防突技术难关郑煤_揭煤防突安全技术措施
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科技引导 集成创新 攻克“三软”
煤层防突技术难关
郑州煤炭工业（集团）有限责任公司
郑煤集团公司位于河南省郑州市，是我国重要煤炭基地之一，现有55对矿井，其中生产矿井9对、生产能力 1000万吨/年，基建矿井3对、设计能力500万吨/年，资源整合矿井43对、技改设计能力1200万吨 /年。
郑煤集团所采煤层为豫西‚三软‛不稳定煤层。本区地质条件特殊，滑动构造发育，全层构造煤，煤质松软易碎，呈粉末状，煤层硬度系数小于0.2，属极软煤层；煤层顶板为泥岩、炭质泥岩、页岩；煤层底板为泥岩及炭质泥岩，遇水膨胀；煤层致密、透气性差、瓦斯含量高且构造复杂，是国内有严重煤与瓦斯突出危险的矿区之一。
郑煤集团作为豫西‚三软‛煤层开采的主体，突出矿井灾害威胁严重，随着开采深度的增加，多数主力矿井包括大平、超化、告成和裴沟等煤矿升级为煤与瓦斯突出矿井。1996年以来共发生煤与瓦斯突出64次。2004年10月20日22时09分发生在大平矿21岩石下山掘进工作面的特大型煤与瓦斯突出事故，突出煤岩量为1894吨，瓦斯量约25万立方米；特大型煤与瓦斯突出引发特大瓦斯爆炸事故，造成148人死亡。2005年科技部下达、国家安全生产监督管理总局组织实施了‚十五‛科技攻关项目——‚豫西‘三软’不稳定突出煤层防突示范技术研究‛课题。郑煤集团公司充分利用这一开发创新平台，联合中国矿业大学、河南理工大学等单位，针对豫西‚三软‛不稳定突出煤层煤与瓦斯突出防治技术难题进行较大规模的协同攻关、集成创新和技术开发。经过近3年的系统攻关，课题规划的10个专项研究全部完成；课题研究过程中培养了防突专门人才115人；制定企业技术标准3项；申报国内发明专利7项；郑煤集团建成了区域性的防治煤与瓦斯突出实验室；研究开发了3套豫西‚三软‛不稳定突出煤层防突消突专用仪表和专用技术装备。课题攻克的核心技术应用取得了良好的安全生产效果。
一、从基础入手，强力推进‚三级‛瓦斯地质图的应用 郑煤集团与河南理工大学瓦斯研究所合作，在进行瓦斯地质研究和收集分析新密煤田及本区各生产矿井瓦斯数据基础上，提出了新密煤田瓦斯地质规律研究报告，编绘了新密煤田瓦斯地质图；提出了大平煤矿、告成煤矿、超化煤矿、裴沟煤矿4对突出矿井瓦斯地质规律研究报告和瓦斯地质图。随采掘生产进展多参数测定验证分析，及时修编，并服务于矿井的安全生产管理。
根据矿区、矿井瓦斯地质图和突出危险区域探测及消突技术措施执行，提出了采掘工作面瓦斯地质评价及编图方法，先后在大平矿16071、告成矿21021、超化矿21091等回采工作面进行瓦斯地质编图示范应用；进而提出了‚三软‛煤层突出区域预测瓦斯地质方法和《‚三软‛突出煤层采掘工作面瓦斯地质图技术标准》。目前，三级瓦斯地质图已成为集团公司瓦斯防治和生产矿井高突区采掘生产管理与指挥的必备手段。
二、集成创新技术，制定企业标准，规范采掘作业行为
（一）‚三软‛突出煤层顺层钻孔区域性消除突出危险性技术标准
与中国矿业大学合作在大平矿16071工作面进行密集钻孔抽采技术及消突评价方法研究，该工作面走向长480米，平均倾向长105米，密集钻孔抽采后，工作面预抽率32.3％，实现了安全回采。该技术方法已先后在告成矿21021工作面、超化矿22081工作面示范应用，工作面预抽率分别为31.3％和35.6％。研究示范应用证明，当突出危险区煤层顺层钻孔工程量不低于0.1m/t、区域内煤层的瓦斯含量降到7 m3/t以下时，密集钻孔抽采的防突效果是安全可靠的。以此为基础提出了《‚三软‛突出煤层顺层钻孔区域性消除突出危险性技术标准》，该标准已在10个工作面应用，实现了安全回采。
（二）‚三软‛突出煤层掘进工作面突出危险性预测（效果检验）技术标准
与河南理工大学合作在大平矿16121上下副巷、告成矿21021上下副巷、超化矿22081上下副巷进行了‚三软‛突出煤层突出敏感指标、临界值研究，通过对综合指标的测定、比对、分析研究，钻屑量S值、钻孔瓦斯涌出初速度q值为‚三软‛突出煤层突出敏感指标，经过进一步验证，提出了《‚三软‛突出煤层掘进工作面突出危险性预测（效果检验）技术标准》。目前，这些矿井突出危险区煤巷掘进均采用该标准预测、校检，实现了安全掘进。
针对‚三软‛煤层破坏程度高、瓦斯放散速度快、瓦斯压力低的特点，以及转子流量计存在浮子跳动剧烈、读数不稳的情况，研制开发了节流式瞬时流量计——WY-Ⅰ型钻孔瓦斯涌出初速度瓦斯q值测定仪，该仪器具有喷嘴转换迅速、指针稳定、读数准确等优点，于2006年4月获得煤安标志。仪器流量标校系统通过了河南省计量研究院的认证。
（三）‚三软‛突出煤层采掘工作面瓦斯地质图技术标准 根据‚三软‛突出煤层的特征，结合地质分析、采掘探测等提出了《‚三软‛突出煤层采掘工作面瓦斯地质图技术标准》，目前公司所有高突矿井突出危险区内的采掘工作面必须按瓦斯地质图指导采掘作业，成为集团公司瓦斯防治和生产矿井突出危险区采掘生产管理与指挥的必要手段。
三项技术标准的使用，使矿井突出危险区采掘布置设计、工艺方法控制、监督等技术依据充分，管理规范有序。
三、创新、科学化管理，打造煤矿瓦斯防治导航系统
瓦斯治理历来是煤矿安全生产的重点与难点。作为与煤层共生共存的自然地质体，瓦斯是煤矿井工开采过程中必须面对的重大危险源之一；由于涉及资金投入、人员素质、管理水平、技术装备、责任制度等多方面的问题，因此可以说防治瓦斯是一项极其繁杂的系统工程。对付瓦斯必须借助高新技术手段，迫切需要一种基于高科技手段的信息化工具来加强矿井通风与瓦斯防治管理。
郑煤集团提出的煤矿瓦斯防治信息集成与安全导航技术，是基于矿井和矿区环境监测与生产监控系统、计算机网络系统、地理信息系统（WebGIS）以及煤矿安全生产管理的理论和技术方法，在矿井通风、瓦斯地质等数字化技术的基础上，进行全方位集成整合和再开发，纳入对矿井瓦斯灾害危险源的辨识、预警和监控体系，实现以数字化手段对煤矿生产全过程的预测、预报、预警和预防，使之成为煤矿安全生产的必备手段，构建起技术先进、高效、可靠的矿井瓦斯灾害辨识预警监控数字化安全导航系统。直观地说，煤矿瓦斯防治信息集成与安全导航系统，就是将煤矿测量空间信息、采掘工程信息、瓦斯地质信息、通风系统及日常管理信息、生产与环境实时状态参数等，集成、叠加在数字化的采掘工程平面图上，以可视化的方式对采掘生产活动进展实时动态分析诊断、监控管理，通过‚人—机‛互动，实现井下采掘作业时对瓦斯的预测、预报、预警、预防导航功能（图1）。
图1 矿井瓦斯防治导航系统原理图
煤矿生产矿井瓦斯防治导航系统自2006年6月1日在郑煤集团米村、大平、超化、告成、裴沟、芦沟等6对矿井安装应用，并与集团本部总调度室以及采、掘、机、运、通、地质测量、技术中心等相关职能部门联网运行，在安全生产管理中发挥了重要作用。主要表现在：
（1）矿井监控数据直观可视，满足安全调度分析、判断、指挥；（2）采掘作业安全隐患辨识评价与导航；（3）通风系统设施安全管理监控；（4）瓦斯管理。
由于实现了前述功能，使郑煤集团瓦斯防治管理更加准确、规范、科学，管理工作效率大大提高，因而安全管理更有成效。随着系统的进一步完善，目前已经在郑煤集团推广应用，该系统已经成为郑煤集团安全管理必备的现代化手段。
四、落实责任，强化瓦斯防治评价与监控管理
在总结多年来瓦斯防治的经验与教训基础上，郑煤集团提出了‚瓦斯防治管理评价技术‛，并建立了相应的制度。实行瓦斯防治评价制度的目的，是为了保障特殊区和特殊作业环节的责任落实、研究成果的推广及正确使用、技术标准的贯彻执行、安全隐患的治理与排除。集团公司编制印发了《郑煤集团公司生产矿井采、掘工作面瓦斯、水害防治评价管理办法》及补充规定，要求对所有的采掘工作面逐月评价，新开工的采掘工作面先评价后施工。评价内容包括瓦斯抽放、通风系统、监测监控等瓦斯防治手段和措施是否到位，所有采、掘工作面未通过评价和审核的，不准施工。评价实行主任工程师负责制，评价过程中明确每个评价人员审核的内容及责任，评价人员按评价内容及标准严格审核，参加评价部门主任工程师要将其本部门评价监控重点统计汇总列出明细表交部门负责人，由部门负责人分解落实到每个监控人员。评价监控实行部长（主任）负责组织，本部门煤矿主体专业工程技术人员参加，并实行瓦斯评价监控风险抵押金制度，所有参与瓦斯评价、监控的人员都具有规定的责任，促使其对瓦斯评价的客观准确，认真严谨。
由于采掘工作面瓦斯评价的及时、可靠，制度完善、责任清晰，收到了良好的效果，有效地杜绝了瓦斯事故的发生。
郑煤集团‚瓦斯防治管理评价技术‛和评价制度，是近年来在我国快速发展的安全评价技术与煤矿日常瓦斯防治管理工作的有机融合，符合安全科学原理，实际应用效果显著。
通过几年来在‚三软‛突出煤层瓦斯防治方面的不断探索创新，集团公司煤炭产量连续三年稳定在1000万吨以上，实现了矿区稳定发展，职工群众安居乐业。同时，使郑煤集团得以充分借助政府和社会科技与智力资源，促进和带动了企业自主创新能力建设和企业员工投入科技创新的积极性，树立了治理瓦斯、降服瓦斯的决心和信心，掌握了治理瓦斯、消突防突的知识和技能，为集团公司安全生产奠定了坚实基础。
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