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实施瓦斯治理与利用技术是实现煤矿安全生产的保障

2006-03-14   来源:安全文化网    热度:   收藏   发表评论 0

摘要 阐述了瓦斯治理与利用技术的基本内涵及其实施所取得的成效。实践证明科学的瓦斯治理技术是煤矿控制瓦斯的核心,瓦斯治理工程是煤矿安全管理中的治本工程;瓦斯利用技术的实施是煤矿瓦斯抽放技术链的最佳延伸,既利用能源,又保护环境,还增加企业收入。实施瓦斯治理与利用技术,是实现煤矿安全生产的保障,利国利民。关键词 瓦斯治理,瓦斯利用技术,安全生产

1.  前言

    瓦斯是与煤炭共同伴生的优质洁净能源,主要成分是甲烷(CH4),是一种宝贵的资源财富。原始状态的瓦斯赋存于煤层或邻近煤层的岩层中,质量比空气轻,具有一定的释放压力。在煤矿开采过程中,随着煤岩层的移动而释放出来,极易引发瓦斯突出、爆炸、燃烧等恶性伤亡事故,是煤矿安全生产的大敌,时常引起重特大瓦斯事的发生。

    多年来,铁煤集团公司始终坚持瓦斯治理和利用技术的研究与应用,经过实践,总形成了一整套符合铁法矿区实际的治理瓦斯技术和安全管理理念。那就是全面贯彻“安全第一,预防为主”和“先抽后采、监测监控、以风定产”的方针,不断实施和创新瓦斯抽放技术,坚持“管理、装备、培训”并重的原则,严格落实“一通三防,责任制,加大安全投入,加大现场瓦斯治理力度,通过强化矿井质量标准化和职工技术培训,夯实安全基础。在治理瓦斯方面取得了理想的效果。回收利用了大量的优质洁净能源,提高了企业经济效益,减少了对大气的污染,保障了煤矿的安全生产。安全生产形势逐年好转,1991至2004年,连续多年杜绝了瓦斯、煤尘等重大恶性事故,百万吨死亡率控制在0.5以下。特别是2002年全年没有发生亡人事故,实现了安全生产的最好水平。

2.铁法矿区概况

    铁法煤业(集团)公司是由原铁法矿务局改制而成。始建于1958年,现有8个生产矿井,核定生产能力为年产煤炭2199万t,2004年实际生产煤炭2162万t。集团公司下属有32个子公司和分公司,职工总数为4.5万人。铁法矿区位于辽宁省的北部,距沈阳市100 Km,矿区由铁法、康平、康北3个煤田组成,煤种以长焰煤为主,气煤次之。属低硫、低磷优质动力用煤。铁法煤由地质构造复杂,火层岩侵入频繁,煤层中瓦斯含量较高,所有的煤层均属于高瓦斯易自燃煤层,并有煤与瓦斯突出现象,瓦斯储量为293亿m3。2004年全公司瓦斯绝对涌出量为356.87m3/min,采煤工作面单面绝对瓦斯涌出量最高达138 m3/min。煤层自然发火期为3 -6个月,最短为20天。煤尘有爆炸危险,爆炸指数为41.8%~65.O%。九十年代以前曾发生多起瓦斯爆炸和井下火灾事故,伤亡多人,给人民生命和国家财产造成很大损失。

3.以瓦斯抽放为核心,全面实施瓦斯综合治理技术

    瓦斯治理,通风是治标,抽放是治本。伴随着煤炭生产的发展,煤矿开采强度的加大,大量的瓦斯释放出来,给煤矿的安全生产带来极大威胁。为实现安全生产,保障职工的生命安全,降伏瓦斯——这个煤矿开采中最大的安全隐患,在立足瓦斯抽放的基础上,加大了瓦斯综合治理力度。

3.1建立可靠的瓦斯抽放系统

    在搞清各煤矿瓦斯地质和瓦斯释放规律的基础上.结合各矿的实际情况,确立了以抽为主,风排为辅的瓦斯治理原则,为各矿建立了可靠的瓦斯抽放系统,现已建成11座瓦斯抽放系统,共安装大功率瓦斯抽放泵37台,井下铺设瓦斯抽放主干管道200多公里。装备了大批瓦斯抽放钻机。并多次对瓦斯抽放系统进行增能力改造,将瓦斯抽放泵改造为大功率抽放泵。配套的抽放主干管径由原来的Φ108~Φ159mm均增加为中299Φ~Φ425mm,使整体抽放能力提高了近3倍以上。   

3.2确定科学的抽放方法,提高瓦斯抽放率

    铁法煤田煤系地层属晚侏罗系上部含煤组,共含煤20层,可采12层,可采总厚度平均35 m,最厚达70多米。各煤层均属高等植物形成的腐殖煤,煤层孔隙度较小,煤层中瓦斯主要为吸附瓦斯,吸附瓦斯所占比例为55%~95%。煤层渗透系数为0.1~O.2 m2/(MPa·d),属于低渗透系数煤层。

1992年以来,联合国UNDP组织和亚太经合组织煤层气回收与利用示范项目,在铁法矿区先后获得成功经验的基础上,结合矿区的实际,学习借鉴国内外在治理瓦斯方面的先进技术,使得瓦斯抽放工作得到快速发展。

3.2.1抽放方法多样化

    在实践中总结出十多种有效的瓦斯抽放方法,如地面垂直采空区钻井法、井下水平长钻孔抽取法、地面原始煤层压裂井抽取法、井下斜交钻孔法、井下斜交长钻孔下套管法、顶板瓦斯道法、内外错尾巷法、井下回风高位瓦斯道抽取法、采空区密闭抽取法、采空区上隅角埋管抽取法、井下下向孔抽取法、甲烷富集区抽取法、本层预抽法等抽放方法,使瓦斯抽放技术不断创新发展。

3.2.2抽放方法科学化

    针对铁法煤田煤层透气性系数较低,只能进行邻近层,尤其是上邻近层抽放的特点,在总结项板矿压显现规律的基础上,摸索出了顶板在X、Y、Z三维坐标空间里的活动规律,考证了不同煤层老项初次来压、周期来压的步距、时间,以指导打钻抽放瓦斯的设计施工工作,实现了科学化管理。针对不同的条件,采用灵活多变的抽放方法。如大兴矿北-405地面采空区钻井抽取瓦斯技术,是联合国UNDP组织煤层气开发示范技术,工作面在1995年采过后,对应的下层煤北-701工作面仍然利用北-405地面这3口井抽取瓦斯,回风流中瓦斯控制在0.5%以下,实现了安全生产。这样的抽放立井在大兴井田已完成12口。其它矿井也开始应用这项技术。

3.2.3不断完善瓦斯抽放工艺

    在瓦斯抽放工作中,专门对瓦斯抽放钻场、钻孔参数进行了多方位探讨,尝试了几种瓦斯抽放钻场形式及钻孔布置方法,先后进行了巨型钻场、直角三角形钻场、等腰三角形钻场及高位巨型钻场等试验,经优选确定以等腰三角形钻场形式为最佳的抽放钻场和钻孔参数。其优点是:控顶面积最小,回采过钻场时顶板管理容易,不易造成钻场瓦斯积聚,便于打钻施工,减少钻场煤壁暴露面积,从而减少煤帮松动范围,有利于封孔等。钻场间距经过实践由原来的90m逐步缩短为80m、70m、60m、50m、40m、30m。按各矿井的地质条件,工作面回采速度的要求,钻场间距以30~56 m为最佳。钻孔方位角在20~30°之间,倾角在10~30°之间,终孔位置处在采空区裂隙及下沉带内,终孔点投影距回风顺槽25~60 m为最佳。

    随着抽放方法和抽放工艺及钻孔参数的不断优化,使矿井瓦斯抽放率由原来的10~20%,提高到45~51%。采区抽放率由原来的20~30%,提高到45~55%,最高达70%以上。年抽放纯瓦斯量以1000多万m3的速度递增,2004年瓦斯抽放量达8000万m3以上。

    通过努力,明确了标本兼治是治理瓦斯的根本方法,建立了“以抽为主,风排为辅”的管理理念,使瓦斯治理工作逐渐趋于完善。这样既抽出了大量的瓦斯,又使采煤工作面配风量大幅度下降,空气质量提高了,工作面、矿井的自然发火几率却减少了,真正尝到了治理瓦斯以抽放治本的甜头。

3.3建立可靠的瓦斯监测监控和防灾抗灾系统

    依靠先进的科学技术,不断提高煤矿的安全装备水平,提高煤矿整体抗灾能力,是治理瓦斯的根本保证。

3.3.1建立可靠的瓦斯监测监控

    各矿井均建有先进的瓦斯监测监控系统,共有9个中心站,18台主机,155台分站,其中KJ2000型7套,森透里昂600型2套,森透里昂500型1套。先后对矿井瓦斯监测监控系统进行了两次升级改造,使监测功能得到了加强,故障率降至最低,监测监控覆盖面达100%,实现了计算机自动控制,瓦斯超限自动断电,实现了全公司数字化监测监控系统联网。掘进工作面均实现了“三专两闭锁”,各种仪器仪表齐全,性能先进,灵敏可靠。

3.3.2建立了防火和综合防尘系统

    各矿井均建立了防火和综合防尘系统,共有注浆站14座,防火专用储水池19座。各矿均设有气体分析室,装备一氧化碳检定器138台,色谱分析仪16台。定期对井下采掘场所及密闭空间的气体进行化验分析,做到防患于未然。各矿均建立了综合防尘系统,全公司共设有净化风流水幕260处,转载点喷雾297处,隔爆设施148处。测尘仪17台,建立了煤尘清洗制度,共铺设防尘专用管路260649m,定期清洗煤尘。

3.3.3建立稳定可靠的通风系统

    为了保证各矿井有足够的通风能力,全公司共安装了矿井主要通风机32台,额定风量133980 m3/min,现实际风量79402 m3/min,矿井负压一直控制在300 mmH20以下。各矿井均备有充足的通风能力,而且通风系统合理、稳定、安全、可靠。对局部通风机进行大幅度更新,先后购置200多台大功率对旋局部风机,长距离掘进工作面均使用45×2、55×2大功率局部通风机,同时采用大直径风筒(1-1.2m),保证了掘进工作面的风量。建有通风设施1307道,其中永久风门504道,临时风门131道,永久密闭493道,临时密闭74道测风站105个。这些通风设施质量标准高,位置合理,符合煤矿安全生产的需要,满足矿井安全生产需要。

3.3.4建设现代化的生产系统

    为了提高采掘装备档次,组织现代化大生产,在不断优化采区及工作面设计同时,先后购进了一大批国产大功率成套综采设备、综采放顶煤设备、全自动化刨煤机设备、大功率综掘机和其它采掘移动设备等国内外先进装备,使采掘机械化程度均达到98%以上。推广巷道锚杆支护技术,攻破了软岩巷道支护技术难关。将信息化技术应用到各生产系统中,不断扩大自动和集中控制的覆盖面。各矿井实行了一矿一面、一矿二面的生产格局,实现了高产高效集约化生产。

    “一通三防”及生产系统技术装备水平的逐年提高,为瓦斯综合治理奠定了坚实的基础,给安全生产创造了优越的条件,使矿井整体抗灾能力大幅度提升。

3.4建立正常的安全生产秩序  

    强化科学管理,将各项安全生产法律法规和规章制度落到实处,建立正常的安全生产秩序,是控制瓦斯事故的根本保证。

3.4.1强化日常瓦斯管理工作

    在矿井瓦斯管理方面,始终坚持“以人为本"的原则,注重现场瓦斯检查及治理,不断扩大瓦斯检查及监控范围,使瓦斯治理工作关口前移。在瓦斯检查上,根据铁法矿区的开采实际,增加了测点数量,完善了测点布置。瓦斯检查员不但检查工作面、上隅角、回风流及回风硐室的瓦斯浓度,同时检查运回顺高顶、工作面后三角点30m煤壁及回顺软硬邦处的瓦斯,放顶煤综采工作面放煤口等风流中的瓦斯。检查结果不但要及时汇报,而且在手册上要详细记录。始终坚持重点工作面派2~3名工作认真、业务精通的瓦斯检查员盯岗,并配备随机瓦斯检查员的措施。瓦斯监控增设上隅角瓦斯传感器,随时掌握上隅角瓦斯涌出情况。在瓦斯管理上形成了层层有人管、层层有人抓、层层有专人负责的良好局面。有突出危险的矿井.严格按“四位一体”综合防突措施执行。这些措施的落实,有效地控制了瓦斯积聚现象,防止了瓦斯事故的发生。

3.4.2强化通风管理,杜绝瓦斯超限

    矿井通风管理的核心是以风定产,也是治理瓦斯的主要手段。处理好通风与生产的关系,必须遵循两个原则:一是“通风为生产服务”的原则,由矿井通风基本任务所决定:二是“生产(含开拓、采掘设计、巷道布置)必须服从合理通风规律"的原则,不遵循合理的通风规律将为瓦斯爆炸、火灾灾害的发生和救灾带来很大的隐患。我们始终坚持“以风定产”的原则,强化通风系统管理,使矿井通风系统合理稳定,安全可靠。杜绝了矿井、采区超通风能力生产,确保了煤矿生产过程中的安全。

4.  以瓦斯利用促进瓦斯抽放,全面实施瓦斯利用技术

    瓦斯是有害气体,同时也是绿色的优质清洁能源。可用作燃料、燃气轮机发电和化工原料。在实施瓦斯控制技术、抽取回收大量瓦斯、保证煤矿安全生产的同时,积极实施了瓦斯利用技术,变害为宝,将抽取的瓦斯输送到周边城市,供民用燃气和工业生产用气。

4.1建立先进可靠的瓦斯集供系统

    矿区从1985年开始利用瓦斯,经过多年的努力,瓦斯利用已初具规模,先后建成了矿区瓦斯回收储存、调配输送系统,借鉴日本政府绿色援助铁法矿区煤层气回收利用项目的经验,已建成5个利用系统,9个瓦斯抽放站提供气源,铺设地面输气管路150多公里,实现了矿区瓦斯输送气联网,建有7座储气罐,储气能力为11万m3。形成了功能齐全,设备先进,气源互补,有机调节的瓦斯供气网络。

4.2积极开发市场扩大供气范围

    利用矿区靠近沈阳、铁岭等城市较近的优势,积极开发新的瓦斯供气市场,现已实现了向调兵山市、铁岭市、开原市、清河区等城市输供瓦斯气。到目前为止,瓦斯气用户已达10多万户,其中铁岭市用户6.5万户,矿区3.8万户。瓦斯利用率达到36%以上。从2004年开始,瓦斯利用向工业用户扩展,已实现供给沈阳市陶瓷制造工业燃用。我们始终从安全、资源、环保的角度出发,立足瓦斯抽放,坚持瓦斯抽放与利用两条腿走路、滚动式发展,实现了变废为宝、保护环境的目的。瓦斯利用技术的实施,使大量的优质洁净能源得到了充分利用,创造了较高的经济效益和社会效益,减少了环境污染和温室效应,发展壮大了矿区煤层气产业。

5.结束语

    实践证明,科学的瓦斯治理技术,是煤矿控制瓦斯的核心技术,瓦斯治理工程是煤矿安全生产管理中的治本工程。瓦斯利用技术是合理利用能源,提高企业经济效益,保护人类环境的有效措施。实施瓦斯控制与利用技术,是实现煤矿安全生产的保障,利国利民。

    按照企业发展战略的要求,到2006年全公司瓦斯抽放量要超过1亿m3以上,利用率要达到50%以上。要完成这一目标,就要学习借鉴国内外先进的瓦斯治理与利用经验,不断创新瓦斯治理与利用技术,努力做好瓦斯治理与利用工作,确保煤矿实现安全生产。