山西焦煤西山礦區(qū)“556”瓦斯治理模式創(chuàng)新與實(shí)踐

文/賀志宏 劉振明 何新礦 王 勇

“556”瓦斯治理模式，即嚴(yán)格五項(xiàng)工作制度，推進(jìn)五項(xiàng)瓦斯治理技術(shù)，強(qiáng)化六項(xiàng)裝備應(yīng)用

山西焦煤西山煤電公司西山礦區(qū)是我國(guó)典型的近距離非穩(wěn)定高突煤層群賦存條件，煤組間距大，上、下煤組間距普遍在70～80m，同一煤組間可采煤層間距普遍在20m以內(nèi)，半數(shù)以上小于10m；主采煤層透氣性系數(shù)低（0.1～1.0m2/MPa2·d）、瓦斯含量大（區(qū)域最大24m3/t），瓦斯壓力高（3.54MPa），是山西省乃至全國(guó)瓦斯治理難度最大的礦區(qū)之一。

西山礦區(qū)現(xiàn)有生產(chǎn)礦井8座，突出礦井3座，高瓦斯礦井4座，高突礦井占煤礦總數(shù)的87.5%。2009年以前，企業(yè)瓦斯綜合治理工作的發(fā)展極不平衡，同時(shí)，隨著開(kāi)采深度的不斷增加，瓦斯治理能力成為制約礦區(qū)生產(chǎn)能力和效率進(jìn)一步提升的瓶頸。2009年開(kāi)始，企業(yè)與平安瓦斯公司開(kāi)展戰(zhàn)略合作，引入行業(yè)先進(jìn)管理理念，以瓦斯治理示范礦井建設(shè)為契機(jī)，積極探索瓦斯防治新技術(shù)、新工藝，逐步形成“556”瓦斯治理西山模式，即嚴(yán)格五項(xiàng)工作制度，推進(jìn)五項(xiàng)瓦斯治理技術(shù)，強(qiáng)化六項(xiàng)裝備應(yīng)用。實(shí)踐表明，通過(guò)制度創(chuàng)新，技術(shù)引領(lǐng)，裝備升級(jí)，西山礦區(qū)瓦斯治理水平得到大幅提升，企業(yè)已連續(xù)十年實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。

一、“556”瓦斯治理模式的主要內(nèi)容

1.嚴(yán)格五項(xiàng)工作制度

（1）嚴(yán)格瓦斯超限追查問(wèn)責(zé)制度。消除瓦斯超限，是實(shí)現(xiàn)企業(yè)、煤礦乃至采掘工作面安全高效生產(chǎn)的前提和基礎(chǔ)。歷史表明，西山礦區(qū)十年安全生產(chǎn)史，就是一部瓦斯治理史。2010年以來(lái)，西山礦區(qū)企業(yè)始終踐行“瓦斯超限就是事故”的理念，實(shí)行“超限問(wèn)責(zé)、問(wèn)責(zé)嚴(yán)格，超控停產(chǎn)、越警（警戒值）追查”的瓦斯超限“零容忍”政策。通過(guò)出臺(tái)一系列的紅線管理制度，從根本上改變過(guò)去僵化的管理思想和行為模式，重新塑造了企業(yè)瓦斯安全文化環(huán)境。

（2）嚴(yán)格礦井通風(fēng)系統(tǒng)管理。通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠是瓦斯治理的關(guān)鍵和基礎(chǔ)；通風(fēng)系統(tǒng)的獨(dú)立和簡(jiǎn)單是穩(wěn)定、可靠的保證。

①合理規(guī)劃系統(tǒng)建設(shè)，保障通風(fēng)能力充足。為解決主力礦井通風(fēng)路線長(zhǎng)、阻力大、增風(fēng)困難等突出問(wèn)題，企業(yè)堅(jiān)持從設(shè)計(jì)源頭抓通風(fēng)系統(tǒng)建設(shè)，以井筒3km服務(wù)半徑、7km通風(fēng)流程為標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)施多風(fēng)井建設(shè)、分區(qū)域式通風(fēng)。以馬蘭礦為例，為提升南八新開(kāi)采區(qū)通風(fēng)能力，提前半年投運(yùn)一對(duì)南九進(jìn)、回風(fēng)井，形成“七進(jìn)五回”的礦井分區(qū)通風(fēng)格局。同時(shí)，通過(guò)合理劃分服務(wù)范圍，使地面主扇靜壓下降近500Pa。近年來(lái)，先后投運(yùn)了鎮(zhèn)城底礦八字山風(fēng)井、屯蘭礦北三風(fēng)井、馬蘭礦南九風(fēng)井，西曲礦麻子塔風(fēng)井和屯蘭礦南六風(fēng)井建設(shè)項(xiàng)目正穩(wěn)步推進(jìn)。

②采用新技術(shù)手段，優(yōu)（簡(jiǎn)）化通風(fēng)系統(tǒng)。隨著采場(chǎng)延伸，系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜，通風(fēng)管理愈加困難。2017年，礦區(qū)引進(jìn)三維通風(fēng)模擬仿真軟件Ventsim，通過(guò)數(shù)字建模、風(fēng)網(wǎng)解算、精準(zhǔn)分析，為優(yōu)（簡(jiǎn)）化通風(fēng)系統(tǒng)提供科學(xué)依據(jù)，取得顯著成效。2017年在西曲礦先試先行，利用三維模擬仿真系統(tǒng)分析結(jié)果，實(shí)施礦井采掘部署調(diào)整，封閉無(wú)用巷道，礦井有效風(fēng)量一次性提高了2670m3/min。目前，該系統(tǒng)已開(kāi)始在全集團(tuán)公司大型礦井推廣應(yīng)用，如斜溝礦借助軟件進(jìn)行模擬計(jì)算后，對(duì)石吉塔回風(fēng)斜井通風(fēng)系統(tǒng)實(shí)施降阻優(yōu)化，主扇負(fù)壓降低了440Pa、風(fēng)量增加了1200m3/min。

③優(yōu)選采煤工作面通風(fēng)方式，有效解決回風(fēng)隅角瓦斯問(wèn)題。在全面取消傳統(tǒng)的尾部橫川通風(fēng)、消除采空區(qū)通風(fēng)的隱患后，為更有效解決采面回風(fēng)隅角瓦斯，礦區(qū)開(kāi)始探索不同的采煤面通風(fēng)方式。2015年，屯蘭礦南四下組煤盤(pán)區(qū)率先實(shí)行充填墻沿空留巷“Y”型通風(fēng)，在采面絕對(duì)瓦斯涌出量近60m3/min、配風(fēng)量1700m3/min的條件下，徹底消除了回風(fēng)隅角瓦斯超限隱患。

（3）嚴(yán)格“三區(qū)聯(lián)動(dòng)”瓦斯治理制度?！叭齾^(qū)聯(lián)動(dòng)”是以煤炭開(kāi)采和瓦斯抽采工程的時(shí)間軸和空間軸為橫縱坐標(biāo)軸，以規(guī)劃區(qū)、準(zhǔn)備區(qū)和生產(chǎn)區(qū)作為點(diǎn)坐標(biāo)，系統(tǒng)地部署煤炭開(kāi)采與瓦斯抽采工程時(shí)空銜接和轉(zhuǎn)換。其實(shí)質(zhì)是從規(guī)劃、設(shè)計(jì)源頭抓瓦斯治理，同步實(shí)現(xiàn)瓦斯治理規(guī)劃與生產(chǎn)發(fā)展規(guī)劃最大程度的結(jié)合，井下現(xiàn)場(chǎng)瓦斯治理與采掘活動(dòng)最大限度地分離，最終形成瓦斯治理與安全生產(chǎn)的良性循環(huán)。

從2014年開(kāi)始，礦區(qū)各高突礦井以年度“四量平衡”為基準(zhǔn)，按照精排1年、細(xì)排3年、規(guī)劃5年的原則，逐年實(shí)施瓦斯綜合治理“三區(qū)聯(lián)動(dòng)”規(guī)劃編制工作。經(jīng)過(guò)近七年的廣泛實(shí)踐，瓦斯綜合治理“三區(qū)聯(lián)動(dòng)”工作穩(wěn)步推進(jìn)，成效顯著。

（4）嚴(yán)格“一礦一策，一面一策”瓦斯治理制度。“一礦一策，一面一策”體現(xiàn)的是統(tǒng)籌協(xié)調(diào)和差異化管理思想，必須堅(jiān)持目標(biāo)導(dǎo)向和問(wèn)題導(dǎo)向相統(tǒng)一的方法論。每年年底，根據(jù)各礦井瓦斯賦存、地質(zhì)構(gòu)造條件及瓦斯涌出規(guī)律，結(jié)合同煤層鄰近工作面瓦斯治理效果，多措并舉、合理選擇適用的技術(shù)手段和方法，組織制定礦井下一年度“一礦一策、一面一策”瓦斯治理措施。目前，礦區(qū)各煤礦都已形成各自適用且較為完備的瓦斯治理技術(shù)模式。

（5）嚴(yán)格技術(shù)創(chuàng)新引進(jìn)保障制度。企業(yè)之間的協(xié)作，是企業(yè)發(fā)展和運(yùn)用資源的戰(zhàn)略手段。近年來(lái)，西山煤電公司以技術(shù)創(chuàng)新促進(jìn)企業(yè)精益化管理為目標(biāo)，堅(jiān)持“走出去，引進(jìn)來(lái)”的發(fā)展理念，引進(jìn)吸收國(guó)內(nèi)外瓦斯治理先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)及技術(shù)成果，轉(zhuǎn)化為礦區(qū)適合的管理方法和技術(shù)工藝，進(jìn)一步降低企業(yè)瓦斯治理成本、縮短瓦斯治理時(shí)間。十年來(lái)，先后與數(shù)十家煤炭院校、科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行長(zhǎng)期合作，尤其是與煤礦瓦斯治理國(guó)家工程研究中心開(kāi)展的駐地戰(zhàn)略合作，從2009年一直延續(xù)到今天，不僅全面提升了礦區(qū)通風(fēng)瓦斯技術(shù)水平，而且促進(jìn)了企業(yè)瓦斯綜合治理能力的創(chuàng)新升級(jí)。

2.推進(jìn)五項(xiàng)瓦斯治理技術(shù)

（1）推進(jìn)大孔徑頂板走向長(zhǎng)鉆孔代替高抽巷技術(shù)，全面取消高抽巷治理瓦斯模式。在杜兒坪礦68310工作面、馬蘭礦18509工作面采用這一方法，代替高抽巷模式，效果顯著。68310工作面每個(gè)鉆場(chǎng)設(shè)計(jì)5個(gè)孔，孔徑Φ153/193mm，終孔高度為10.8～13.4倍采高，單孔抽采量（純量，下同）4～7m3/min，抽采總量25～32m3/min；18509工作面每個(gè)鉆場(chǎng)設(shè)計(jì)5個(gè)孔，孔徑Φ193mm，終孔高度為8～11倍采高，單孔抽采量2～4m3/min，抽采總量11～15m3/min，大于高抽巷（9.8m3/min，同面布置，同時(shí)抽采比對(duì)）實(shí)際抽采量。

（2）推進(jìn)大直徑煤柱鉆孔代替橫貫治理上隅角瓦斯技術(shù)。采用U型通風(fēng)系統(tǒng)的采煤工作面推廣布置瓦斯治理巷，通過(guò)大直徑煤柱孔（Φ450/500mm，工作面走向間距30m）代替橫貫埋管抽采工藝，逐步取消上隅角埋管（懸管）抽采措施，基本實(shí)現(xiàn)采煤面采空區(qū)瓦斯治理與回采作業(yè)最大限度地分離。如圖1所示。

圖1 大直徑煤柱孔代替橫貫埋管抽采工藝設(shè)計(jì)示意圖

（3）推進(jìn)底抽巷治理瓦斯技術(shù)?；谖魃降V區(qū)典型的近距離非穩(wěn)定高突煤層群賦存和開(kāi)采條件，布置底抽巷利用穿層鉆孔治理鄰近層瓦斯，是礦區(qū)突出礦井下組煤開(kāi)采的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)和手段，必須持續(xù)推進(jìn)。

（4）推進(jìn)煤層預(yù)抽增透技術(shù)。針對(duì)西山礦區(qū)開(kāi)采煤層透氣性低、預(yù)抽時(shí)間較長(zhǎng)的現(xiàn)狀，繼續(xù)推進(jìn)二氧化碳預(yù)裂及水力壓裂、割縫煤層增透技術(shù)，提高煤層透氣性，縮短預(yù)抽時(shí)間，確保預(yù)抽效果。

（5）推進(jìn)地面“U”型預(yù)抽鉆井及采動(dòng)裂隙帶地面“L”型抽采鉆井技術(shù)。在實(shí)施井下大直徑定向鉆孔代替高抽巷抽采的同時(shí)，為進(jìn)一步破解治理工程受井下巷道空間限制的難題，在局部區(qū)域?qū)嵤┑孛妗癓”型鉆井替代高抽巷瓦斯抽采技術(shù)。屯蘭礦在上組2#煤層12507回采工作面成功實(shí)驗(yàn)“L”型地面鉆井抽采技術(shù)，第一口井抽采瓦斯純量就達(dá)到8.8m3/min。

3.強(qiáng)化六項(xiàng)裝備應(yīng)用

（1）強(qiáng)化可視化三維通風(fēng)仿真模擬系統(tǒng)（Ventsim）應(yīng)用。全面規(guī)范仿真系統(tǒng)數(shù)據(jù)更新及日常維護(hù)。通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整必須進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)模擬，以確定最優(yōu)系統(tǒng)調(diào)整方案。

（2）強(qiáng)化瓦斯抽采鉆孔施工“一鉆一視頻”應(yīng)用。全面使用“一鉆一視頻”裝置開(kāi)展抽采進(jìn)尺驗(yàn)收工作，取消專人現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收，實(shí)現(xiàn)鉆孔驗(yàn)收自動(dòng)化，鉆孔施工全過(guò)程管控。

（3）強(qiáng)化瓦斯抽采動(dòng)態(tài)達(dá)標(biāo)評(píng)判系統(tǒng)應(yīng)用。持續(xù)推進(jìn)瓦斯抽采動(dòng)態(tài)達(dá)標(biāo)評(píng)判系統(tǒng)建設(shè)，推動(dòng)瓦斯抽采達(dá)標(biāo)評(píng)判工作規(guī)范化、自動(dòng)化、信息化。

（4）強(qiáng)化定向鉆機(jī)應(yīng)用。加快推進(jìn)普通鉆機(jī)的定向化改造和購(gòu)置新的定向鉆機(jī)，滿足精準(zhǔn)打鉆需求。

（5）強(qiáng)化千米鉆機(jī)消突技術(shù)應(yīng)用。大力推進(jìn)千米鉆機(jī)定向鉆孔聯(lián)合消突措施，利用定向鉆孔軌跡實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸特性，提升區(qū)域防突措施鉆孔的施工精度。

（6）強(qiáng)化地面瓦斯抽采系統(tǒng)應(yīng)用。取消井下移動(dòng)泵站抽采，對(duì)運(yùn)行時(shí)間超過(guò)十年以上及運(yùn)行效率低的地面抽采泵站進(jìn)行更新改造，確保系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

二、西山礦區(qū)瓦斯治理模式的實(shí)踐效果

1.礦區(qū)瓦斯超限次數(shù)顯著下降

通過(guò)實(shí)踐“556”瓦斯治理模式，礦區(qū)杜絕了重大瓦斯事故，并且在伴隨采掘延深、瓦斯涌出量逐漸增大的情況下，瓦斯超限事故從起步階段的446次/年，降至2012年以后的0～2次，2017-2020年8月更是實(shí)現(xiàn)了瓦斯“零超限”的目標(biāo)，瓦斯治理安全效果顯著。

2.礦區(qū)先進(jìn)產(chǎn)能得到釋放，生產(chǎn)效率大幅提升

2010年以來(lái)，通過(guò)實(shí)踐“556”瓦斯治理模式，礦區(qū)生產(chǎn)能力得到持續(xù)釋放，瓦斯已不再成為礦區(qū)煤礦產(chǎn)能限制的主導(dǎo)因素。近幾年，受地方政府調(diào)控和國(guó)家對(duì)煤炭去產(chǎn)能政策因素影響，礦區(qū)8對(duì)礦井實(shí)際產(chǎn)能控制在2500萬(wàn)噸左右，治理效果并未直觀反映在生產(chǎn)規(guī)模的持續(xù)擴(kuò)大，最終體現(xiàn)為生產(chǎn)效率的穩(wěn)步提高。如今，在裝備相同條件下，采煤工作面完成計(jì)劃生產(chǎn)任務(wù)平均時(shí)間較過(guò)去減少了30%；突出煤層掘進(jìn)工作面月單進(jìn)水平平均提高25%以上。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前礦區(qū)8對(duì)礦井回采煤量可采期均在10.3～22個(gè)月，遠(yuǎn)超不少于5個(gè)月的最低要求，產(chǎn)能有較大的提升空間。

三、結(jié)語(yǔ)

針對(duì)西山礦區(qū)典型的近距離非穩(wěn)定高突煤層群賦存和開(kāi)采條件,引入行業(yè)先進(jìn)管理理念，積極探索瓦斯防治新技術(shù)、新工藝，經(jīng)過(guò)十年的深耕厚植，形成符合礦區(qū)實(shí)際的“556”瓦斯治理西山模式。“556”瓦斯治理模式實(shí)施以來(lái)，礦區(qū)瓦斯超限次數(shù)顯著下降，2017年以來(lái)連續(xù)4年實(shí)現(xiàn)瓦斯“零超限”的中期目標(biāo)；通過(guò)多年持續(xù)有效的治理，礦區(qū)生產(chǎn)能力持續(xù)釋放，生產(chǎn)效率穩(wěn)步提高，已連續(xù)十年實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)，效果十分顯著。

實(shí)現(xiàn)礦區(qū)瓦斯安全是一項(xiàng)系統(tǒng)性工程，需要通過(guò)制度創(chuàng)新,技術(shù)引領(lǐng)，裝備升級(jí)，需要打好組合拳，須用重落實(shí)、嚴(yán)防控、強(qiáng)管理作保障，亦即制訂的目標(biāo)要切合實(shí)際，推行的制度執(zhí)行“紅線”管理，保證的項(xiàng)目要嚴(yán)格落實(shí)，這是瓦斯治理西山模式得以成功的三大底層邏輯。