山西焦煤西山礦區“556”瓦斯治理模式創新與實踐

文/賀志宏 劉振明 何新礦 王 勇

“556”瓦斯治理模式，即嚴格五項工作制度，推進五項瓦斯治理技術，強化六項裝備應用

山西焦煤西山煤電公司西山礦區是我國典型的近距離非穩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，半數以上小于10m；主采煤層透氣性系數低（0.1～1.0m2/MPa2·d）、瓦斯含量大（區域最大24m3/t），瓦斯壓力高（3.54MPa），是山西省乃至全國瓦斯治理難度最大的礦區之一。

西山礦區現有生產礦井8座，突出礦井3座，高瓦斯礦井4座，高突礦井占煤礦總數的87.5%。2009年以前，企業瓦斯綜合治理工作的發展極不平衡，同時，隨著開采深度的不斷增加，瓦斯治理能力成為制約礦區生產能力和效率進一步提升的瓶頸。2009年開始，企業與平安瓦斯公司開展戰略合作，引入行業先進管理理念，以瓦斯治理示范礦井建設為契機，積極探索瓦斯防治新技術、新工藝，逐步形成“556”瓦斯治理西山模式，即嚴格五項工作制度，推進五項瓦斯治理技術，強化六項裝備應用。實踐表明，通過制度創新，技術引領，裝備升級，西山礦區瓦斯治理水平得到大幅提升，企業已連續十年實現安全生產。

一、“556”瓦斯治理模式的主要內容

1.嚴格五項工作制度

（1）嚴格瓦斯超限追查問責制度。消除瓦斯超限，是實現企業、煤礦乃至采掘工作面安全高效生產的前提和基礎。歷史表明，西山礦區十年安全生產史，就是一部瓦斯治理史。2010年以來，西山礦區企業始終踐行“瓦斯超限就是事故”的理念，實行“超限問責、問責嚴格，超控停產、越警（警戒值）追查”的瓦斯超限“零容忍”政策。通過出臺一系列的紅線管理制度，從根本上改變過去僵化的管理思想和行為模式，重新塑造了企業瓦斯安全文化環境。

（2）嚴格礦井通風系統管理。通風系統的穩定、可靠是瓦斯治理的關鍵和基礎；通風系統的獨立和簡單是穩定、可靠的保證。

①合理規劃系統建設，保障通風能力充足。為解決主力礦井通風路線長、阻力大、增風困難等突出問題，企業堅持從設計源頭抓通風系統建設，以井筒3km服務半徑、7km通風流程為標準，實施多風井建設、分區域式通風。以馬蘭礦為例，為提升南八新開采區通風能力，提前半年投運一對南九進、回風井，形成“七進五回”的礦井分區通風格局。同時，通過合理劃分服務范圍，使地面主扇靜壓下降近500Pa。近年來，先后投運了鎮城底礦八字山風井、屯蘭礦北三風井、馬蘭礦南九風井，西曲礦麻子塔風井和屯蘭礦南六風井建設項目正穩步推進。

②采用新技術手段，優（簡）化通風系統。隨著采場延伸，系統越來越復雜，通風管理愈加困難。2017年，礦區引進三維通風模擬仿真軟件Ventsim，通過數字建模、風網解算、精準分析，為優（簡）化通風系統提供科學依據，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分析結果，實施礦井采掘部署調整，封閉無用巷道，礦井有效風量一次性提高了2670m3/min。目前，該系統已開始在全集團公司大型礦井推廣應用，如斜溝礦借助軟件進行模擬計算后，對石吉塔回風斜井通風系統實施降阻優化，主扇負壓降低了440Pa、風量增加了1200m3/min。

③優選采煤工作面通風方式，有效解決回風隅角瓦斯問題。在全面取消傳統的尾部橫川通風、消除采空區通風的隱患后，為更有效解決采面回風隅角瓦斯，礦區開始探索不同的采煤面通風方式。2015年，屯蘭礦南四下組煤盤區率先實行充填墻沿空留巷“Y”型通風，在采面絕對瓦斯涌出量近60m3/min、配風量1700m3/min的條件下，徹底消除了回風隅角瓦斯超限隱患。

（3）嚴格“三區聯動”瓦斯治理制度。“三區聯動”是以煤炭開采和瓦斯抽采工程的時間軸和空間軸為橫縱坐標軸，以規劃區、準備區和生產區作為點坐標，系統地部署煤炭開采與瓦斯抽采工程時空銜接和轉換。其實質是從規劃、設計源頭抓瓦斯治理，同步實現瓦斯治理規劃與生產發展規劃最大程度的結合，井下現場瓦斯治理與采掘活動最大限度地分離，最終形成瓦斯治理與安全生產的良性循環。

從2014年開始，礦區各高突礦井以年度“四量平衡”為基準，按照精排1年、細排3年、規劃5年的原則，逐年實施瓦斯綜合治理“三區聯動”規劃編制工作。經過近七年的廣泛實踐，瓦斯綜合治理“三區聯動”工作穩步推進，成效顯著。

（4）嚴格“一礦一策，一面一策”瓦斯治理制度。“一礦一策，一面一策”體現的是統籌協調和差異化管理思想，必須堅持目標導向和問題導向相統一的方法論。每年年底，根據各礦井瓦斯賦存、地質構造條件及瓦斯涌出規律，結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，礦區各煤礦都已形成各自適用且較為完備的瓦斯治理技術模式。

（5）嚴格技術創新引進保障制度。企業之間的協作，是企業發展和運用資源的戰略手段。近年來，西山煤電公司以技術創新促進企業精益化管理為目標，堅持“走出去，引進來”的發展理念，引進吸收國內外瓦斯治理先進經驗及技術成果，轉化為礦區適合的管理方法和技術工藝，進一步降低企業瓦斯治理成本、縮短瓦斯治理時間。十年來，先后與數十家煤炭院校、科研機構進行長期合作，尤其是與煤礦瓦斯治理國家工程研究中心開展的駐地戰略合作，從2009年一直延續到今天，不僅全面提升了礦區通風瓦斯技術水平，而且促進了企業瓦斯綜合治理能力的創新升級。

2.推進五項瓦斯治理技術

（1）推進大孔徑頂板走向長鉆孔代替高抽巷技術，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工作面每個鉆場設計5個孔，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工作面每個鉆場設計5個孔，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，同時抽采比對）實際抽采量。

（2）推進大直徑煤柱鉆孔代替橫貫治理上隅角瓦斯技術。采用U型通風系統的采煤工作面推廣布置瓦斯治理巷，通過大直徑煤柱孔（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，基本實現采煤面采空區瓦斯治理與回采作業最大限度地分離。如圖1所示。

圖1 大直徑煤柱孔代替橫貫埋管抽采工藝設計示意圖

（3）推進底抽巷治理瓦斯技術。基于西山礦區典型的近距離非穩定高突煤層群賦存和開采條件，布置底抽巷利用穿層鉆孔治理鄰近層瓦斯，是礦區突出礦井下組煤開采的一項關鍵技術和手段，必須持續推進。

（4）推進煤層預抽增透技術。針對西山礦區開采煤層透氣性低、預抽時間較長的現狀，繼續推進二氧化碳預裂及水力壓裂、割縫煤層增透技術，提高煤層透氣性，縮短預抽時間，確保預抽效果。

（5）推進地面“U”型預抽鉆井及采動裂隙帶地面“L”型抽采鉆井技術。在實施井下大直徑定向鉆孔代替高抽巷抽采的同時，為進一步破解治理工程受井下巷道空間限制的難題，在局部區域實施地面“L”型鉆井替代高抽巷瓦斯抽采技術。屯蘭礦在上組2#煤層12507回采工作面成功實驗“L”型地面鉆井抽采技術，第一口井抽采瓦斯純量就達到8.8m3/min。

3.強化六項裝備應用

（1）強化可視化三維通風仿真模擬系統（Ventsim）應用。全面規范仿真系統數據更新及日常維護。通風系統調整必須進行現場模擬，以確定最優系統調整方案。

（2）強化瓦斯抽采鉆孔施工“一鉆一視頻”應用。全面使用“一鉆一視頻”裝置開展抽采進尺驗收工作，取消專人現場驗收，實現鉆孔驗收自動化，鉆孔施工全過程管控。

（3）強化瓦斯抽采動態達標評判系統應用。持續推進瓦斯抽采動態達標評判系統建設，推動瓦斯抽采達標評判工作規范化、自動化、信息化。

（4）強化定向鉆機應用。加快推進普通鉆機的定向化改造和購置新的定向鉆機，滿足精準打鉆需求。

（5）強化千米鉆機消突技術應用。大力推進千米鉆機定向鉆孔聯合消突措施，利用定向鉆孔軌跡實時數據傳輸特性，提升區域防突措施鉆孔的施工精度。

（6）強化地面瓦斯抽采系統應用。取消井下移動泵站抽采，對運行時間超過十年以上及運行效率低的地面抽采泵站進行更新改造，確保系統的安全運行。

二、西山礦區瓦斯治理模式的實踐效果

1.礦區瓦斯超限次數顯著下降

通過實踐“556”瓦斯治理模式，礦區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月更是實現了瓦斯“零超限”的目標，瓦斯治理安全效果顯著。

2.礦區先進產能得到釋放，生產效率大幅提升

2010年以來，通過實踐“556”瓦斯治理模式，礦區生產能力得到持續釋放，瓦斯已不再成為礦區煤礦產能限制的主導因素。近幾年，受地方政府調控和國家對煤炭去產能政策因素影響，礦區8對礦井實際產能控制在2500萬噸左右，治理效果并未直觀反映在生產規模的持續擴大，最終體現為生產效率的穩步提高。如今，在裝備相同條件下，采煤工作面完成計劃生產任務平均時間較過去減少了30%；突出煤層掘進工作面月單進水平平均提高25%以上。

據統計，目前礦區8對礦井回采煤量可采期均在10.3～22個月，遠超不少于5個月的最低要求，產能有較大的提升空間。

三、結語

針對西山礦區典型的近距離非穩定高突煤層群賦存和開采條件,引入行業先進管理理念，積極探索瓦斯防治新技術、新工藝，經過十年的深耕厚植，形成符合礦區實際的“556”瓦斯治理西山模式。“556”瓦斯治理模式實施以來，礦區瓦斯超限次數顯著下降，2017年以來連續4年實現瓦斯“零超限”的中期目標；通過多年持續有效的治理，礦區生產能力持續釋放，生產效率穩步提高，已連續十年實現安全生產，效果十分顯著。

實現礦區瓦斯安全是一項系統性工程，需要通過制度創新,技術引領，裝備升級，需要打好組合拳，須用重落實、嚴防控、強管理作保障，亦即制訂的目標要切合實際，推行的制度執行“紅線”管理，保證的項目要嚴格落實，這是瓦斯治理西山模式得以成功的三大底層邏輯。