煤矿瓦斯治理示范矿井建设实施方案(终稿)(1)_图文.doc

高瓦斯易自燃煤层 瓦斯综合治理与利用示范矿井 实施方案 矿业集团煤 矿瓦斯治理国家工程研究中心 二○一○年五月 目录 第一章矿井安全生产现状 1 1.1 矿井基本情况 1 1.2 煤炭资源和开采地质条件 1 1.2.1 煤炭资源 1 1.2.2 开采地质条件 2 1.2.3 矿井开拓开采条件 5 1.3 主要安全生产系统情况 6 1.3.1 通风系统 6 1.3.2 抽采系统 6 1.3.3 监测监控系统 7 1.3.4 防尘系统 7 1.3.5 防灭火系统 7 1.4 近几年安全投入、人力资源、管理情况 8 1.4.1 安全投入情况 8 1.4.2 人力资源与管理情况 8 1.5 近几年安全事故分析 9 第二章实施瓦斯治理示范矿井建设的必要性和可行性 12 2.1 目前矿井安全生产中存在的主要问题 12 2.1.1 通风系统存在的问题 12 2.1.2 瓦斯治理存在的问题 12 2.1.3 瓦斯抽采系统存在的问题 12 2.1.4 瓦斯利用存在的问题 12 2.1.5 人员、设备及管理存在的问题 13 2.2 实施瓦斯治理示范矿井工程的必要性 13 2.3 实施瓦斯治理示范工程的可行性 14 第三章瓦斯治理示范矿井建设指导思想、目标 15 3.1 示范工程建设的指导思想 15 3.2 示范工程建设的总体目标 15 3.3 示范工程建设的工作目标 15 3.4 示范工程建设的工作内容 16 第四章瓦斯治理示范矿井工程建设内容及实施方案 19 4.1 矿井通风系统改造 19 4.2 矿井瓦斯抽采系统 19 4.3 矿井防灭火工程 20 4.4 瓦斯监测监控系统 20 4.5 矿井防尘系统 20 4.6 瓦斯治理技术实施方案 20 4.6.1 矿井瓦斯抽采方法的选择原则 20 4.6.2 矿井保护层开采瓦斯抽采技术 21 4.6.3 采前预抽煤层瓦斯技术 21 4.6.4 边采掘边抽煤层瓦斯技术 28 4.6.5 井下采后瓦斯抽采技术 29 4.7 瓦斯利用技术实施方案 34 4.7.1 瓦斯利用目的及途径 34 4.7.2 大佛寺瓦斯利用项目 36 4.8 防控采空区自然发火技术实施方案 38 4.8.1 三相泡沫技术 38 4.8.2 采空区黄泥灌浆 41 4.8.3 采空区注氮 41 4.8.4 汽雾阻化 41 4.8.5 束管监测和火区观察 42 第五章瓦斯治理示范矿井建设人才保障措施 43 5.1 矿井人才现状 43 5.2 瓦斯治理技术、管理机构及人才需求 43 5.3 瓦斯治理人才引进、培训及保障措施 43 第六章瓦斯治理示范矿井建设管理保障措施 45 6.1 矿井瓦斯治理管理制度建设 45 6.1.1 加强瓦斯治理的组织领导 45 6.1.2 配足配齐“一通三防”人员 45 6.2 瓦斯治理投入和安全费用制度建设 46 6.3 瓦斯治理管理约束与激励机制 46 第七章投资估算及资金筹措 47 7.1 资金预算 47 7.2 资金来源 48 第八章安全改造项目实施预期效果及建设工期 49 陕西彬长矿业集团大佛寺煤矿瓦斯治理及利用示范矿井实施方案 第一章 矿井安全生产现状 1.1 矿井基本情况 矿井位于黄陇侏罗纪煤田中段,于2003年8月开工建设, 2006年8月一期投产。一期生产能力 3.00Mt/a ,二期设计生产能力8.00Mt/a 。 图1-1 交通位置图 1.2 煤炭资源和开采地质条件 1.2.1 煤炭资源 井田东西走向长度16km ,南北倾向长度5km ,井田面积86.3km 2。地质储量1249.92Mt ,其中A 级储量为328.19Mt ,B 级储量为305.46Mt ,C 级储量为525.16Mt ,D 级储量为91.11Mt 。可采储量765.68Mt ,服务年限约92.5a 。井田地质储量汇总见表1-1。 表1-1 矿井地质储量汇总表 单位Mt 煤层 A B C D 各煤层汇总储量 AB ABC AB ABCD 4上-1 54.25 54.25 54.7 4上-2、4上 75.54 130.29 75.54 205.83 4 328.19 229.92 340.62 91.11 558.11 989.84 合计 328.19 305.46 525.16 91.11 633.65 1249.92 1.2.2 开采地质条件 1.2.2.1 矿区地质构造 矿区位于太峪背斜北翼,地层由南东向北西倾斜,倾角为35,其上发育以北东东向展布为主的宽缓背斜,从北往南有七里铺-西坡背斜、孟村向斜、董家庄背斜、南玉子向斜、路家小灵台背斜、安化向斜、祁家背斜、师家店向斜、彬县背斜等,断层罕见,构造简单。 本井田位于矿区南部路家小灵台背斜与彬县背斜之间,包括安化向斜、祁家背斜、师家店向斜等宽缓褶曲。其走向近东西,总体倾向北,含煤地层倾角一般为35,在井田北部安化向斜南翼、祁家背斜北翼之间倾角较大一般1825,未发现大断层。 1褶皱 1大佛寺安化向斜 轴线走向近东西,东段在井田以外,井田内轴长11.5km,向斜宽3.6km,北翼倾角25,南翼近轴部56在与祁家背斜过渡部位倾角1825,轴部地层近水平。 2祁家背斜 轴向北西西,轴长约9km,地表出露的洛河组地层可见到该背斜形迹。南翼倾角35,北翼倾角一般5左右,在安化向斜以南过渡部位地层倾角增大1825,轴部地层倾角2左右。背斜宽度2.53km,枢纽呈马鞍状起伏。 3师家店向斜 走向北东东,向西倾复变宽阔,向东扬起变窄,至1号勘探线消失。两翼倾角平缓,一般23,局部56。 2断层 根据大佛寺井田勘探地质报告,未见影响生产及采区划分的大、中型断层。但在邻近生产矿井中常有小断层出现。如城关煤矿东大巷在采煤过程中有4-5m断距的正断层,4煤底板一般呈现阶梯状或波状起伏。水帘矿的北下山巷道,有0.5m断距之正断层,南上山 巷道有三条正断层,断距分别为1.2m、1.5m和6m,沿断层面常有水涌出。下沟煤矿西部胶带输送机大巷有1条断距约1m的正断层,断层附近瓦斯涌出量较大等。 1.2.2.2 水文地质条件 根据煤、泥炭地质勘探规范,矿井属裂隙充水含水层,为简单到中等的矿床。井田内因煤层埋藏深,无小窑开采后采空区积水直接涌入井下的问题。宜君、洛河砂岩为区域含水层,厚度大,富水性好,渗透性强,因此矿井的水文地质条件主要取决于该含水层对煤层开采的影响。该矿井水文地质勘探类型为“二类一型”,以裂隙充水为主,矿井水文地质条件简单,矿井正常涌水量为210m3/h,最大涌水量为330m3/h。 1.2.2.3 煤层分布特征及顶底板岩性 1煤层分布特征 1煤系地层。矿井含煤地层为下侏罗统延安组,共分为上下两个含煤段,上含煤段厚度为045.71m,一般为20m,局部地段含煤仅见3煤层组,分为3-1、3-2两层煤;下含煤段厚度为0100m,一般为4080m,含4煤层组,分为4、4上-1、4上-2、4上四层,其中4上-1、4上-2、4上为4煤的上分叉煤层。 2井田可采煤层。矿井主要开采煤层为4煤,全井田分布,煤层全厚019.73m,平均11.65m,属特厚煤层,煤层结构简单,一般含02层夹矸,局部含2层以上夹矸,属较稳定煤层。 4上煤为4煤的上分叉煤层,煤层全厚07.02m,平均2.88m,煤层结构简单至复杂,夹矸01层,局部含夹矸多达10层,为井田局部可采煤层。 4上-1为4煤的上分叉煤层,分布于井田南部,煤层全厚01.72m,平均1.22m,煤层结构简单,夹矸01层,为井田局部可采煤层,分布于井田南部,属较稳定煤层。 4上-2也为4煤的上分叉煤层,分布于7号勘探线以东,煤层全厚02.36m,平均1.36m,局部可采,煤层结构简单,夹矸01层, 为井田局部可采煤层,属较为稳定局部可采煤层。 2顶底板岩性 矿井可采煤层为位于侏罗统延安组的4煤层、4上煤,各煤层顶底板岩性情况如下所示 4上-1煤伪顶零星分布,均为小于0.50m的炭质泥岩。直接顶以泥岩、砂质泥岩为主,局部为粉砂岩、砂岩,易冒落,为半坚硬不稳定顶板。底板以泥岩、砂质泥岩为主,局部为砂岩。 4上-2煤、4上煤直接顶以泥岩为主,局部为砂质泥岩、砂岩。基本顶为中细粒砂岩及粉砂岩,属半坚硬较稳定顶板。底板以泥岩、粉砂岩为主,局部为细粒砂岩。属半坚硬稳定顶板。 4煤伪顶为0.5m以下的炭质泥岩,零星分布。直接顶以泥岩、砂质泥岩为主,次为粉砂岩、砂岩一般厚度0.873.51m,易冒落,为半坚硬不稳定顶板。基本顶多为细粒砂岩或粉砂岩,局部为中粗粒砂岩,为半坚硬较稳定顶板稳定顶板。底板多为铝质泥岩、次为泥岩或炭质泥岩,一般2.146.75m,遇水泥化、易发生底鼓。 1.2.2.4 瓦斯灾害情况 2006年,重庆煤科院对4煤层瓦斯压力及含量进行了实测,测试结果为煤层绝对瓦斯压力为0.60MPa,瓦斯含量为6.305m3/t,瓦斯主要成份以CH4为主,占83.57,其次为N2,占16.4,其它成份为CO2等。 根据大佛寺井田勘探精查地质报告、陕西彬长矿区大佛寺矿井初步设计说明书及大佛寺煤矿瓦斯抽放工程初步设计说明书4煤层瓦斯含量最高值达17.11m3/t,矿井瓦斯资源储量为8641.55Mm3见表1-1,根据煤矿瓦斯抽采基本指标AQ1026-2006,当矿井瓦斯绝对涌出量为80160m3/min,矿井瓦斯抽采率至少按45计算矿井实际抽采率远大于此值,矿井瓦斯应抽量为3888.39Mm3。 表1-2 大佛寺煤矿瓦斯储量统计 煤层煤炭地质储平均瓦斯含瓦斯资源储应抽量备注 量/Mt 量/m3t-1量/Mm3/Mm3 4煤761.83 6.305 4803.34 2161.50 4煤顶板2550.9 1147.905 按4煤瓦斯储量的 53.1计算 4上煤层包括4 上-1、4上-2 164.63 4.448 732.27 329.52 4上煤层顶板554.37 249.4665 按4上煤瓦斯储量的75.7计算 合计926.45 8641.55 3888.39 矿井瓦斯涌出量随着开采强度、深度的加大和开采范围的增大而增大,历年瓦斯等级鉴定结果均为高瓦斯矿井,2009年矿井瓦斯等级鉴定结果为绝对瓦斯涌出量78.80m3/min,相对瓦斯涌出量9.60m3/min,属高瓦斯矿井。依据矿井瓦斯涌出量分析,瓦斯主要来源于本煤层,占矿井瓦斯涌出量的80以上。 大佛寺矿井历年瓦斯等级鉴定情况见表1-3所示。 表1-3 矿井瓦斯等级情况表 年份绝对量 m3/min 相对量 m3/t 矿井瓦斯等级鉴定 2007 87.52 18.10 高瓦斯矿井 2008155.49 21.78 高瓦斯矿井 2009 78.80 9.60 高瓦斯矿井 1.2.3 矿井开拓开采条件 矿井设计产量为800万t/a,分两期建设,一期为300万t/a,于2003年8月开工建设,2006年8月建成试生产。 矿井采用斜井单水平开拓,开采水平为640m。现两条斜井和三条立井,其中一条主斜井,一条副斜井、一条进风立井和两条回风立井。主、副井口均布置在矿井工业场地中。401采区内布置一个综放工作面,2个掘进工作面。411采区为开拓区域,布置3个掘进工作。 矿井采用采区前进式、区内后退式开采,回采工作面采用走向长壁综采放顶煤一次采全高、全部垮落法控制顶板方式采煤。 矿井为高产高效矿井,采煤机械化程度100,掘进机械化程度90。 1.3 主要安全生产系统情况 1.3.1 通风系统 采用分区式通风系统,抽出式通风方式。401采区两条主、副斜井进风,1回风立井回风。区内布置两条进风大巷、两条回风大巷,两条回风大巷贯穿整个采区。实现了采、掘独立回风;主扇型号为DAF25-11.8-1型轴流式通风机两台,电机功率为750kW,排风量10735m3/min。 411采区现为开拓区域,3立风井进风,2回风井回风。主扇型号为FBCDZNo-33,电机功率为3452kW,排风量6975m3/min。 矿井有效风量率97.21,矿井负压1015Pa,矿井等积孔11.06m2。 矿井所有掘进面均使用对旋风机,并实现双风机、双电源、自动分风、自动切换。 1.3.2 抽采系统 目前,矿井有5套瓦斯抽放系统,总抽放能力1200m3/min。地面设抽放系统5套安设2BEC72型水环式真空泵9台;抽放主管道直径分别为φ630mm和φ820mm。用于采面采前预抽、上隅角埋管抽放、高抽巷抽放、采后卸压抽放、掘进工作面边掘边抽。抽放的瓦斯经抽放泵用于瓦斯发电。正在建设的6、7、8抽放系统形成后,用于411采区瓦斯抽放。 表1-4 瓦斯抽放泵主要参数表 抽放系统泵站 名称 抽采泵 型号 台 数 铭牌流量 m3/min 配套电机功 率/kW 铭牌负压范 围/MPa 备 注 地面抽放系统地面 泵站 2Bec72 15 400 630 0--45 1.3.3 监测监控系统 大佛寺煤矿目前使用的重庆煤炭科院研究院KJ90N安全监控系统,该系统全面满足AQ6201-2006相关技术要求,具有良好的稳定性及可靠性。现矿井安装分站18台其中井下12台,瓦斯泵站、主扇房6台,各类传感器共151台,其中甲烷传感器65台,温度传感器10台,CO传感器10台,负压传感器2台,风速传感器8台,设备开停传感器37台,管道V锥流量传感器5台,风门传感器14台,断电仪18台;井下敷设光缆2600m,信号电缆42000m,主要通讯电缆3510m。主要对井下各采掘工作面及主要大巷、硐室的风量、瓦斯、温度、一氧化碳、负压及地面主扇、瓦斯抽放泵站的运行参数进行实时监控。 1.3.4 防尘系统 井下防尘方式采用静压供水。处理后的回用水由高位水池自流,一路从主井φ108管道送至井下胶带大巷,供胶带大巷、1总回风大巷、2总回风大巷消防洒水和401采区综采工作面运顺施工用水;另外一路从副斜井φ219管道送至辅运大巷,供辅运大巷消防洒水及掘进施工和401采区综采工作面回顺、泄水巷、灌浆巷用水。 411采区防尘系统 供水采用静压供水,由地面净化水池,从地面高位水池经副斜井、辅助运输大巷、换装站、4上煤辅助运输斜巷、4上煤1辅助运输巷。 1.3.5 防灭火系统 矿井开采的4煤、4上煤属自然发火煤层,发火期3-5个月,最短24天,属Ⅲ类自然发火煤层。煤尘具有爆炸性,爆炸指数30.08。矿井采用了黄泥灌浆、注三项泡沫、凝胶防灭火、注氮、气雾阻化、束管监测及人工监测相结合的方法。 目前矿井现有一套灌浆系统,其路线为 灌浆系统地面灌浆站→1副斜井→辅运大巷→灌浆巷→灌浆点。灌浆能力60m3/h土方量为15m3/h,能够满足401采区系统防灭火需要。 注氮系统 矿井地面现设有四套制氮系统ICH-857/2008每台流量为1500m3/h,共计6000 m3/h。地面制氮站经325管路引至井下注氮点。 束管监测系统 现矿井安装束管监测KSS-2100、GC-4085系统各一套,束管监测系统中心机房设在联建楼,该系统铺设16芯束主管路至采煤工作面回联口,铺设支管路到回顺至后落山。沿回顺上帮布置五个采样头,工作面上隅角、50m处、100m处、150m处,且采面每推采50m埋管采样,并随着工作面的推采而移动。通过采样头抽取气样,对采空区、落山及回顺的气体进行分析。 气雾阻化阻化泵安装在采面运顺,工作面内配有5个喷头,24小时不间断井下喷洒。 每班对前后落山封堵一次,减少采空区漏风,每周进行两次注三项泡沫。 1.4 近几年安全投入、人力资源、管理情况 1.4.1 安全投入情况 大佛寺煤矿08年安全投入为5145万,09年安全投入为2826万, 10年安全投入预计7800万。 1.4.2 人力资源与管理情况 陕西彬长矿业集团公司设总工程师1名,通风副总工程师1名。设立通风管理部,通风管理部配备业务主管6名,其中高工2名,工程师4名。通风管理部下设有通风调度中心,调度员4名,经过培训,持证上岗。 集团公司与大佛寺煤矿两级单位成立了瓦斯综合治理示范工程 小组。 大佛寺煤矿设有总工程师1名,通风副矿长1名,通风副总1名。下设通风管理部、通风维修队、瓦斯抽采队。管理人员与及技术工人经过陕西能源职业技术学院及彬县职教中心培训合格后,全部持证上岗。 矿井通风管理和特种作业人员统计情况见表1-5所示。 表1-5 通风瓦斯管理及特种作业人员统计表单位人 人数分类 在册人数特种作业人数 合 计 管理人员 工 人 持证人 数 在岗人 数小 计 工程技 术 管理岗 位 一、全矿在册152 3 161 83 78 136 2 二、一通三防单位422 29 13 16 393 1、通风部23 8 7 1 15 2、通维队176 10 2 8 166 3、瓦斯抽采队223 11 4 7 212 三、特种作业一通三防233 187 1、瓦斯检查员133 109 2、瓦斯抽放工96 74 3、监测监控工 4 4 1.5 近几年安全事故分析 大佛寺煤矿不断加强安全技术改造,强化安全管理,提高职工的素质,树立职工安全理念,特别是瓦斯治理技术水平的提高,设施的完善,工程技术人员水平的提高,未出现瓦斯造成的人员伤亡事故;但是值得注意的是,其他方面造成的伤亡事故还有发生,因此在重视 瓦斯治理的同时,还应当进一步抓好其他方面的安全管理,使人员伤亡情况进一步改善。 表1-6 近4年人员伤亡情况统计一览表单位人年份2006 2007 2008 2009 死亡0 0 0 0 重伤 3 4 3 3 轻伤 5 6 4 4 其中大佛寺矿井2009年2月24日15时47分发生的火灾事故教训尤为深刻 2009年2月24日15时47分,大佛寺矿井发生火灾事故,事故发生地点为矿井40104工作面,该面是大佛寺煤矿开采的第二个综采工作面,布置在401采区,走向长度1920m,工作面长260m,属于高瓦斯特厚易自燃煤层超长工作面。该面于2008年4月15日开始回采,至2009年2月23日回采结束并准备回撤。因MG1660/650-WD 型采煤机的摇臂销子因受力变形、锈蚀严重而采用常规办法很难退出,矿动力部已同西安煤机厂多次协商,均无较好的解决办法;考虑到40104工作面煤层自燃发火周期短,争取按计划时间完成工作面回撤工作,大佛寺煤矿商定使用气焊割煤机摇臂销子,飞溅的火花引燃底板溢出的瓦斯,从而引燃了工作面采空区瓦斯,由于火势蔓延速度快,火势大,难以控制,最终造成矿井封闭。 这是一起安全生产责任事故,直接原因是在40104工作面使用气焊割摇臂销子时,飞溅的火花引燃底板溢出的瓦斯,从而引燃采空区瓦斯,造成工作面火灾。间接原因1大佛寺煤矿违反煤矿安全规程第二百二十三条之规定,制定和批准了MG1660/650-WD型采煤机摇臂销子施工电火焊安全技术措施,这是造成灾害的主要原因。 224日,40104工作面从事气焊工作,矿调度会未做具体安排,相关部门、人员均未接到实施气焊工作的通知,致使有关人员对实施电火焊的相关工作落实不到位。3大佛寺煤矿在40104工作面气焊工作的准备及实施过程中,从矿领导到区队管理人员多人出现违章指 挥,安全监管与安全监督不到位;现场工作人员违章作业,气焊时,未按措施要求铺洒沙子、设置风障。 第二章实施瓦斯治理示范矿井建设的必要性和可行性2.1 目前矿井安全生产中存在的主要问题 2.1.1 通风系统存在的问题 由于大佛寺煤矿起初按低瓦斯矿井设计,增加了一条回风大巷,需要不断延伸。 2.1.2 瓦斯治理存在的问题 1矿井瓦斯预测技术及方法推广应用正在研究探索,预测准确性和效果较差。 2矿井瓦斯抽采技术研究分析正在起步阶段,提高瓦斯抽放浓度和抽放效果技术有待进一步探讨。 3综采放顶煤工作面布置高抽巷最佳层位参数确定有待确定。 2.1.3 瓦斯抽采系统存在的问题 1公司虽投入了大量的资金购入钻探设备,但仍然不能满足矿区瓦斯抽采施工需要,仍需继续引进先进的钻探设备。 2受井下采场巷道限制,实行“先抽后采”存在局限性,应大力推行地面钻孔井抽采方式。 3瓦斯抽采浓度还较低,难以采取较先进的综合利用方式。抽采方式尚难以满足矿区复杂瓦斯地质条件技术要求。瓦斯抽采参数还有待进一步优化,抽采工艺尚需开展进一步研究。 2.1.4 瓦斯利用存在的问题 1矿井煤层渗透率低,采用预抽煤层瓦斯存在很大的困难,特别是采用地面钻井抽采瓦斯,处于科研试验阶段。 2瓦斯利用的大规模开发,需要气源的抽放、输配、利用等的各个环节上,形成统一规划、统一管理、有序发展的格局,并对输送管网设施进行大规模的改造。 3瓦斯抽采量受煤炭生产影响很大,随季节和煤层地质状况等的变化,抽放供应很不均衡。 2.1.5 人员、设备及管理存在的问题 大佛寺煤矿于2006年8月开始试生产,2008年12月份通过验收,生产年限短,瓦斯治理管理规章制度需要进一步完善,特别是具体的瓦斯治理工程没有建立对应的企业技术标准,无法保证瓦斯治理工程施工的制度化与科学化。 矿井设置了瓦斯灾害综合治理专门机构,但是人员素质有待提高,需要建立和完善正常的职工教育培训机构,有计划地进行强制性全员安全培训,安监员、瓦检员等特殊工种岗位必须做到持证上岗,需要对瓦斯治理相关单位的管理技术人员进行专业培训。 2.2 实施瓦斯治理示范矿井工程的必要性 我国是世界上最大的产煤国,同时也是发生煤矿灾害事故最严重的国家。在煤矿特别重大事故中瓦斯事故所占比重最高。数据显示,在我国的煤炭事故中70以上是瓦斯事故,因此,对瓦斯突出、瓦斯爆炸的预测及防治一直是煤矿安全的工作重点。 2008年全国煤矿事故发生1954起、死亡3215人,其中瓦斯事故发生182起、死亡778人,分别占9.3、24.2,死亡3人以上事故中,瓦斯事故发生起数63起,死亡人数为290人,分别占总起数的53.4和54.2。在所有的瓦斯事故当中,瓦斯爆炸起数与死亡人数分别占总数的31.75和48.50,瓦斯突出的起数与死亡人数分别占总数的58.82和51.50,瓦斯突出事故首次成为瓦斯灾害中的第一位。 目前大佛寺煤矿生产过程中,瓦斯涌出量大,自燃发火严重,存在煤层抽采和预抽指标临界值缺乏,瓦斯治理工程量大等诸多问题。因此,需按照“通风可靠,抽采达标,监控有效,管理到位”的十六字工作体系,树立“区域性瓦斯治理先行,局部瓦斯治理为补充”的瓦斯治理理念,形成大佛寺瓦斯综合治理技术体系,达到“抽、掘、 采”平衡,实现瓦斯利用最大化,最终建成瓦斯综合治理与利用的示范矿井。 2.3 实施瓦斯治理示范工程的可行性 大佛寺煤矿在建设之初就以高起点、高标准投入,建立了全国装机容量最大的低浓度瓦斯电厂,也是全国唯一利用低浓度瓦斯发电机组余热尾气发电的电厂、陕西省首家被国家发展和改革委员会确定的CDM清洁发展机制项目发改气候〔2008〕1431号,每年可获得十分可观的经济效益和CER经核证的碳减排量收益。 世界上仅有澳大利亚成功利用矿井通风瓦斯发电,我国在这一领域尚属空白。彬长集团拟在大佛寺矿井建设通风瓦斯发电项目,可行性研究报告已通过中国工程院院士及有关专家评审,正在办理相关手续。将建成全国第一家矿井乏风瓦斯发电站,对我国煤矿通风瓦斯综合开发利用具有重要的示范和带动作用。 矿井采用8套瓦斯抽放系统,在防灭火方面采用了黄泥灌浆、注三项泡沫、凝胶防灭火、注氮、气雾阻化、束管监测及人工监测相结合的方法。 在瓦斯治理方面,近几年与科研院校合作,先后形成了对上隅角埋管抽放、采前预抽、高抽巷抽放、采后卸压、掘前预抽等成熟技术,对实施瓦斯治理示范工程提供了可靠的技术保证。 集团公司的领导的大力支持,是对实施瓦斯治理示范工程提供了人力、物力、财力保证。大佛寺煤矿员工的高学历、高素质是实施瓦斯示范矿井的基础。综上所述,大佛寺煤矿具备建设瓦斯治理示范矿井的条件。 第三章瓦斯治理示范矿井建设指导思想、目标 及主要建设内容 3.1 示范工程建设的指导思想 彬长矿业集团大佛寺煤矿瓦斯治理及利用指导思想为 坚持“安全第一、预防为主、综合治理”安全生产方针和“先抽后采、监测监控、以风定产”瓦斯治理方针,牢固树立保护生命、保护环境、节约资源的理念,自主创新,强化瓦斯抽采,实施区域性根治瓦斯灾害战略,保障煤矿安全生产,增加清洁能源供应与利用,减少生态环境污染,促进煤炭工业可持续发展。 3.2 示范工程建设的总体目标 彬长矿业集团大佛寺煤矿瓦斯治理及利用总体目标为 1杜绝瓦斯重大伤亡事故,控制采空区发火事故; 2实施“区域瓦斯治理先行,局部瓦斯治理为补充”的瓦斯治理战略和“地面、井下瓦斯抽采相结合”的瓦斯治理模式,实现矿井安全高效生产; 32010年底,煤层瓦斯抽采量达3800万m3,瓦斯利用量达1300万m3,实现瓦斯抽采率达到50以上,可利用瓦斯的利用率达到80以上。 3.3 示范工程建设的工作目标 树立“瓦斯治理是安全生产的前提,瓦斯治理的根本是瓦斯抽采”的意识,坚持“高投入、高素质、严管理、强技术、重责任”的瓦斯治理原则。始终以“抽放为主、风排为辅”治理瓦斯,将“区域预抽、边掘边抽、采前预抽、边采边抽、采后卸压抽放和高抽巷抽放”作为矿井瓦斯综合治理的实施方法。2010年底,大佛寺矿井建设成瓦斯综合治理与利用示范基地。 1优化矿井通风系统,满足系统合理、设施完好、风量充足、 风流稳定的要求,矿井风量富余系数达到规定要求。 2提升装备水平,实现多措并举、应抽尽抽、抽采平衡,改造灌浆站系统和建成四套制氮防灭火系统。 3安全监测监控系统,达到装备齐全、数据准确、断电可靠、处置迅速的规定。 4构建责任明确、制度完善、执行有力、监督严格的管理机制,节约利用资源,保护环境,促进瓦斯利用。 5着力构建“通风可靠、抽采达标、监控有效、管理到位”瓦斯综合治理工作体系,建立瓦斯治理示范矿井,推动瓦斯治理再上新台阶,预防瓦斯事故,实现安全生产。 3.4 示范工程建设的工作内容 1健全瓦斯治理责任制和技术管理体系 为保障瓦斯治理规划的制定、组织和实施,建立以矿业公司总经理为安全生产第一责任人的瓦斯治理责任体系,制定和完善瓦斯治理的各项规章制度。健全瓦斯治理技术管理体系,一是健全以总工程师为核心的技术管理体系,设立通风部、通维队、抽灭队、监测中心、通风调度等专业队伍和机构,配足配齐技术人员;二是矿井的开拓部署、采区设计、生产系统调整及新技术、新装备、新工艺的推广应用由总工程师决策,其他副职对自己所分管的业务范围负责。 2优化和完善矿井通风系统 1矿井必须有独立完整的通风系统,实行动态管理、动态检查,不断优化,保持系统的简单、稳定、可靠。按规定及时组织通风阻力测定,掌握矿井阻力分布情况。经过通风系统改造整合,到2009年底,矿井通风阻力满足煤矿井工开采通风技术条件AQ1028-2006的要求。 2矿井实行分区通风,实现采、掘独立回风;严格按照规定施工井下所有风门、风桥、密闭等通风设施及构筑物,提高有效风量率;同时,加强通风巷道维修,保证风流畅通,主要进回风巷实际断 面不小于设计断面2/3。 3按规定及时测风、调风,保证采掘工作面及其它供风地点风量、风速持续均衡,实施局扇挂牌管理,专人负责并持证上岗,采用双风机、双电源,能自动分风、自动切换,保证连续、稳定运转,每天进行一次正常工作的局部通风机与备用局部通风机自动切换试验。 3加大瓦斯抽采和抽采达标考核评估 1坚持多措并举,开展地面与井下瓦斯抽采相结合,井下区域抽采与边掘边抽相结合,采前预抽与边采边抽相结合,高抽巷抽采与卸压抽放相结合的瓦斯抽采方式。一是对井下区域进行大孔径长距离施工钻孔和定向钻进技术的应用,采前施工网格式钻孔等瓦斯预抽方法,减少煤层瓦斯含量,同时,进行边掘边抽、边采边抽、采后卸压抽采、高抽巷抽采、上隅角埋管抽放及地面钻探等抽采方法,降低生产过程的瓦斯涌出量。对回采区域煤层的瓦斯压力、瓦斯含量、煤层透气性等参数进行测定,选择合理的抽采系统、抽采方法和抽采工艺。 2按照瓦斯抽采工程与采掘工程同时设计、超前施工、超前抽采的原则,安排掘进部署,提前形成采面的瓦斯预抽系统,满足采前预抽时间达到六个月的规定,依据瓦斯抽采达标煤量安排生产计划,始终坚持采掘生产活动在抽采达标的区域内进行。同时探索适用的瓦斯抽采参数,改进封孔工艺,提高瓦斯抽采浓度和抽放效果,增加抽放瓦斯利用量。 3对瓦斯抽采效果进行评估,使煤层经瓦斯抽采后,抽采率、可解析瓦斯量和回风流瓦斯浓度均达到煤矿瓦斯抽采基本指标的要求后,方可组织回采。 4升级和完善监测监控系统 1按照煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范AQ1029-2007的要求对安全监测监控系统进行升级改造,到2010年矿井安全生产监测监控系统全部实现工业以太网信息管理平台,达 到装备、功能齐全、数据准确、断电可靠、处置迅速的监控系统,确保监控有效。 2完善各种规章制度安全监测监控岗位责任制、操作规程、值班制度、维护调校等规章制度,做到图纸台帐齐全,配备足够的管理、维护、检修、值班人员,并经培训持证上岗,及时维护、定期调校,保证系统运行平稳、数据准确可靠。 5全力推进瓦斯治理示范矿井建设 经过不懈努力,矿业公司目前瓦斯治理基础条件较好,上报陕煤化集团列入为瓦斯治理示范矿井建设单位,矿井将按照“统筹规划、分步实施、典型示范、总体推进”的工作思路,推进示范矿井建设。 6加强职工岗位技能培训 定期不定期的对职工进行瓦斯治理培训,实行瓦斯治理人员持证上岗制度,鼓励大中专毕业生参加瓦斯治理工作,进行瓦斯治理研究。教育职工认识瓦斯治理是解放生产力、发展生产力,是提高产量、提高效益、安全发展的根本途径,树立“瓦斯事故可以预防和避免”、“瓦斯是资源和清洁能源”的意识,正确处理安全与生产的矛盾,坚持“抽采跟着掘进走,开采跟着抽采走”的瓦斯治理思路,进行瓦斯治理。 第四章瓦斯治理示范矿井工程建设内容及实施方案4.1 矿井通风系统改造 2010年建成2回风立风井、2辅运大巷,使矿井的风量富裕系数达到1.8以上。矿井两条总回大巷,实行采掘独立回风。和科研院校合作,进一步优化矿井的的通风系统。形成双通风系统,即401采区与411采区两个分别独立的通风系统。 矿井示范工程建设需要掘进巷道共3743m,其中2副斜井总工程量为1700m,高抽巷岩巷工程量3840m,钻场工程量为220个,钻孔工程量为151650m。在地面施工4个地面抽采井。矿井示范工程建设需构筑风门墙10道、防爆墙3道。 4.2 矿井瓦斯抽采系统 矿井现有5套抽放系统,每套设计流量为400m3/min,合计总的流量为2000m3/min,能够满足安全生产的需要。建设6、7、8瓦斯抽放系统,建成后,瓦斯抽放备用系数由原来的1.4上升到2.0。 瓦斯抽放管路铺设工程量为400m3,预计在2010年8月份完成。 瓦斯抽放泵站基建工程现已完成。正在进行瓦斯抽放泵的安装工作。 目前地面瓦斯抽采试验井1井场已经施工完毕,开始产气,日产气800m3。2井场正在施工,待试验井有效评估后,如果有规模开发价值,再继续进行地面瓦斯抽采,并在气量达到30万m3/d后与香港中华煤层气公司合作进行压缩利用。 现矿井瓦斯涌出量117.02m3/min,抽放量为84.41m3/min矿井抽采率为73.01,回采工作面瓦斯抽采率87.2,回采抽采钻孔量达到0.066m/t以上。 做到掘进区域与回采区域抽采系统分开,采前预抽与采后卸压抽采分开。 按照以利用促抽采、以抽采保安全、以安全增效益的总体思路,拓展和延伸矿区瓦斯开发利用领域。 在地面待开采区域,施工地面抽采钻孔,降低未开采区域瓦斯含量,减少开采期间的瓦斯治理难度。 4.3 矿井防灭火工程 矿井现有一套黄泥灌浆系统,灌浆量为60m3/h,每天灌注8-10小时,能过满足防灭火工作的需要。引进先进经验和技术,建造一套智能黄泥灌浆站,预计投资400万左右,设计和租地工作已完毕,6月份进行基建工程,预计在9月份可投入使用。 正在与科研院校合作,研究液态二氧化碳防灭火研究,已经进入实施阶段。 4.4 瓦斯监测监控系统 改造后KJ90N监测系统,目前运行正常,满足安全生产需要。 4.5 矿井防尘系统 矿井目前防尘系统完善。2010年准备解决综掘机和采煤机二次负压降尘设备,预计投入资金160万元左右。改造和更新矿井自动喷雾系统30套。 4.6 瓦斯治理技术实施方案 4.6.1 矿井瓦斯抽采方法的选择原则 矿井瓦斯抽采方法应以瓦斯预抽为主,首先考虑地面钻孔抽采;其次考虑在不具备地面钻孔抽采条件时,提前设计、施工井巷工程,进行整个盘区采区原始煤层预抽;次之再考虑采用掘前预抽、边掘边抽、采前预抽、边采边抽、采后抽放等方法。根据煤层赋存条件、巷道布置、瓦斯基础参数、瓦斯利用要求等因素经技术经济比较确定,并应符合以下要求 1尽可能利用开采巷道抽采瓦斯,必要时可设专用瓦斯抽采巷道。 2适应煤层的赋存条件及开采技术条件。 3有利于提高瓦斯抽采率。 4抽采效果好,抽采的瓦斯量和浓度尽可能满足利用要求。 5抽采瓦斯工程系统简单,有利于维护和安全生产,建设投资省,抽采成本低。 大佛寺煤矿均为厚煤层多层开采,各煤层透气性系数属可抽采煤层,矿井具有采前预抽、本煤层边采掘边抽及采空区邻近层抽采瓦斯的条件。因此,本方案拟采用采前地面钻井与井下钻孔预抽煤层瓦斯、钻孔边采掘边抽、采后卸压带的高位钻孔与顶板走向高抽巷、上隅角插管抽采瓦斯等相结合的综合瓦斯抽采方法,以尽量有效地减小采掘工作面的瓦斯涌出量,保证矿井的安全生产。 4.6.2 矿井保护层开采瓦斯抽采技术 为延缓主采煤层的延深速度,以及为瓦斯治理提供时间和空间上的保证,矿井应调整开采程序,优先开采保护层。同时,对主采煤层上覆薄煤层的赋存情况进行勘探调查,积极寻找可以作为保护层开采的薄煤层及其块段。 根据矿井煤层赋存特点,大佛寺煤矿主要开采煤层为4煤全井田可采,其它煤层为局部可采。因此,当矿井开采西翼煤层时,在4煤上覆煤层可采的条件下,优先开采4煤上部煤层,以达到解放开采层的效果,并采用采空区埋管、回采面边采边抽等瓦斯抽采技术,由此则可提高钻孔预抽煤层瓦斯的效果,降低4煤开采时的瓦斯涌出量。 4.6.3 采前预抽煤层瓦斯技术 工作面采前瓦斯抽采又称预抽煤层瓦斯,一般是属于未卸压煤层的瓦斯抽采,主要抽采方法有地面钻孔预抽法和井下钻孔巷道预 抽法。 4.6.3.1 地面瓦斯预抽技术 同澳大利亚艾若煤层气技术中国有限公司合作,已经基本确定了施工两组1直2水平“V”型结构试验井方案。 1试验井目标 1验证彬长矿区CBM 是否具有商业性开发的价值。 2为研究彬长矿区瓦斯分布规律提供依据。 3进行地面抽采以减CBM对煤矿开采的危害。 4扩展性目标①采空区瓦斯抽放。②为后续采矿提供煤层地质参数。③抽放孔注水减少后续采矿火灾事故。 2布井依据 1试验井组目标 2地质资料研究结果 3模拟研究结果 3井眼位置与井眼结构 1第一组试验井位于大巷东部的401采区平行1