平頂山礦區(qū)鉆孔抽采瓦斯治理成本研究

張福旺

(中國平煤神馬集團，河南省平頂山市，467000)

長期以來，礦井瓦斯被認為是煤礦安全生產的“頭號殺手”，因此，成功抽采礦井瓦斯是突出礦井實現(xiàn)安全生產的前提。治理瓦斯可以減少煤礦瓦斯災害、提高生產效率和經濟效益、改善礦區(qū)生存環(huán)境和提高生活質量、促進礦區(qū)及周邊地區(qū)可持續(xù)發(fā)展。

中國平煤神馬集團高度重視瓦斯治理工作，按照按需投入的原則治理瓦斯。為了掌握成本支出，提高效率效益，需要分析瓦斯治理成本，指導企業(yè)經營管理。采用作業(yè)成本管理的方法研究瓦斯治理成本，通過分析作業(yè)流程、研究作業(yè)動因、深入分析成本影響因素，不僅為瓦斯成本的剝離提供了思路，也為瓦斯治理成本研究奠定了基礎。該研究對企業(yè)治理瓦斯的成本管理有重大借鑒意義，同時也為計算成本提供了可操作性的平臺，為企業(yè)強化成本管理、指導瓦斯治理利用提供了重要借鑒。

1 平頂山礦區(qū)瓦斯治理路線

隨著礦井開采深度的延深，尤其是已進入深部開采的平頂山東部礦區(qū)及以開采堅硬頂板、低滲透、高吸附煤層為主的平禹礦區(qū)，以瓦斯壓力和地應力為主的復合動力災害愈加嚴重，已經成為制約集團安全生產的瓶頸。2008年以來，中國平煤神馬集團大打區(qū)域瓦斯治理攻堅戰(zhàn)，在煤與瓦斯突出防治技術方面進行了大量的探索和研究，根據(jù)平頂山礦區(qū)煤層瓦斯地質條件，在礦區(qū)范圍內同時開展保護層開采和鉆孔預抽煤層瓦斯的方法治理煤層瓦斯。

按照“能保必保、應抽盡抽”的瓦斯治理原則，依據(jù)礦區(qū)煤層賦存條件，確定組間保護、組內保護的區(qū)域治理線路。平頂山礦區(qū)主采煤層分別為丁組(五)、戊組(四)、己組(二)、庚組(一)，組間距分別為：丁組-戊組平均83 m，戊組-己組平均180 m，己組-庚組平均52 m。組間保護主要是丁組-戊組、己組-庚組相互保護；組內保護主要是己15煤層保護己16-17煤層，戊8煤層保護戊9-10煤層。

綜合分析礦區(qū)瓦斯賦存規(guī)律及煤與瓦斯突出特征，針對不具備開采保護層條件的丁組、庚組、己組和戊組煤層，按照單一突出煤層區(qū)域瓦斯防治技術線路執(zhí)行。煤巷掘進治理路線為：原始瓦斯壓力小于1.5 MPa的突出煤層，根據(jù)《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》(2009)，采用頂(底)板巖巷穿層鉆孔預抽煤層瓦斯的區(qū)域防突措施，如圖1所示；原始瓦斯壓力大于等于1.5 MPa的突出煤層，采用頂(底)板巖巷穿層鉆孔預抽煤層瓦斯的區(qū)域防突措施和水力沖孔、水力壓裂、松動爆破等卸壓增透措施，提高瓦斯防治效果。治理具有突出危險性的采煤工作面瓦斯的技術路線是：在機、風巷施工順層鉆孔或在底抽巷施工穿層鉆孔預抽區(qū)段煤層瓦斯，根據(jù)采面布置和瓦斯地質情況選擇另施工專用瓦斯抽采高位巷抽采裂隙帶瓦斯和上隅角瓦斯或在工作面中部施工中間底抽巷抽采中部的治理薄弱區(qū)。

圖1 穿層條帶+平行鉆孔預抽示意圖

2 鉆孔抽采瓦斯成本分析模型

采用作業(yè)成本管理的方法研究瓦斯治理成本，作業(yè)成本管理(ABM)是以作業(yè)成本為成本計量手段，通過深入到企業(yè)生產經營管理過程的作業(yè)層次，把產品成本經由作業(yè)同資源消耗直接聯(lián)系起來。

鉆孔抽采瓦斯是在已經施工的巖(煤)巷施工穿(順)層鉆孔，鉆孔施工結束后，利用封孔裝置封堵鉆孔，再連接到抽采管路，經由抽采泵站抽到地面。本文僅研究從鉆孔抽采瓦斯的成本和費用。

2.1 作業(yè)動因的構成

鉆孔抽采瓦斯是多步驟的，故而將作業(yè)構成在不同的成本庫中予以歸集，可劃分為3個部分，分別是高(低)抽巷掘進成本、鉆孔工程費用、輔助工程費用，如圖2所示。

圖2 鉆孔抽采瓦斯作業(yè)動因的構成

2.2 作業(yè)成本的構成

經過現(xiàn)場調研，將瓦斯的開采成本按照作業(yè)程序逐一剝離出來。

(1)高抽巷掘進成本。高抽巷的掘進成本主要包括進尺數(shù)(每建設1 m高抽巷所需資金)、材料費、人員工資、福利費、折舊、電力費、修理費、租賃費和其他支出等主要成本要素。

(2)鉆孔施工運行成本。鉆孔施工的運行成本主要包括材料費、人員工資、福利費、電力費、折舊費和其他支出。其中，材料項目明細有木材、支護用品、火工用品、大型材料、配件、專用工具、勞保用品、建工材料、油脂、乳化液及其他材料。

(3)輔助費用。主要包括瓦斯基本參數(shù)測定、補充施工鉆孔、局部瓦斯抽采等。

2.3 計算依據(jù)

計算各項主要瓦斯抽采工程消耗的材料、燃料動力、職工薪酬費用(工程量×單價)。

單價：巖巷2.0萬元/m、穿層鉆孔1.28萬元/100 m；順層鉆孔0.85萬元/100 m。

輔助工程費用按照主要工程(巖石巷道工程和鉆孔工程)的15%計算。

3 鉆孔抽采瓦斯治理成本的實地研究

3.1 鉆孔抽采瓦斯治理成本分析

因平頂山東部礦區(qū)煤層瓦斯壓力大，治理工藝復雜；西部瓦斯相對較小，治理工藝相對簡單，故將平頂山礦區(qū)的鉆孔抽采煤層瓦斯成本統(tǒng)計分為東部礦區(qū)鉆孔抽采瓦斯成本和西部礦區(qū)鉆孔抽采瓦斯成本。

3.1.1 平頂山東部礦區(qū)瓦斯治理成本

平頂山東部礦區(qū)噸煤瓦斯治理成本統(tǒng)計見表1。由表1可知，平頂山東部礦區(qū)噸煤鉆孔抽采瓦斯治理成本為44.4～150.5元/t。治理成本最高的地點為十二礦、最低的地點為首山一礦，首山一礦的瓦斯治理成本為十二礦的29.5%。

表1 平頂山東部礦區(qū)噸煤瓦斯治理成本統(tǒng)計

注：順層按照85元/m、穿層按照128元/m、水力沖孔按照255元/m計算

3.1.2 平頂山西部礦區(qū)瓦斯治理成本

平頂山西部礦區(qū)噸煤瓦斯治理成本統(tǒng)計見表2。由表2可知，平頂山西部礦區(qū)噸煤鉆孔抽采瓦斯治理成本為11.8～50.3元/t。治理成本最高的地點為一礦、最低的地點為二礦，二礦的瓦斯治理成本為一礦治理成本的23.5%。

表2 平頂山西部礦區(qū)噸煤瓦斯治理成本統(tǒng)計

注：順層按照85元/m、穿層按照128元/m、水力沖孔按照255元/m計算

3.1.3 瓦斯治理成本構成比重

瓦斯治理成本中，各部分所占比例統(tǒng)計見表3。由表3可知，巖石巷道掘進費用占比46.06%，是最高的；其次是穿層鉆孔費用占比24.76%。

3.2 瓦斯治理成本影響因素分析

3.2.1 區(qū)域差別大

平頂山東、西部礦區(qū)的鉆孔抽采瓦斯治理成本差別大，東部礦區(qū)平均瓦斯治理成本為73.8元/t，是西部礦區(qū)平均瓦斯治理成本28.2元/t的2.6倍，主要有以下幾個影響因素：

(1)壓力、含量差異大。平頂山東部礦區(qū)煤層瓦斯壓力、含量均高于西部，東部礦區(qū)的煤層瓦斯壓力最高6.6 MPa，平均2 MPa以上，煤層瓦斯含量最高20 m3/t；西部礦區(qū)的煤層瓦斯壓力最高為六礦戊組的2.45 MPa，平均0.7 MPa，煤層瓦斯含量最高16 m3/t。

(2)治理方式不同。平頂山東部礦區(qū)普遍采用巖巷掩護煤巷掘進的方式治理瓦斯，鉆孔間距為測試抽采半徑的最小值，在治理過程中遇見異常區(qū)段補孔較多，治理過程中采用增透措施較多，區(qū)域綜合防突措施施工后，局部綜合防突措施補充；平頂山西部礦區(qū)的治理強度相對較弱。

表3 治理成本中各部分所占比例統(tǒng)計表

3.2.2 成本與煤層瓦斯壓力、含量成正相關

噸煤瓦斯治理成本與瓦斯壓力、含量有關，平頂山東部礦區(qū)的煤層瓦斯壓力在1.5 MPa以上、含量在15 m3/t以上；平頂山西部礦區(qū)的煤層瓦斯壓力在0.5 MPa以上、含量在6 m3/t以上；東部礦區(qū)的噸煤成本是西部礦區(qū)的2.6倍。由此可見，煤層瓦斯壓力越大、含量越高，瓦斯治理成本越高。

3.2.3瓦斯治理成本與煤厚成反相關、與層間距成正相關

噸煤瓦斯治理成本與煤厚有關，煤層厚度越大，噸煤瓦斯治理成本越低，己15-17-11111采面(走向745 m×傾向160 m=119200 m2)瓦斯治理總投入7681萬元，己15-17220采面(走向1000 m×傾向150 m=150000 m2)瓦斯治理總投入7523萬元，但是己15-17220采面的噸煤瓦斯治理成本是己15-17-11111采面的2.4倍。

(1)噸煤成本與煤厚成反相關。通過計算，以采煤工作面的走向長1000 m、傾斜長200 m、煤厚1 m、2 m、3 m、4 m、煤巷條帶穿層鉆孔間距5 m、順層鉆孔間距5 m為例，噸煤瓦斯治理成本與煤厚成反比，如圖3所示。由圖3可知，煤層厚度越大，瓦斯治理成本越低。

(2)噸煤成本與層間距成正相關。通過計算，以采煤工作面的走向長1000 m、傾斜長200 m、煤厚3 m、煤巷條帶穿層鉆孔間距2～10 m(正整數(shù))、順層鉆孔間距5 m為例，噸煤瓦斯治理成本與層間距成正比，如圖4所示。由圖4可知，層間距越大，瓦斯治理成本越高。

圖3 噸煤瓦斯治理成本與煤厚的關系圖

圖4 噸煤瓦斯治理成本與層間距的關系圖

(3)鉆孔抽采瓦斯治理成本構成。噸煤成本中，巖石巷道工程費用占比最高，為46.06%；穿層鉆孔占24.76%；順層鉆孔占17.71%；輔助工程占9.75%；水力沖孔占1.72%。

(4)在煤巷條帶治理過程中，鉆孔費用與巖巷費用的關系，如表4和圖5所示，表4中的比例為鉆孔費用除以巖巷費用的數(shù)值。由表4和圖5可知，煤厚越厚，鉆孔費用與巖巷費用的比值越大。

表4 鉆孔費用與巖巷費用的關系統(tǒng)計表

圖5 鉆孔費用與巖巷費用的比值圖

由以上分析可以看出，影響鉆孔抽采瓦斯治理成本的關鍵因素是煤層瓦斯壓力和含量、煤層厚度、層間距，煤層瓦斯壓力、含量是影響瓦斯治理的關鍵因素。

4 鉆孔抽采瓦斯治理效果

4.1 安全回采效率及煤巷掘進速度

經過治理，煤巷掘進速度提高了2～3倍，采面安全回采效率提高2倍以上，實現(xiàn)了煤巷快速掘進和采面的安全高效回采，如表5所示。

表5 治理后煤巷掘進速度及采面安全回采效率統(tǒng)計

4.2 瓦斯發(fā)電量

統(tǒng)計2015-2017年度平煤股份八礦、十二礦、首山一礦的發(fā)電量，僅上述3個礦共計發(fā)電量9056萬kWh，如表6所示。

表6 瓦斯利用發(fā)電量統(tǒng)計 萬kWh

5 結語

采用作業(yè)成本管理的方法研究瓦斯治理成本，通過分析瓦斯治理成本庫，根據(jù)實際情況統(tǒng)計采用鉆孔抽采的方式治理瓦斯的成本，根據(jù)成本分析發(fā)現(xiàn)：平頂山東、西部礦區(qū)瓦斯治理成本差異大，東部瓦斯治理成本是西部的2.6倍；在治理成本各部分中，巖石巷道掘進費用占比最高，為46.06%；鉆孔抽采瓦斯治理成本與煤層瓦斯壓力和含量成正相關、與煤厚成反相關、與層間距成正相關。

通過分析,掌握了目前平頂山礦區(qū)的鉆孔抽采瓦斯治理成本的水平，為其他煤炭企業(yè)瓦斯開發(fā)利用的成本研究提供了借鑒意義。但瓦斯治理成本會因開采工藝的不同而不同，成本要素的核算要符合成本動因的需求。