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。
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