盤江礦區(qū)煤礦瓦斯抽采綜合利用與安全效益分析

唐志鵬龍祖根張夢(mèng)雅馬 曙

(1. 貴州大學(xué)礦業(yè)學(xué)院,貴州省貴陽(yáng)市,550025; 2. 貴州省煤礦設(shè)計(jì)研究院,貴州省貴陽(yáng)市,550025)

盤江礦區(qū)煤礦瓦斯抽采綜合利用與安全效益分析

唐志鵬1龍祖根2張夢(mèng)雅1馬 曙2

(1. 貴州大學(xué)礦業(yè)學(xué)院,貴州省貴陽(yáng)市,550025; 2. 貴州省煤礦設(shè)計(jì)研究院,貴州省貴陽(yáng)市,550025)

結(jié)合盤江礦區(qū)煤礦瓦斯抽采利用“十三五”規(guī)劃,采用安全經(jīng)濟(jì)學(xué)理論和采礦業(yè)生產(chǎn)安全性指標(biāo),建立評(píng)價(jià)模型,分析瓦斯抽采綜合利用安全效益特征及安全直接經(jīng)濟(jì)效益。結(jié)果表明盤江礦區(qū)瓦斯抽采綜合利用可以有效減小煤層瓦斯含量和瓦斯事故率;盤江礦區(qū)瓦斯抽采綜合利用隨著投入相應(yīng)增加,瓦斯抽采量和伴生煤產(chǎn)量也相應(yīng)增加,安全效益的直接經(jīng)濟(jì)效益明顯,瓦斯抽采率和利用率達(dá)到相對(duì)較高水平后瓦斯抽采量將保持平穩(wěn),持續(xù)的安全投入將出現(xiàn)負(fù)效益;盤江礦區(qū)瓦斯抽采利用將有效提高煤礦企業(yè)的技術(shù)研發(fā)能力和安全生產(chǎn)環(huán)境水平以及采掘機(jī)械化水平,投資效益高,安全經(jīng)濟(jì)效益顯著。

安全生產(chǎn) 瓦斯抽采 煤礦瓦斯 安全效益 盤江礦區(qū)

瓦斯災(zāi)害是煤礦最主要和最嚴(yán)重的事故災(zāi)害,同時(shí)也是煤礦安全治理投入最多和最主要的環(huán)節(jié)。貴州煤礦主要是高瓦斯突出礦井,瓦斯治理問(wèn)題尤其突出。針對(duì)瓦斯災(zāi)害,2015年7月9日國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局發(fā)布了第82號(hào)令《強(qiáng)化煤礦瓦斯防治十條規(guī)定》,規(guī)定強(qiáng)調(diào)要加強(qiáng)煤礦瓦斯抽采,突出礦井必須建立地面永久瓦斯抽采系統(tǒng)。國(guó)家在煤礦瓦斯治理上投入最大,瓦斯治理是煤礦安全治理的重頭。

盤江礦區(qū)區(qū)域面積廣闊,瓦斯資源豐富,根據(jù)貴州煤礦地質(zhì)調(diào)查報(bào)告,預(yù)計(jì)盤江礦區(qū)瓦斯總儲(chǔ)量1509億m3。

當(dāng)前煤炭市場(chǎng)低迷,根據(jù)《國(guó)務(wù)院關(guān)于煤炭行業(yè)化解過(guò)剩產(chǎn)能實(shí)現(xiàn)脫困發(fā)展的意見(jiàn)》,煤礦瓦斯抽采綜合利用成為煤礦發(fā)展轉(zhuǎn)型的一個(gè)突破口。在此背景下,煤礦瓦斯抽采綜合利用,一方面改變傳統(tǒng)開(kāi)采布局,最大限度開(kāi)采保護(hù)層,全面實(shí)施沿空留巷、沿空掘巷、跨上山、跨石門等無(wú)煤柱自成巷開(kāi)采技術(shù),全面提高瓦斯抽采工藝、技術(shù)、裝備管理及研發(fā)水平,提高企業(yè)機(jī)械化、自動(dòng)化水平,推進(jìn)企業(yè)科技進(jìn)步;另一方面大規(guī)模實(shí)施瓦斯抽采利用項(xiàng)目,最大限度抽采卸壓瓦斯,充分利用伴生煤炭資源優(yōu)勢(shì),推動(dòng)煤礦資源開(kāi)發(fā)利用升級(jí),促進(jìn)企業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整,顯著提高煤礦企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。本文基于安全經(jīng)濟(jì)學(xué)理論和采礦業(yè)生產(chǎn)安全性指標(biāo),建立評(píng)價(jià)模型,并對(duì)瓦斯抽采綜合利用安全效益進(jìn)行了分析比較。

1 安全效益評(píng)價(jià)模型

(1)效益反映的是投入產(chǎn)出之間的關(guān)系,安全效益E(S)可以用安全所產(chǎn)生的功能(安全功能)F(S)與所用的安全投入(安全成本)C(S)的差值來(lái)表示,即:

式中:S——安全性;

E(S)——安全效益;

F(S)——安全功能;

C(S)——安全成本。

安全成本函數(shù)及效益函數(shù)關(guān)系如圖1所示。從圖1可以看出,在S0(S0指損失函數(shù)和增值函數(shù)交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的安全性,表示安全增值與事故損失相等)點(diǎn)附近,取到最佳安全效益,當(dāng)S從S0－ΔS(ΔS指安全性增量)增至S0時(shí),成本增值C1大大小于安全收益增值F1,持續(xù)的安全投入將產(chǎn)生較大的安全收益。因而當(dāng)S＜S0時(shí),提高S即增加瓦斯抽采利用投入是能直接增加安全經(jīng)濟(jì)效益的;但當(dāng)S從S0增至S＋ΔS,成本增值C2將數(shù)倍于安全收益增值F2,出現(xiàn)負(fù)效益。

圖1 安全成本函數(shù)及效益函數(shù)關(guān)系

(2)煤礦生產(chǎn)安全性水平是企業(yè)整體安全狀態(tài)的表現(xiàn),是一切影響企業(yè)安全的因素相互關(guān)系的總和。運(yùn)用安全系統(tǒng)的方法分析安全生產(chǎn)因素,煤礦生產(chǎn)安全性水平影響因素包括礦山萬(wàn)元產(chǎn)值固定資產(chǎn)投入(X1)、礦山萬(wàn)人工程技術(shù)人員配備水平(X2)、礦山萬(wàn)人管理人員配備水平(X3)、采掘機(jī)械化程度(X4)、采礦業(yè)安全生產(chǎn)環(huán)境水平(X5)和采礦技術(shù)研發(fā)能力(X6)。譚海霞運(yùn)用主成分分析法分析了采礦業(yè)生產(chǎn)安全性指數(shù),指出采礦業(yè)6個(gè)方面的生產(chǎn)安全性指數(shù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)是不一致的,采礦業(yè)不同方面的生產(chǎn)安全性投入是不穩(wěn)定的。通過(guò)主成分分析計(jì)算,測(cè)得6個(gè)一級(jí)指標(biāo)的方差貢獻(xiàn)率依次為X6、X5、X4、X3、X2、X1,采礦技術(shù)研發(fā)能力(X6)、采礦業(yè)安全生產(chǎn)環(huán)境水平(X5)、采掘機(jī)械化程度(X4)的方差貢獻(xiàn)率(權(quán)重)位居前三,真正能提高安全生產(chǎn)水平的是采礦技術(shù)研發(fā)能力(X6)、采礦業(yè)安全生產(chǎn)環(huán)境水平(X5)、采掘機(jī)械化程度(X4)等方面的投入。

2 盤江礦區(qū)煤礦瓦斯開(kāi)發(fā)利用效益分析

2.1 盤江礦區(qū)煤礦瓦斯抽采利用效益

(1)煤礦瓦斯抽采利用直接經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)現(xiàn)有機(jī)械設(shè)備技術(shù)及《盤江礦區(qū)“十三五”規(guī)劃》設(shè)計(jì),盤江煤礦預(yù)計(jì)在2016－2020年煤層氣瓦斯抽采量348220萬(wàn)m3,其中用于瓦斯發(fā)電的瓦斯64500萬(wàn)m3,用于瓦斯提純283720萬(wàn)m3,按市價(jià)1.3元/m3計(jì)算,市場(chǎng)總值451174萬(wàn)元;同時(shí)伴生煤產(chǎn)量2082萬(wàn)t,按市價(jià)280元/t計(jì)算,市場(chǎng)總值582826～582960萬(wàn)元。盤江礦區(qū)煤礦瓦斯抽采利用效果預(yù)測(cè)統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1 瓦斯抽采利用實(shí)施效果預(yù)測(cè)統(tǒng)計(jì)

(2)煤礦瓦斯抽采利用環(huán)境效益。盤江煤礦2016－2020年預(yù)計(jì)共抽采瓦斯34.82億m3,可減排瓦斯249.8萬(wàn)t,相當(dāng)于減排二氧化碳5240萬(wàn)t,可節(jié)約標(biāo)煤398萬(wàn)t,能大大減少瓦斯排放對(duì)大氣環(huán)境造成的污染,有效減排溫室氣體。

(3)煤礦瓦斯抽采利用間接經(jīng)濟(jì)效益(安全效益)。把瓦斯作為資源、能源開(kāi)采,通過(guò)抽采瓦斯和下保護(hù)層開(kāi)采,實(shí)現(xiàn)礦井大范圍消突,真正實(shí)現(xiàn)“高瓦斯突出礦井變?yōu)榈屯咚沟V井”;通過(guò)大范圍開(kāi)采保護(hù)層和抽采卸壓瓦斯,可解決煤礦隱蔽致災(zāi)危害(煤與瓦斯突出、地壓危害、水害等問(wèn)題),確保礦井安全生產(chǎn);對(duì)煤層瓦斯抽采利用,有效降低了原始煤體的瓦斯含量和壓力,能消除和降低突出危險(xiǎn)性,減少了采掘工作面實(shí)施局部防突措施的工程量,為礦井生產(chǎn)布局提供了時(shí)間和空間,提高了生產(chǎn)效率,降低了后期生產(chǎn)成本;同時(shí)瓦斯抽采可減小礦井通風(fēng),提高礦井通風(fēng)質(zhì)量。

2.2 安全投入成本分析

安全投入包括人力、物力和時(shí)間的投入。物力投入主要包括技術(shù)、設(shè)施以及勞保用品投入(地面瓦斯抽采泵站、抽采管網(wǎng)、抽采計(jì)量裝置、區(qū)域預(yù)抽巷、抽采設(shè)備、瓦斯抽采泵站及其附屬設(shè)施等投入)。根據(jù)盤江礦區(qū)瓦斯抽采利用項(xiàng)目規(guī)劃(2016－2020年),區(qū)域預(yù)抽巷長(zhǎng)度新增1699 m,資金投入12084萬(wàn)元;抽采設(shè)備包括抽采鉆機(jī)100臺(tái),三機(jī)配套采面20面,綜掘機(jī)30臺(tái),運(yùn)輸設(shè)備45套,總資金投入147220萬(wàn)元;采區(qū)新增瓦斯泵18臺(tái),新增主管路長(zhǎng)度36677 m,相應(yīng)的總投資7545.62萬(wàn)元。

宣傳教育及培訓(xùn)投入主要包括前期新工藝、新技能、新設(shè)備進(jìn)行的相對(duì)應(yīng)培訓(xùn)以及后期的考核再培訓(xùn);再加上勞動(dòng)保護(hù)用品、工業(yè)衛(wèi)生等投入資金總計(jì)37萬(wàn)元。瓦斯抽采利用實(shí)施成本統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2。

表2 瓦斯抽采利用實(shí)施成本統(tǒng)計(jì)表

2.3 瓦斯抽采利用安全效益分析

(1)盤江礦區(qū)煤礦瓦斯抽采利用既是資源利用項(xiàng)目也是煤礦安全項(xiàng)目,其安全隱性效應(yīng)和顯性效應(yīng)都比較明顯。同時(shí)作為資源利用項(xiàng)目又有別于單純的煤礦安全項(xiàng)目。作為資源利用項(xiàng)目?jī)?yōu)先考慮的是項(xiàng)目資源開(kāi)采利用,項(xiàng)目的投入是以資源量和資源利用率為原則進(jìn)行投入,只要項(xiàng)目的持續(xù)投入能帶來(lái)直接產(chǎn)氣量的增加就能帶來(lái)直接經(jīng)濟(jì)效益的增加。瓦斯抽采利用投入產(chǎn)出關(guān)系如圖2所示。由圖2可以看出,隨著安全投入的增加瓦斯抽采量先是不斷增加隨后趨于平緩,說(shuō)明隨安全投入的增加,抽采技術(shù)設(shè)備的不斷完善,瓦斯抽采率和利用率達(dá)到相對(duì)較高水平,最大值取決于技術(shù)系統(tǒng)本身,瓦斯抽采量將保持平穩(wěn)。當(dāng)瓦斯抽采量增至82750.7 m3/a時(shí),成本增值C1為－2555萬(wàn)元/a,C1大大小于功能增值F1(82750.70－82601.05)×1.3＝194.54萬(wàn)元,此后邊際投入4618萬(wàn)元/a,邊際產(chǎn)出－1641.77萬(wàn)元/a,瓦斯抽采率和利用率達(dá)到相對(duì)較高水平,持續(xù)的安全投入將很難產(chǎn)生相應(yīng)的安全收益。

(2)盤江礦區(qū)煤礦瓦斯抽采綜合利用相比其他安全項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益明顯,瓦斯抽采利用作為資源利用項(xiàng)目能直接產(chǎn)生瓦斯并作為能源直接銷售產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益,同時(shí)能有效增加伴生煤的產(chǎn)量產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益。瓦斯抽采量和伴生煤產(chǎn)量跟成本投入關(guān)系如圖3所示。從圖3可以看出,隨著瓦斯抽采量的增加,伴生煤的產(chǎn)量也在增加,這說(shuō)明瓦斯抽采利用不僅增加瓦斯資源的直接經(jīng)濟(jì)效益,同時(shí)也增加伴生煤的直接經(jīng)濟(jì)效益,伴生煤產(chǎn)量由瓦斯抽采量直接決定。隨設(shè)備技術(shù)不斷提高,瓦斯抽采率和伴生煤產(chǎn)量達(dá)到相對(duì)最高值,投入的邊際產(chǎn)出(指微小的安全投入帶來(lái)的安全收益的增加)達(dá)到最大,隨后開(kāi)始逐步下降到達(dá)產(chǎn)出最大值。

圖2 瓦斯抽采利用投入產(chǎn)出關(guān)系

圖3 瓦斯抽采量和伴生煤產(chǎn)量跟成本投入關(guān)系

(3)盤江礦區(qū)瓦斯抽采利用項(xiàng)目間接安全效益明顯。煤礦瓦斯抽采綜合利用可以有效減少開(kāi)采時(shí)的瓦斯涌出,實(shí)現(xiàn)突出礦井向非突礦井的轉(zhuǎn)變,高瓦斯礦井向低瓦斯礦井的轉(zhuǎn)變,可以有效減少瓦斯隱患和各種瓦斯事故。通過(guò)大范圍開(kāi)采下保護(hù)層和抽采卸壓瓦斯,極大程度上解決了下保護(hù)層保護(hù)范圍內(nèi)煤層瓦斯的突出;通過(guò)下保護(hù)層瓦斯抽采,煤層的開(kāi)采及下保護(hù)層卸壓范圍內(nèi)瓦斯的抽采可使被保護(hù)的煤層瓦斯壓力得到有效釋放,被保護(hù)煤層中的集中應(yīng)力得以釋放,避免開(kāi)采上覆被保護(hù)煤層時(shí)煤層瓦斯突出和礦壓危害;通過(guò)優(yōu)先開(kāi)采下保護(hù)層,再開(kāi)采上覆被保護(hù)的煤層,這樣自下而上的開(kāi)采順序使得礦井水在首采工作面就得以釋放,開(kāi)采上覆被保護(hù)煤層時(shí),就避免了水害問(wèn)題。同時(shí),煤層瓦斯含量的降低有利于降低礦井巷道通風(fēng)設(shè)施投入以及礦井瓦斯治理的相關(guān)投入,能降低煤礦安全總投入。

2.4 盤江礦區(qū)煤礦瓦斯抽采利用對(duì)企業(yè)生產(chǎn)安全性的影響

根據(jù)盤江礦區(qū)瓦斯抽采利用的效益分析可知,在瓦斯抽采利用上新增抽采設(shè)備的投入最大,抽采設(shè)備及采掘系統(tǒng)的增加提高了企業(yè)的技術(shù)儲(chǔ)備,能有效提高企業(yè)采掘機(jī)械化程度及自動(dòng)化程度;煤礦瓦斯抽采利用可大幅度降低礦井風(fēng)排瓦斯涌出量,改善礦井通風(fēng)環(huán)境,2014年盤江礦區(qū)6對(duì)生產(chǎn)礦井平均瓦斯涌出量為638.46 m3/min(其中抽采瓦斯量為387.1 m3/min,平均風(fēng)排瓦斯量為251.36 m3/min),平均風(fēng)排瓦斯?jié)舛葹?.22%,礦井總瓦斯涌出量為3.36億m3,抽采瓦斯量為2.04億m3。通過(guò)技術(shù)途徑和規(guī)模抽采,加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管理,使礦井瓦斯風(fēng)排瓦斯涌出量降低50%以上,礦井安全生產(chǎn)環(huán)境得到根本性的改變。

由此,在瓦斯抽采利用上的投入將有效提高煤礦企業(yè)的技術(shù)研發(fā)能力、煤礦的安全生產(chǎn)環(huán)境水平以及采掘機(jī)械化水平,真正提高煤礦安全生產(chǎn)水平;同時(shí)瓦斯抽采利用能產(chǎn)出瓦斯資源,增加伴生煤產(chǎn)量,帶來(lái)直接經(jīng)濟(jì)效益,瓦斯抽采利用投資效益高、安全經(jīng)濟(jì)效益顯著。

3 結(jié)論

(1)盤江礦區(qū)瓦斯抽采綜合利用可以有效減小煤層瓦斯含量和瓦斯事故率,降低煤礦瓦斯災(zāi)害治理以及礦井通風(fēng)的安全投入,改善礦井開(kāi)采環(huán)境,降低煤礦總的安全投入,且能帶來(lái)瓦斯銷售方面的收入。盤江礦區(qū)瓦斯抽采綜合利用隨著投入相應(yīng)增加,瓦斯抽采量和伴生煤產(chǎn)量也相應(yīng)增加,可直接轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)效益,安全效益的直接經(jīng)濟(jì)效益明顯,安全效益的滯后性弱。

(2)隨著安全投入的增加,抽采技術(shù)設(shè)備的不斷完善,瓦斯抽采率和利用率達(dá)到相對(duì)較高水平,瓦斯抽采量將保持平穩(wěn),持續(xù)的安全投入將很難產(chǎn)生相應(yīng)的安全收益。

(3)盤江礦區(qū)瓦斯抽采利用將有效提高煤礦企業(yè)的技術(shù)研發(fā)能力和安全生產(chǎn)環(huán)境水平以及采掘機(jī)械化水平,真正提高煤礦安全生產(chǎn)水平,瓦斯抽采利用投資效益高,安全經(jīng)濟(jì)效益顯著。

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Comprehensive utilization and safety benefits of gas drainage in Panjiang mining area

Tang Zhipeng1,Long Zugen2,Zhang Mengya1,Ma Shu2
(1.School of Mining Engineering,Guizhou University,Guiyang,Guizhou 550025,China; 2.Guizhou Coal Mine Designing Research Institute,Guiyang,Guizhou 550025,China)

Aiming at studying on comprehensive utilization and safety benefits of gas drainage in panjiang mining area,this paper used safety economics theory and mining production safety index to establish evaluation model and analyze comprehensive utilization safety benefits characteristics and direct economical benefits of gas drainage,combined with the 13thfive-year plan of panjiang mining area gas drainage and utilization.The results showed that comprehensive utilization of gas drainage in panjiang mining area could effectively reduce the content of gas in coal seams and gas accident rate;with the increasing of related investment,the amount of gas drainage and associated coal production also increased and the direct economic profits of safety benefits was apparent;when gas drainage rate and utilization rate reached the relatively high level,the drainage amount would be steady and the continued safety input would achieve negative benefits; comprehensive utilization of gas drainage in panjiang mining area could effectively enhance technical development and research abilities and occupational safety environment and mechanization level of coal mines,which essentially improve coal mine safety production level and financial safety profits.

safety,gas drainage,coal mine gas,safety benefit,Panjiang mining area

TD712.6

A

唐志鵬(1990－),男,湖南祁陽(yáng)人,碩士研究生,研究方向:礦業(yè)安全經(jīng)濟(jì)。

(責(zé)任編輯 張艷華)

唐志鵬,龍祖根,張夢(mèng)雅等．盤江礦區(qū)煤礦瓦斯抽采綜合利用與安全效益分析[J]．中國(guó)煤炭,2017,43(1): 111－115．Tang Zhipeng,Long Zugen,Zhang Mengya,et．a(chǎn)l．Comprehensive utilization and safety benefits of gas drainage in Panjiang mining area[J]．China Coal,2017,43(1):111－115．