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韓城礦攻克煤層瓦斯治理難關紀實

2011-02-18 10:50:16 陜西陜煤韓城礦業有限公司

國內知名的煤炭科研機構曾評估:韓城礦區的瓦斯治理是塊難啃的骨頭,瓦斯突出沒有規律可循。在生產中,職工只能憑經驗和感覺,聽見悶炮聲,放下手中的家伙就跑。

而今,采煤機械化加快了剝離進度,綜合治理解決了瓦斯超限問題。兩者結合使韓城礦業公司解放煤炭資源量2.8億噸。2010年,韓城礦業公司沒有發生瓦斯突出事故,實現零傷亡。

最近,在陜西韓城禹門口,陜西煤業化工集團韓城礦業公司發生了現代版“鯉魚跳龍門”的故事,這個故事就是韓城礦業公司攻克技術難關、治理瓦斯突出的故事。正是這個故事,讓韓城礦業公司跨越了由生存到發展的距離。

韓城礦業公司地處韓城禹門口,與山西河津隔河相望。

這里有一個美麗的傳說,黃河鯉魚在這里跳過龍門(指的是黃河從壺口咆哮而下到達晉陜大峽谷最窄處的龍門,今稱禹門口),就會變化成龍。《埤雅·釋魚》:“俗說魚躍龍門,過而為龍,唯鯉或然。”《蠕范·物體》:“鯉……黃者每歲季春逆流登龍門山,天火自后燒其尾,則化為龍。” 后以“鯉魚跳龍門”比喻中舉、升官等飛黃騰達之事。后來又用作比喻逆流前進,奮發向上。

韓城礦業公司在發展過程中,受到了瓦斯突出的嚴重威脅,猶如困在小河中的“鯉魚”,若不及時跳出“小河”、躍過“龍門”,不僅找不到更大的發展空間,而且因“小河”中的“氧氣”和“養分”不斷減少,隨時會有生命危險。

對于韓城礦業公司來說,躍過“龍門”,就是全新的天地。早日躍過“龍門”,就會成為一條馳騁蒼穹的煤炭產業“飛龍”。

韓城礦業公司下屬3個生產煤礦,即桑樹坪煤礦、下峪口煤礦、象山煤礦。礦區煤層賦存條件極其復雜,水、火、瓦斯、煤塵、頂板五大災害俱全。最突出的問題是底板軟、頂板軟、煤層軟,又稱“三軟”煤層,煤層瓦斯含量高。煤層透氣性差,抽放難度大,沒有規律可循,瓦斯治理和安全管理難度極大。

在這樣的地質條件下,韓城礦業公司多年來在摸索嘗試和屢敗屢戰中,一直堅持“科學技術是第一生產力”的理念,特別是2008年以來,相繼攻克了保護層開采過程中的卸壓瓦斯抽采、薄煤層綜采機械化技術難關,破解了困擾礦區發展的瓦斯治理“瓶頸”,為企業的健康發展探索出了一條成功之路。

曾經輝煌

擁有國際領先技術

韓城礦業公司的前身是韓城礦務局,成立于20世紀70年代,進入80年代,煤炭生產建設不斷向正規化方向發展,先后從德國和奧地利引進了綜采及綜掘成套設備,有效提高了生產效率,煤炭產量持續增長。 20世紀80年代后期,韓城礦業公司被列為全國煤炭工業45個重點編制總體發展規劃的礦區之一。

20世紀80年代末,經過幾代建設者的不懈努力,韓城礦業公司年設計生產能力達到471萬噸,年核定生產能力達到432萬噸。

隨著煤炭價格的全面放開,煤炭企業在改革和發展中遇到了市場疲軟、煤炭積壓、銷售受阻、部分職工放假等困難,企業經營陷入困境。在這種情況下,韓城礦業公司黨政領導班子帶領全局干部職工深化內部管理,推行班組核算,降低生產成本,大打扭虧增盈攻堅戰。

20世紀90年代是韓城礦業公司實施科技進步、科技興企戰略并取得重大成果的時期。其間,韓城礦業公司先后召開了4次科技大會,開展了一系列科技創新、技術改造、推廣應用先進技術等活動,完成“61483”科技興企項目299個,創造經濟效益3374萬元;2000多名技術人員、醫護人員和中小學教師等,共同形成了科技人才網絡系統。

韓城礦業公司依靠科技進步和科技攻關,解決了大量的生產安全等方面的技術難題:象山煤礦高檔普采向綜采過渡的回采工藝,成為全國首創;“九五”國家重點科技攻關項目“MFA-01型興電式浮選尾礦在線測灰儀”在下峪口煤礦選煤廠運行成功,填補了國內空白,達到國際先進水平;投資78萬元的桑樹坪煤礦1000米大皮帶技改工程完工,采用PCD軟件實現閉環調節技術,達到國內自動化學科先進水平。

屢敗屢戰

難以降伏“氣老虎”

隨著礦井開采年限的延長,采深增加,井下條件越來越復雜,特別是瓦斯突出成了制約韓城礦業公司發展的重大難題。進入21世紀,韓城礦業公司的煤與瓦斯突出越來越頻繁,也越來越嚴重,成了難以降伏的“氣老虎”。陜西各礦業公司在煤炭市場恢復性好轉的時期,都邁上了發展的快車道,可是韓城礦業公司卻因為井下日益嚴重的瓦斯災害放緩了前進的步伐。

韓城礦業公司的首要災害是煤與瓦斯突出。

截至2009年,桑樹坪煤礦、下峪口煤礦共發生煤與瓦斯突出事故141起,死亡24人。建企40年來,韓城礦業公司在煤礦生產中發生過窒息、燃燒、爆炸、突出等瓦斯事故。1994年以后,韓城礦業公司共發生瓦斯事故8起,造成了多人傷亡和重大經濟損失。以煤與瓦斯突出為主的瓦斯災害嚴重威脅著韓城礦業公司職工的生命安全,影響著安全生產。

面對瓦斯治理,歷屆領導班子都高度重視。20世紀80年代末90年代初,韓城礦業公司多次與國內瓦斯治理研究機構和大專院校進行瓦斯治理課題合作研究,曾多次邀請國內知名專家前來會診,并撥出專門研究經費邀請科研機構現場攻關。通過研究,韓城礦業公司盡管取得了一些成效,但是沒有收到標本兼治的效果。

在瓦斯治理方面,韓城礦業公司多年來采用了國內所有的治理辦法,地面打孔抽放,可是開始能抽上來,過上一陣子咋也抽不上來了,開采時井下煤層瓦斯照樣存在,效果不好;井下煤層打鉆排放,常常把鉆桿夾住,有時候瓦斯還把鉆桿向外頂,鉆進速度慢不說,打孔多不說,費用高也不說,關鍵是煤呈粉末狀,成孔差,且孔打不深,瓦斯難以釋放,當開采的時候,瓦斯照樣超限,無法進行正常生產。

在局部防突技術上,韓城礦業公司利用高壓注水快速消突、建立瓦斯抽放站進行本煤層預抽瓦斯,同時還采取松動爆破、鉆煤排放措施,在考核上合理作業循環限定進尺。總之,韓城礦業公司把國內外和韓城條件相似的治理瓦斯辦法都用遍了,但就是不能從根本上解決問題。

桑樹坪煤礦北采區4317工作面,2003年7月發生瓦斯突出,有70米巷道被煤充填,涌出的煤達1000噸以上,瓦斯涌出量高達1萬立方米,所幸沒有人員傷亡。這個掘進工作面掘進了300多米,瓦斯突出發生了10多次,再掘進400米就可以貫通,由于瓦斯突出問題無法解決,一等就是4年。

據韓城礦業公司有關領導介紹,有一家國內知名的煤炭科研機構,他們來到韓城礦業公司,看了礦區煤層瓦斯等有關資料,下井對生產現場情況進行了考察。這家科研機構很有把握,認為攻克韓城礦業公司的瓦斯災害治理技術難關不成問題。于是,他們派來專家,拿來有關設備,在桑樹坪煤礦進行了現場攻關,幾十天過去了,現場研究沒有取得進展,瓦斯突出依舊。這家科研機構的專家說:“韓城礦區的瓦斯治理是塊難啃的骨頭。”

在此之后,又有一個研究單位被請到了韓城礦業公司,他們信心百倍,領導和職工也分外高興。可是當這個研究單位把研究出來的產品拿到煤礦井下進行試驗時,問題出現了:當瓦斯濃度達到突出報警的界限時,檢測設備報警器報警了,但是瓦斯卻沒有突出;當瓦斯突出了,檢測設備報警器卻沒有反應。這個研究單位反復對各種技術參數進行比對、檢查,沒有發現設計制造漏洞,又把這種設備拿到外省其他煤礦試驗,設備也沒啥問題。折騰了好長時間,這個研究單位得出的結論是:韓城礦業公司煤礦井下瓦斯突出沒有規律可循。在以后的生產中,職工只能憑經驗和感覺,聽見悶炮聲,放下手中的家伙就跑。

2001年,韓城礦業公司又一次邀請全國專家前來會診。韓城礦業公司匯報了這些年先后與國外專家交流,與國內有關研究機構、大專院校合作攻關的情況,并提出根據煤層賦存條件及瓦斯賦存特點,用開采保護層的方法從根本上解決突出問題的思路和想法。與會專家認為,韓城礦業公司的思路和想法很好,是一種主動的區域性措施,最后建議用開采二號煤層、卸壓三號煤層瓦斯的辦法解放主采三號煤層。

攻克難關

薄煤層實現機械化

由于三號煤層瓦斯經常超限,煤礦安全生產受到了極大的影響,職工收入增加緩慢,職工生活質量下降,企業發展舉步維艱。

2001年以后,韓城礦業公司煤炭年產量一直徘徊在400萬噸左右,有時候還沒有20世紀80年代的煤炭產量高。后續井田也因為瓦斯問題不能繼續開采,其他礦業公司都在跨越式發展,韓城礦業公司職工們卻看不到發展前景。

近年來,韓城礦業公司有140多名工程技術人員調走;井下協議工招了走、走了招,職工隊伍不穩定;職工收入在全省煤炭系統由過去的較高降到最低,落差很大,職工情緒波動大。

二號煤層在三號煤層的上面,離地面近,煤層很薄,只有80厘米至120厘米厚,只有將二號煤層剝離,將三號煤層的瓦斯卸壓后,才能開采三號煤層。這是韓城礦業公司的唯一出路。井下開始布置工作面,采煤隊開始組建。

房永祺是從河南商丘來的協議工,2000年到桑樹坪煤礦,2006年5月來到開采二號煤層的采煤二隊。房永祺說:“剛采二號煤層的時候,那個辛苦沒法說,采高不足1米,在井下采煤工作面直不起腰,只能爬著走,職工把架子車輪胎外帶截成護膝和護肘,套在胳膊肘和膝蓋上,就這樣一米一米地往里爬,干活的時候,套上那玩意很不方便,于是又卸下來,后來下井的時候又懶得往身上套,這樣久而久之就不用了,工友們膝蓋和胳膊肘上都是老繭。那個時期大家下班洗完澡,走路都沒精神,還沒睡夠,又該上班了。”

盡管職工這樣拼死拼活地干,但是每月進尺只有50多米,有時候每月進尺才20米,礦上沒效益,職工工資低,先后來到礦上的大學生、招收的協議工基本都走完了。為了保證安全生產,韓城礦業公司作出硬性規定,不把二號煤層剝離,堅決不準采三號煤層。

二號煤層能不能實現機械化,減輕職工勞動強度,提高效率?韓城礦業公司在2007年召開了一次技術研討會,一致認為,不實現機械化就沒有出路。會議結束,韓城礦業公司負責采煤的副總經理、桑樹坪煤礦原礦長孫輝合就帶人出去考察了。他們到攀枝花礦務局,隨后又到河北、吉林、山西、河南等地,在河南平頂山看到了和韓城礦業公司地質條件差不多的煤礦,他們買了兩臺160型掘進機,投放到下峪口煤礦和象山煤礦后,當月就收到效果。象山煤礦原來每月進尺100多米,使用160型掘進機后,每月進尺可達到200多米;下峪口煤礦每月進尺達到了302米。

有了下峪口煤礦和象山煤礦的經驗,韓城礦業公司又在條件較差的桑樹坪煤礦用上了160型掘進機。桑樹坪煤礦采煤二隊郭守坤清楚記得,2009年8月17日第一臺160型掘進機安裝使用,到8月30日全隊才掘進了7米,大家著急上火,160型掘進機就是不聽話。到后來熟練了,采煤二隊每月進尺就增加了,9月進尺36.6米,10月、11月進尺達到了60.3米。現在采煤二隊每月進尺可達到123米。

掘進機械化問題解決了,采煤機械化問題能不能解決,有沒有這樣低的支架,有沒有薄煤層采煤機?陜西一家煤礦機械廠主動請戰,初步完成了設計制造。

在薄煤層使用綜采機,要求體積小、重量重、功率大。廠家能達到這個要求嗎?考察人員心里沒底,廠家也不能百分之百保證,如果失敗了咋辦?從韓城礦業公司走出去的徐冉忠2008年回來擔任總經理,他了解了大家的擔心后說:“搞科研就是有風險,就是要允許失敗。”徐冉忠的話讓考察人員心里踏實了,闖勁十足。考察人員和廠家共同攻關,在兩個多月的時間里就讓樣機出現在了采煤工作面。隨后他們在實踐過程中邊改進邊生產,特別是采煤機拉桿,開始的時候3天壞一根,一根價值6000元,經過多次改進,現在一個月更換一次;在設計與實踐的結合上不斷創新,先后對綜采機8個方面39個小項進行了改進。目前,韓城礦業公司實現了煤巖同采,大大提高了工作效率,減輕了勞動強度,職工再也不需要爬著進采煤工作面了。

李超是1998年分到桑樹坪煤礦采煤二隊36個人中唯一留下來的,經歷過戴護膝上班,爬在地上干活,聽見悶炮聲撒腿就跑的日子。李超現在是綜采隊的一員,在綜采支架鋼鐵長廊中操作機械,用上了載波電話,工作實行四六制,過去每班只能出30多噸煤,現在每班出煤600噸。過去下班就剩下睡覺,現在李超經常帶著老婆孩子遛彎,過去工資低的時候,孩子想吃點零食,他都要想幾次再買,現在經常主動給老婆孩子買東西,因為現在工資比過去高多了。

卸壓抽采

降伏瓦斯成為可能

韓城礦業公司煤與瓦斯突出主要發生在桑樹坪煤礦、下峪口煤礦主采的三號煤層。三號煤層主要特點如下:

一是煤體松軟,煤層結構復雜。三號煤層由于受構造應力作用,煤體受明顯的層間滑動影響,結構極其復雜,煤層受到嚴重破壞,煤體破壞類型多為Ⅳ類、Ⅴ類,煤呈粉末狀,煤層整體非常松軟。深鉆孔施工難度很大,經常發生頂鉆、夾鉆、噴孔等現象。一般鉆孔施工深度為30米至40米,局部區域僅能施工15米至30米。曾經在打鉆過程中發生過由于夾鉆排粉困難、溫度過高而導致煤與瓦斯燃燒現象。

二是煤層透氣性差。三號煤層屬于較難抽采煤層,此類低透氣性煤層全國罕見,主要表現在原始煤體的吸附瓦斯含量高,而解吸速度慢,鉆孔瓦斯衰減快。鉆孔施工后,孔口瓦斯濃度一般為3%至5%,瓦斯濃度最高達10%以上,但在抽采24小時后,瓦斯濃度很快衰減到1%至2%,使抽采失去意義。

三是煤層瓦斯含量高,瓦斯壓力大。在目前礦井開采水平,三號煤層一般瓦斯壓力都超過1兆帕,最高達1.84兆帕。瓦斯含量在10立方米/噸以上。在揭煤打鉆過程中,鉆孔噴瓦斯噴煤粉,有的鉆孔噴出煤粉達1噸以上,噴出的瓦斯使巷道回風流瓦斯超限。由于二號煤層是保護層,在保護層開采過程中,大量的三號煤層卸壓瓦斯涌到了保護層采煤工作面,解決保護層開采過程中的卸壓瓦斯問題成了當務之急。

韓城礦業公司領導班子研究決定,由負責通風的李建民副總工程師組織研究攻關。攻關組根據試驗采煤工作面情況,編制了《保護層卸壓瓦斯底板抽采試驗大綱》和《采面卸壓抽采試驗設計》,并多次召開技術研討會,明確了鉆孔布置、鉆孔施工、封孔工藝、抽采系統聯結等要求。

根據桑樹坪煤礦和下峪口煤礦的生產接續情況,韓城礦業公司決定對桑樹坪煤礦3210采煤工作面和下峪口煤礦21206采煤工作面進行保護層底板卸壓瓦斯抽采研究。

2009年3月,韓城礦業公司開始在桑樹坪煤礦3210采煤工作面進行卸壓瓦斯抽采試驗,截至2010年1月底共施工卸壓抽采鉆孔48個,采煤工作面推采650多米,收集和整理了瓦斯抽采觀測數據1800多個。

下峪口煤礦21206采煤工作面從2009年4月開始進行卸壓瓦斯抽采試驗,施工卸壓抽采鉆孔74個,采煤工作面推采210多米,收集和整理了瓦斯抽采觀測數據3000多個。

據李建民介紹,一方面,保護層開采后,三號煤層40%至80%的瓦斯得以卸壓釋放,卸壓瓦斯通過二號煤層底板采動裂隙涌入到二號煤層采煤工作面和采空區,卸壓后,煤層與其頂板巖石之間形成相對松動的裂隙通道;另一方面,煤層卸壓后,煤體的透氣性增大數百倍,被保護煤層中的吸附瓦斯大量解吸,通過煤巖體內的裂隙通道,在采煤工作面風流壓差的作用下,向保護層采煤工作面回風巷方向運移,造成落山角和回風巷瓦斯時有超限,嚴重威脅采煤工作面的安全生產,影響了二號煤層的剝離速度,制約了煤礦的生產接續和產能的增加。

經過研究,韓城礦業公司采取了四項措施。一是保護層底板卸壓瓦斯抽采。采用不同俯角分別向三號煤層施工底板卸壓瓦斯抽采鉆孔,進行抽采,實現提前截流,重點解決三號煤層卸壓瓦斯問題。二是卸壓瓦斯高位裂隙抽采。采用不同角度向二號煤層頂板和一號煤層施工高位裂隙抽采鉆孔,進行抽采,重點解決一號煤層卸壓瓦斯和二號煤層本煤層卸壓瓦斯問題。三是采空區抽采。從瓦斯抽采巷向采空區施工鉆孔,抽采采空區高濃度瓦斯,減少采空區瓦斯向采煤工作面上隅角涌入。四是抽采管路布置。在瓦斯抽采巷道中敷設兩條瓦斯抽采管路,實行分源分壓抽采,一條用于底板卸壓瓦斯抽采和高位裂隙瓦斯抽采,一條用于采空區瓦斯抽采,提高瓦斯抽采效率。

經過半年多的抽采試驗,桑樹坪煤礦3210采煤工作面最高瓦斯抽采濃度達到70%,平均瓦斯抽采濃度達到30%以上,采煤工作面瓦斯抽采量為3立方米/分鐘至5立方米/分鐘,回風巷瓦斯濃度由0.6%下降到0.2%,尾巷瓦斯濃度由1.2%下降到0.6%,采煤工作面瓦斯抽采率達到50%以上。下峪口煤礦21206采煤工作面最高瓦斯抽采濃度達到97%,平均瓦斯抽采濃度達到35%以上,單孔瓦斯抽采量為0.7立方米/分鐘至1.2立方米/分鐘,采煤工作面瓦斯抽采量為6立方米/分鐘至8立方米/分鐘,回風巷瓦斯濃度由0.6%下降到0.3%,尾巷瓦斯濃度由1.2%下降到0.6%,采煤工作面瓦斯抽采率達到55%以上。煤礦瓦斯得到有效治理,確保了安全生產。

二號煤層機械化加快了剝離進度,瓦斯治理解決了采煤工作面的瓦斯超限問題。兩者互相結合使韓城礦業公司解放煤炭資源量2.8億噸,較好解決了企業生產接續和深部開采問題。2010年,韓城礦業公司沒有發生瓦斯突出事故,實現了零傷亡。徐冉忠在陜西煤業化工集團召開的安全工作會上滿懷信心地說:“2011年,我們要繼續朝著現場零隱患、瓦斯零超限、礦井零死亡目標奮斗。”

 




責任編輯: 張磊

標簽:韓城 瓦斯治理