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煤与瓦斯共采 领跑煤炭科学开采

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缸;夏占 2011年第4期(总第67期) 钍 2011年4月 EN日 GY AND ENERGY CONSE ,A11ON 煤与瓦斯共采领跑煤炭科学开采 袁(1中国淮南矿业(集团)公司,安徽亮L 淮南232001) 淮南232001;2煤矿瓦斯治理国家工程研究中心,安徽摘要:叙述了中国煤炭资源开采难度大的问题,指出,过去在高瓦斯煤矿采煤容易造成瓦斯爆炸等事故在采煤技术理论方 面存在的问题和针对性创新的“卸压开采煤与瓦斯共采技术”“无煤柱煤与瓦斯共采”新方法的试验结果及推广应用情况, 指出,创新以煤与瓦斯共采关键技术为核心的瓦斯综合治理技术不仅得到了国内的充分肯定,也受到了国际采矿界的关注和 认可,不仅为企业插上翅膀,且惠及全行业,成为中国煤炭_y-,Jk发展的方向,提出,针对目前中国煤炭行业管理方面存在问 题应改进的建议。 关键词:煤;瓦斯;共采方法;技术创新 中图分类号:TD823 文献标识码: A 文章编号: 2095-0802-(201 1)04-0001-04 Exploit Coal and Gas Simultaneously Lead Scientific Coal Exploration YUAN Liang ̄,2 (1 Huainan Mining(Group)Company of China,Huainan 232001,Anhui,China; 2 Na ̄onal Engineering Research Center fo Coal Mine Gas Control,Huainan 232001,Anhui,China) Abstract:Thispaperdescribesthedificultfyofexploitationofcoal resourcesina血la’pointedoutthat gas explosionislikelytocause accidentsinhi曲gas coalminesinthepast.Andputforward someotherproblemsin coalminingtechnologyandnewmethods such as targetedinnovative“exploit coalby reducingpressure and exploit coal and gas simultaneouslyTechnology'’.“coal、)l,imno coalpillar andexploit coalandgas simultaneously'’whichwillbenefittheentireindustry,andwillbeChina’S coalindustrydevelopmentdirection. The author gave SOITIC suggestion orlChina’S coalindustry. Keywords:coal;gas;simultaneouslyexplorationmethods;technologicalinnovation 0 引言 2010年11月18日,由中国工程院、国家能源局举 来,中国在低透气性煤层中开展的地面煤层气开采一直 未能取得突破,国家曾引进美国技术在两淮矿区实施数 口地面钻井开采煤层气,试验均告失败。同时,在煤矿 井下引进德国、澳大利亚钻机直接在煤层中抽采瓦斯的 尝试也没有成功。这些研究至今仍未取得进展,因此, 自20世纪80年代以来,随着煤矿开采深度增加,瓦斯 灾害升级,此类煤矿瓦斯爆炸和煤与瓦斯突出事故频繁 发生。 办的首届中国能源论坛明确提出:中国将“坚持以煤炭 为主体、电力为中心、油气和新能源全面发展的能源战 略”,2030年至2050年煤炭需求达35×10 t/a,在能 源结构中的比例仍占50%。可见,在相当长的时期内, 煤炭作为中国主导能源和基础能源的地位无法替代。 然而,中国煤炭开采难度大,-1 000 m以下煤炭资 源量占总资源量的53%,全中国95%以上的煤矿为井工开 采,瓦斯、水、火、地压、地温等自然灾害严重,特别 是瓦斯问题尤为突出,国有重点煤矿70%以上是高瓦斯、 煤与瓦斯突出矿井,且大部分为低透气性煤层。长期以 收稿日期:2011-02-13 作者简介:袁亮,1960年生,男,安徽金寨人,1982年毕业于 淮南矿业学院采矿工程专业,煤炭开采及瓦斯治理专家,中国.T-程 院院士,煤矿瓦斯治理国家工程研究中心主任、教授、博士生导师, 淮南矿业(集团)公司总工程师、乱总经理。主持了国家“十五” 等多项重大科教攻关项目研究,先后获 气陛煤层群无煤柱煤 与瓦斯共采关键技术》等5项国家科教进步二等奖,获安徽省重大 科技戍就奖。 淮南矿区是瓦斯危害最典型的矿区之一,历史上是 中国煤矿瓦斯事故重灾区。近1O年来,我们针对低透气 性煤层瓦斯治理状况,即地面煤层气开采和地下直接抽 采瓦斯均走不通的客观事实,从煤矿井下开采源头解决 低透气性高瓦斯煤层瓦斯治理难题,依靠井下采场卸压 开采来增加煤层透气性,并抽采卸压瓦斯的煤与瓦斯共 采理论,解决了低透气性煤层煤矿瓦斯治理这一世界性、 历史性的难题,杜绝了瓦斯爆炸事故,了矿区生产 力。10多年淮南矿区及中国类似条件安全开采瓦斯治理 的实践已证明,煤与瓦斯共采是实现煤炭科学开采的必 由之路。 2011年第4期 1 把“老虎”关进笼子里 缸濠.蓦; {童 作。首先在通风方式上进行变革。2004年之前,中国煤 矿均采用u型通风方式。它的好处是系统简单,1条进 风巷道,l条回风巷道,但是存在着工作面上隅角瓦斯 积聚的重大安全隐患。据统计,中国煤矿采煤工作面80% 以上瓦斯事故发生在上隅角,且都是因为瓦斯积聚。而 当时德国、波兰等世界先进采煤国家在20多年前就淘汰 淮南矿区资源丰富,探明资源量500×lOs t,其 中,一1 200 m以浅国家批准的总体资源量285X 10。t, 煤层气资源近7 000×10。IIl3,是中国东部和南部最大的 一块整装煤田,占中国东部煤炭储量的50%,占安徽省 煤炭储量的74%。 了u型通风方式,采用Y型通风方式。即采煤工作面采 用2条进风巷道、l条回风巷道的通风方式,能有效地 解决上隅角瓦斯积聚的问题,消除安全隐患。 要实现Y型通风,最关键的就是回采工作面留巷, 然而,淮南煤炭赋存条件差,为低透气性煤层群开 采条件,渗透率极低,地质条件极为复杂,煤层瓦斯含 量高,瓦斯涌出量达1 100 IIl3/min,居中国前列,是中 国开采难度最大的煤田之一,瓦斯事故多发。几十年来, 被瓦斯这只“猛虎”所束缚,矿区煤炭产量一直徘徊在 l 000×10 t左右,丰富的煤炭资源和良好的区位优势 难以发挥。 众所周知,低透气性煤层瓦斯治理是世界性难题, 传统的治理办法是“拼刺刀”,即直接在低透气性高瓦 斯、煤与瓦斯突出煤层进行采取治理措施,进行采掘活 动,对瓦斯是“堵”而不是“疏”。这条路子已被证明 是行不通的,大量瓦斯仍然存留在煤层之中,治理效果 差。要想降伏瓦斯这只“拦路虎”,消除瓦斯威胁,实 现安全生产,就必须开辟新的路子。 1996年4月,通过大量试验研究和理论论证,我提 出了“卸压开采煤与瓦斯共采”的技术原理。即打破传 统自上而下的开采顺序,先开采瓦斯含量相对较低的薄 煤层,造成上下岩层移动,膨胀卸压,从而增加煤层透 气性,使得相邻煤层的瓦斯被解析为游离瓦斯,再通过 预先布置的巷道和钻孔“抽采”到地面。这样,实现了 煤与瓦斯共采,煤层得以在低瓦斯状态下安全开采,抽 采到地面的瓦斯通过地面永久抽采系统进行综合利用, 实现低碳经济。 经过在淮南煤矿的试验,1998年9月,“卸压开采 抽采瓦斯煤与瓦斯共采技术”取得了巨大的成功,仅潘 一矿1条巷道就抽出了1 000×10 以上的瓦斯,煤层 透气性增加了2 880倍,低透气性煤层卸压增透后,煤 层中60%以上瓦斯被抽采出来,瓦斯威胁得到了解除, 实现了高瓦斯煤层在低瓦斯状态下的安全开采。 2000年之后,该技术逐步成熟并在淮南矿区全面铺 开,形成了井上下立体的卸压开采抽采瓦斯、煤与瓦斯 共采和先抽瓦斯后采煤的工程技术体系。瓦斯,这只昔 日吞噬多少矿工生命的“老虎”终于被温顺地关进了笼 子里。 2 “代表了中国煤炭工业发展方向” “卸压开采煤与瓦斯共采技术”实现了瓦斯“治得 住”,但它存在着巷道工程量大、瓦斯治理成本高等弊 端。为找到技术经济最佳结合点,2004年我又提出了 “无煤柱煤与瓦斯共采”理论,并开展了系统的研究工 沿着采空区构筑一道密不透风、铜墙铁壁般的墙体,上 能支撑顶板的压力,下能阻断采空区的瓦斯外溢,并利 用这条巷道对煤层群开采条件下的上下煤层进行瓦斯抽 采和综合治理。 其实,中国老一代采矿界对Y型通风并不陌生。20 世纪90年代初,煤炭部为了解决无煤柱开采问题,组织 研究了一次沿空留巷工艺,采用1种高水充填材料,但 是试验失败。从此,沿空留巷Y型通风在中国再无人问 津。 德国煤矿采用重型u型钢支护,壁后充填,实现Y 型通风。在德国,开采1 t煤,补贴80欧元,吨煤 成本高达l 600元人民币,而淮南商品煤市场价只达到 500多元,显然,如果走德国的技术路线既不经济,更 不现实。 好在我们已经从“卸压开采煤与瓦斯共采技术”的 自主研发中尝到了创新的甜头,因此,对Y型通风试验 有了更大的热情。在淮南矿区要研究成功Y型通风,关 键是研制出1种强度高、易于井下长距离泵送的充填材 料和机械化护巷工艺系统。 企业是创新的主体,2004年提出课题并立项研究, 2005年完成实验室模拟、相关材料、系统设计研究,在 过去技术积淀的基础上,经过近4年理论研究和3 000 多次试验后,充填材料终于研制成功。2007年2月,膏 体材料和远距离复杂条件下的泵送试验一举成功。 2007年7月,“低透气性煤层群无煤柱煤与瓦斯共 采关键技术”这项具有中国自主知识产权的煤矿工程技 术与理论,在瓦斯绝对涌出量为中国第二位的新庄孜矿 正式应用。几个月后,工作面安全顺利回采完毕,回采 期间瓦斯抽采率最高达85%,平均为75%,工作面瓦斯威 胁彻底消除,实现了安全开采。 2007年底,这项技术在中国高瓦斯、高地温、高地 压复杂地质条件的顾桥煤矿l115(1)综采工作面再次 成功应用,实现了“无煤柱煤与瓦斯共采”,最高日产 安全煤量18 681 t,月产36×10 t,产能高达486× 10 t/a,充填留巷长度达2 900 m,是德国的2倍,成 本仅为欧洲的1/3,抽采瓦斯气30 946 m3,抽采率达72%, 抽出的高浓瓦斯直接利用,实现了绿色开采、节能减排, 2011年第4期 袁亮:煤与瓦斯共采领跑煤炭科学开采 2011年4月 创造了世界纪录。 这项技术,a)解决了高瓦斯、高地应力、低透气性 煤层等复杂地质条件煤矿煤与瓦斯共采技术难题,保证 了安全高效开采.b)实现了无煤柱开采,煤炭资源回收 率提高了5%~8%;C)简化系统,少掘3条~4条巷道, 降低了生产成本和瓦斯治理成本,实现连续开采;d)完 善了通风流场,有利于防止煤层的自燃发火;e)“两进 一回”通风方式,工作面感觉温度降低3℃~5℃,大 大改善了职工井下作业条件:f)经济效益、社会效益和 环境效益显著,新区顾桥矿应用这项技术,1个工作面 节省费用1 X 10 元,老区矿井节省5 000×104元,并把 煤矿井下有害温室气体一瓦斯高效利用,变害为利, 变废为宝。 2007年l2月,中国煤炭学会组织专家对“低透气 性煤层群无煤柱煤与瓦斯共采关键技术”进行了鉴定, 由中国工程院钱鸣高、周世宁等院士和专家组成的鉴定 委员会一致认为:无煤柱煤与瓦斯共采技术集成、创新 了所涉及的理论、技术、材料、装备和工艺系统,形成 了整套创新技术体系,达到国际领先水平,很有推广价 值。钱鸣高院士评价说,这是中国第一个完整地在1个 矿区实现煤与瓦斯共采、将瓦斯变害为宝的重大创新项 目,使矿井开采向本质安全型迈进了一大步,取得了显 著的经济和社会效益,开创了该类条件下国内外煤层安 全高效开采先例。这项技术获中国煤炭工业协会科学技 术奖特等奖、国家科技进步奖二等奖。 2008年1月26日,时任生产监督管理总 局的李毅中同志在顾桥煤矿1115(1)工作面考察 时,感慨地说, “Y型通风沿空留巷很了不起,解决了 煤与瓦斯共采问题,代表了中国煤炭工业发展的方向。” 并用粉笔在井下写了“沿空留巷,Y型通风好”9个字, 以表达自己对应用煤矿新技术的喜悦之情。 3 杜宾斯基的3个“没想到” 淮南矿区创新的以煤与瓦斯共采关键技术为核心的 瓦斯综合治理技术不仅得到了国内的充分肯定,也受到 了国际采矿界的关注和认可。自2007年以来,淮南矿业 集团每年承办1次煤矿瓦斯治理技术国际会议,来自世 界10多个产煤大国的煤矿瓦斯防治顶尖级专家以及科 研机构的学者共同研讨煤矿瓦斯治理技术。 2008年10月,世界采矿大会国际组委会杜宾 斯基先生应邀参加了当年度的中国(淮南)煤矿瓦斯治 理技术国际会议。会议期间,他认真听取了有关“煤与 瓦斯共采关键技术”的介绍,并深入顾桥煤矿700 m深 的井下实地考察后,激动地评价说: “我多次到中国, 这次给了我很大的冲击。我没想到中国的瓦斯治理效果 这样好,没想到淮南煤矿的瓦斯治理技术这样先进,没 想到已经超过了我的祖国波兰,也超过了德国和欧洲。 中国无疑是采煤大国,也是技术强国,袁亮在煤炭开采 的技术理论研究上大胆创新,领跑了世界煤炭开采技 术!” 德国煤矿技术研究院首席科学家维利・卡莫是世 界顶级的围岩控制和地压治理专家,曾多次劝说淮南引 进德国的“煤与瓦斯共采技术”,并断言在顾桥煤矿这 样的地质隋况下,不走德国路线是行不通的。2008年5 月,他第三次来到淮南顾桥煤矿,当得知中国人自主创 新的“煤与瓦斯共采技术”在顾桥煤矿成功应用,并且 工作效率和经济『生远远超过德国后,不禁翘起了大拇指。 4 技术创新为企业插上翅膀 煤与瓦斯共采技术创新带动了企业理念、管理的全 面创新,同时,借助国家和安徽省重大科技支撑项目和 支持,淮南煤矿基本找到了瓦斯治理的方法与途径, 淮南矿区连续13年杜绝了瓦斯爆炸事故,100×10 t 死亡率降至0.1左右,比历史平均100×10 t死亡率下 降30倍以上,淮南煤矿实现了科学发展、绿色发展,发 生了脱胎换骨的变化。 这些年,淮南煤矿建设和改造升级了顾桥、张集、 谢桥3个1 000×10 t级的特大型矿井以及一批井型在 400 X 104 t以上的现代化煤矿,并用先进技术改造了一 批老矿井,生产能力得到了充分发挥。原煤产量过去50 多年一直徘徊在1 000><10 t,通过8年多的努力,提 升到6 000×10 t以上,2009年达到6 715×10 t。 2010年在中国500强企业排名中列第183位。瓦斯抽采 量由1997年的1 000×i0 II13增加到3.5×lo8 m,抽采 率由5%提高到65%。抽出的瓦斯作为洁净能源直接利用, 建成了世界第一座低浓度瓦斯发电站,共建成瓦斯发电 站8座,装机容量24 232 kW,实施了亚太地区首例热 电冷联供项目,同时,实施瓦斯民用工程,能满足10 ×10 户居民需求。 淮南煤矿被国家列为l3个lX 10s t级煤炭基地和 6个大型煤电基地之一,国家于2008年12月在 顾桥煤矿举行了两淮1×10 t级煤电基地竣工投产仪 式,也是中国第一个建成的大型煤电基地。企业被授予 “国家第四批创新型试点企业”“中华环境友好型企 业”和“国家首批循环经济试点企业”。 近l0年来,淮南煤矿在瓦斯综合治理与利用方面由 经验治理上升到科学治理,形成了瓦斯治理20种理念、 50项技术和50条经验。获得国家授权有效发明专利1 1 项,实用新型专利29项。主持(或参与)制定国际标准 1项、国家标准2项、行业标准13项,获国家科技进步 奖6项,获省部级科技进步奖55项。 国家批准在淮南矿业集团组建煤矿瓦斯治理国家工 程研究中心、深部煤炭开采与环境保护国家重点实验室、 煤矿生态环境保护国家工程实验室,顾桥矿为国家“高 ・3・ 2011年第4期 ;i【与 钍 2011年4月 瓦斯、高地压、高地温示范矿井”、谢一矿为国家“深 井开采试验矿井”。 目前,淮南煤矿已成为安徽省、华东地区乃至黄河 以南最大的煤电基地。现在,平均每天有2 000多节满 载“淮南煤”的火车皮从这里驶向浙江、江苏、江西、 福建、上海等华东省市,发挥了能源对区域经济社会发 展的重要作用。 瓦斯治理技术实现重大突破后,淮南煤矿主业的实 力逐步增强。目前,电力权益总规模达1 192×104 kW, 成为安徽省最大的电力企业。淮南矿业集团在行业内首 创煤电一体化,与合作方均股建成了田集电厂、凤台电 厂,把一部分煤炭资源就地转化为电力,直送上海、浙 江两地。 世博会期间,淮南矿业集团累计向世博输送电量 79.73×10 kW・h,上海每天所用的7 kW・h电中就有 1 kW・h是“淮南电”。2010年l1月,淮南矿业集团 收到来自上海市的一封感谢信,来信真诚地说: “贵集团为保障上海能源供应、城市正常运行特别是上 海世博会的成功举办作出了很大的贡献。” 5 “淮南经验”惠及全行业 2003年,委员长视察淮南煤矿,对矿区在瓦 斯治理上取得的成功经验给予了充分肯定。 中国70%以上煤矿的开采条件和淮南矿区基本相 似,淮南的瓦斯问题具有典型性和代表性。国家 有关领导指出,淮南瓦斯问题解决了,对中国高瓦斯煤 矿的瓦斯治理能够起到很好的示范作用。 2004年至2005年,中国煤矿共发生了6起死亡100 人以上的瓦斯事故。党、对此高度重视。为 了有效控制煤矿瓦斯事故,在听取有关专家 关于淮南矿区瓦斯治理隋况的汇报后,决定在中国推广 淮南瓦斯治理经验。 2005年3月,由时任副的同志主持, 在淮南召开了中国煤矿瓦斯防治工作现场会,推广了淮 南矿业集团瓦斯治理20种理念、50项技术和50条经验。 企业受国家委托,编写了《中国煤矿瓦斯治理与 利用总体方案》。 5个月后,视察安徽,在听取淮南矿业集 团汇报后说,淮南煤矿这几年在瓦斯治理和安全生产上 是中国学习的1个榜样。 2005年12月,按照第八十一次常务会议的 精神,国家批准,由淮南矿业集团联合中国矿业 大学组建煤矿瓦斯治理国家工程研究中心,在淮南落户。 这个中心是中国第一个煤矿瓦斯治理领域的国家级研究 中心,也是中国第一个设在企业的国家工程研究中心。 国家要求,这个中心要以企业为产业化基地,加快煤矿 瓦斯治理与利用技术研发,辐射全行业,为行业提供技 术培训和技术服务。 2006年以来,受国家委托,煤矿瓦斯治理国 家工程研究中心共举办了全行业瓦斯治理技术和管理培 训班30多期,培训6 000多人次,其中,包括45户中 国煤矿安全重点监控企业的董事长、总经理、总工程师 及所属矿井的矿长、总工程师等500多名企业高管。 同时,根据国家和国家煤监局授权,煤矿瓦 斯治理国家工程研究中心以技术咨询服务为主要发展方 向,面向全行业开展技术服务。 华晋焦煤公司沙曲矿是中国单井口瓦斯涌出量最大 的煤矿之一,瓦斯涌出量高达479 ma/min。2006年至2008 年该矿的瓦斯超限次数分别为3 635次、2 605次、1 648 次。由于瓦斯的威胁,设计产量为300×10 t的矿井, 实际产量却只能达到120×10 t。接受淮南瓦斯治理技 术服务以后,2009年瓦斯超限次数下降到93次,同比 下降90%以上,控制了瓦斯超限事故,实现了安全生产。 2010年沙曲矿被山西焦煤集团公司授予“瓦斯治理先 进矿”称号。 而在整个山西焦煤集团,煤矿瓦斯治理国家工程研 究中心对该集团12对高瓦斯矿井及煤与瓦斯突出矿井 和汾西矿业6对低瓦斯矿井进行安全技术会诊后,从根 本上改变了山西焦煤集团瓦斯治理观念。 皖北煤电公司的卧龙湖煤矿是在淮南矿业集团以外 第一家成功实施“煤与瓦斯共采技术”的煤矿,该技术 已成为皖北煤电公司保护层开采的主要模式。 松藻煤矿是与淮南矿区瓦斯地质条件复杂程度相似 的煤矿,在应用无煤柱煤与瓦斯共采技术后,生产效率 提高了4倍,瓦斯从没超限过,瓦斯从根本上得到了治 理。 近几年,国家、煤矿瓦斯防治部际协调领导 小组、国家煤矿安全生产监察局办公室先后下文,向中 国推广低透气性煤层群无煤柱煤与瓦斯共采关键技术。 截至目前,以“煤与瓦斯共采技术”为代表的淮南 瓦斯治理技术创新成果在中国类似条件的40多个矿区 100多个矿井推广应用,占中国高瓦斯突出矿井60%以 上。2006年以来,中国煤矿瓦斯事故死亡人数减少1/2 以上,其中,重要的原因就是从2005年开始推广淮南瓦 斯治理的技术与经验。 2010年11月份,中澳煤矿安全技术国际研讨会在 澳大利亚港口城市纽卡斯尔举行,我应邀参会并作主题 报告,系统介绍了中国淮南等高瓦斯矿区在低透气性煤 层群瓦斯治理方面所取得的成绩。会后,澳大利亚采矿 界同仁对“无煤柱煤与瓦斯共采技术”给予了高度评价, 并发来信件,希望有机会实地考察淮南矿区煤与瓦斯共 采技术,也有意将其引进到澳大利亚的高瓦斯煤矿区。 (下转11页) 

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