方面的培訓，同時挑選一批技術骨干，到大專院校、科研單位進行技術培訓，努力提高瓦斯抽采和防治技術水平。重視并抓好在職人員的繼續(xù)培訓，提高職工隊伍的整體素質，力爭做到全員工作無差錯，較大問題技術骨干能夠沉著解決。

5）煤礦要與高?？蒲袉挝贿M行合作，聘請科研機構、大專院校有經(jīng)驗的專家對煤礦瓦斯重大隱患進行論證治理，對瓦斯抽采或防突技術進行研究，積極引進先進的科技成果和裝備，為煤礦瓦斯防災減災做好技術支持。積極摸索保護層開采條件下抽放巷穿層鉆孔抽放和順層平行鉆孔、網(wǎng)格鉆孔抽放相結合的強化抽采技術；積極試驗豫西帶狀強變形三軟煤層井下水力壓裂［7］、松動爆破等增透抽采技術。

6）行業(yè)管理部門要按照各類規(guī)定嚴格管理，對瓦斯治理工作成績顯著的礦井示范引導，同時要加強管理部門自身的業(yè)務學習和培訓，加大對外技術交流，不斷更新專業(yè)技術知識，提高瓦斯防治技術水平，做好災害的預防和減災抗災工作。

［1］孫娟.鄭州市在全國產(chǎn)煤地市中，煤炭產(chǎn)量排第二名［N］.鄭州晚報，2009－10－29.

［2］張子敏.瓦斯地質學［M］.徐州：中國礦業(yè)大學出版社，2009.

［3］白新華，賈天讓，張子敏，等.新密煤田瓦斯動力現(xiàn)象分析［J］.煤田地質與勘探，2009（8）：19－21.

［4］姚明軍.登封礦區(qū)煤與瓦斯突出礦井開采保護層合理性分析［J］.中州煤炭，2011（10）：58－59.

［5］劉非非，翟成，李飛，等.上下多重保護層開采多方位效果考察［J］.煤礦安全，2012（3）：104－107.

［6］張世金.保護層開采治理瓦斯技術在金嶺煤礦的應用［J］.中州煤炭，2011（5）：94－97.

［7］張記品.河南“水力壓裂法”開辟三軟煤層瓦斯治理新途徑［EB／OL］（2011－08－26）www.people.com.cn.