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淮南矿区先抽后采的瓦斯治本技术
袁 亮
(淮南矿业(集团)有限责任公司，安徽省淮南市洞山,232002)
摘 要 阐述了高瓦斯含量的淮南矿区卸压开采抽采瓦斯理论与技术、松软煤岩巷道围岩控制理论与技术和高瓦斯复杂地质条件下矿井设计的理念与技术，介绍了淮南矿业集团在瓦斯安全高效开采及综合利用领域的主要成果及其取得的经济效益和社会效益。
关键词 瓦斯 先抽后采 理论及技术
袁亮：淮南矿业(集团)有限责任公司常务副总经理兼总工程师，教授级高级工程师
淮南矿区是我国高瓦斯、高地应力、煤层、开采条件特别复杂的典型矿区，煤炭资源丰富，国家批准开发煤炭285亿t 。煤田位于华北板块与扬子板块结合处，南邻秦岭)大别山构造带，是我国瓦斯含量最高的矿区之一。现有15对矿井，全部为煤与瓦斯突出矿井。制约淮南矿区安全高效开采的科学技术问题主要是：瓦斯治理、松软煤岩巷道支护、安全高效开采矿井设计理论和技术。1 卸压开采抽采瓦斯的理论与技术
松软低透气性煤层瓦斯治理是世界性技术难题，也是淮南矿区首要的关键技术。20世纪80年代以来的瓦斯传统抽放技术和方法，不能解决松软低透气性煤层开采瓦斯治理难题。针对淮南矿区高瓦斯低透气性煤层及瓦斯赋存特点，提出并研究成功了卸压开采抽采瓦斯理论与技术。111 首采层瓦斯抽采理论与技术
针对矿区煤层特点，从首采层开采卸压研究入手，选择瓦斯含量小、突出危险性低的薄煤层作为首采卸压层，试验研究并探索出采场岩层移动规律、瓦斯运移规律和卸压瓦斯富集区。
(1)首采煤层采场顶板移动规律物理模拟。根据研究结果，现场探测发现：瓦斯富集区在煤层顶板垂直向上8~25m 、回风巷向下0~30m 的范围内。证实环型裂隙圈就是卸压瓦斯富集区。研究成功了/环形裂隙圈内走向长钻孔或巷道法0抽采卸
压瓦斯新方法;/环形裂隙圈内走向长钻孔或巷道法0抽采卸压瓦斯新方法。瓦斯抽采效果：试验工作面抽采量:26m 3/m in，抽采率65%。
(2)开采远距离煤层上向卸压瓦斯抽采理论与技术。实现开采70~150m，远距离上向卸压煤与瓦斯共采。
(3)发现远程采动卸压瓦斯流动存在一个活跃期，开采近距离煤层下向多重卸压瓦斯抽采理论与技术。实现开采20~100m，近距离开采近距离煤层下向多重卸压瓦斯抽采。治理效果：底板臌起，卸压显著；煤层透气性增加数百倍；单孔流量增加数十倍。
112 开采急倾斜煤层平行卸压瓦斯抽采技术煤层倾角65~102b 时，被保护煤层硬度显著增大，由于采用平行卸压瓦斯抽采技术/抽冒0、/淌漏0现象完全得到控制。在突出煤层边抽边掘。巷帮钻孔深度60m，工作面钻孔深度30m 。每个钻场布孔6~8个，工作面孔数每平方米不少于2个。113 地面钻孔抽采采动卸压区域及采空区瓦斯理论与技术
钻孔需布置在已发生卸压(提高透气性)且瓦斯丰富的区域，从而能从卸压覆岩中截获更多的解吸瓦斯。通过研究成功稳定可靠的钻孔结构、钻孔布置、防断裂和防水技术，来合理控制地面钻孔抽采流量和负压，稳定流量和浓度，降低工作面自然发火的危险。研究表明：单孔瓦斯抽采量可达8~32m 3/min，瓦斯浓度为60%~95%，抽采半径达500m 以上。地面钻孔抽采瓦斯量占工作面总抽采
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淮南矿区先抽后采的瓦斯治本技术
量的67141%，可以采用地面钻孔代替或减少井下其它抽采方法。
114全方位立体抽采卸压瓦斯技术体系
gassy在发明地面钻孔抽采采动区、采空区卸压瓦斯技术并取得发明专利的同时，完善和集成穿层钻孔、顺层钻孔预抽技术，采空区埋管抽采采空区瓦斯技术，瓦斯抽采专用巷道抽采本层及邻近层卸压瓦斯等技术，
形成了井下与地面结合，本煤层与邻近层结合的全方位立体抽采卸压瓦斯技术体系。
我们把卸压开采作为防突治本措施，从采场布置和开采程序上走卸压开采增加煤层透气性、治理瓦斯的技术路线，创立了一整套/开采煤层顶底板卸压瓦斯抽采工程技术方法0，最先建立了卸压开采/抽采0瓦斯、煤与瓦斯共采的安全高效开采工程技术体系。现在，我们规定016m以上的保护层(卸压层)必须强制性开采，突出威胁及危险区域煤巷掘进必须采用区域性瓦斯治理措施，做到/可保尽保、应抽尽抽0。
此项成果经专家鉴定/总体达到国际先进水平，部分成果达到国际领先水平0，并获2003年度国家科技进步二等奖。
2松软煤岩巷道围岩控制理论与技术
松软煤岩巷道支护和围岩控制同样是制约淮南矿区安全高效开采的关键技术难题，传统方法巷道变形率达50%，通风阻力高达5100Pa，无法满足矿井安全要求。我们开展了深部支护围岩控制规律研究，探索出了锚注浆液在岩体内流动规律和围岩应力变化规律，研究成功/锚注一体化，锚封一体化0技术，实现了巷道软岩变硬岩，成功修复并控制了松软围岩条件的岩石巷道。该项研究成果获2002年国家科技进步二等奖。
(1)锚注支护技术。经过取样测试，注浆加固圈岩石的单轴抗压强度相当于500#混凝土碹的强度，但其成本仅为混凝土碹的1/3。
(2)关键技术)))锚注一体化和锚封一体化。利用空心锚杆兼作注浆管，实现了锚注一体化；采用特制圆环体状锚固卷，将锚固与密封融为一体，实现了锚封一体化。
(3)针对极易离层破碎型顶板煤层巷道支护与控制技术难题，提出了特厚复合破碎顶板渐次垮冒的离层控制原理、楔形加固区顶板控制理论，建立了极易离层破碎型顶板煤层巷道支护技术体系、超强预应力支护安全质量保证体系。该项目2005年获国家科技进步二等奖。
(4)研究成功了安全可靠的新型支护技术。主要有：复合顶板支护技术、大倾角复合顶板支护技术、厚层复合顶板支护技术、顶煤条件下的支护技术，实现了由传统支护巷道失修堵塞通风断面向新型通畅支护巷道的转变，以及由巷道剧烈变形严重制约工作面推进状态向端头畅通保证工作面快速推进的转变。
3高瓦斯复杂地质条件矿井设计理念
瓦斯治理和巷道支护取得成功后，矿井设计成为制约淮南矿区安全高效开采的技术难题。传统矿井设计的井筒服务半径达5~6km，造成矿井通风阻力高，自上而下的开采程序导致高瓦斯煤层不能实现先抽后采，矿井抗灾能力差。
针对矿井设计存在的技术问题，并根据国家相关安全技术政策要求：高瓦斯矿井通风阻力应低于3000Pa、应建立多组独立通风的安全生产系统、满足卸压开采治理瓦斯的需要等，研究发现淮南矿区安全高效开采技术与井筒布置设计关系密切，主要与井筒安全开采半径相关。
311高倍安全系数的矿井安全生产系统
(1)矿井通风安全系统。采用大风量、大断面、双回路，实现系统单风机风量达到30000m3/ min以上，主要风道两进两回，单巷断面在20m2以上。
(2)采区通风安全系统。采用/一面三巷0或/一面四巷0，工作面进回风巷的断面在15m2以上。以保证工作面配风能力达3000m3/m in以上，提高工作面风排瓦斯能力，建立地面与井下瓦斯抽采系统，形成/大流量、多台泵，大管径、多回路0的瓦斯抽采系统格局，大幅提高抽采能力。
(3)矿井供电系统：主变电所和地面及井下各级变电所开关全部实现无油化,35kV以下的开关全部采用真空断路器，配套微机综合保护装置和计算机监控管理系统，大幅提高安全供电能力。
(4)综合自动化系统：建立矿区、矿井二级信息平台，配合矿井工业电视监视系统，实现地面和井下的各个子系统均能在调度中心进行集中控制和监视，为实时发现安全生产隐患、避免事故发生创造了条件。
312确保安全生产的开采程序
6中国煤炭第33卷第5期2007年5月
淮南矿区可采煤层8~15层，第一个可采煤层13-1煤层平均厚度415m，瓦斯含量大，突出危险严重。长
期以来，矿井设计采用传统的开采程序，选择13-1(C13)煤层作为首采层，实践证明既不安全，又不能高效开采。经过理论和现场试验研究，采用先开采卸压层的开采程序，并实施抽采瓦斯，使高瓦斯突出煤层快速转变为低瓦斯煤层，实现了安全开采，形成煤层开采3条原则：安全开采原则：煤层开采时首先选择瓦斯含量较小、突出危险性较低的煤层作为首采卸压层；循环卸压原则：多重开采卸压煤层循环卸压，使突出煤层得到充分卸压；卸压效果最大化原则：选择薄煤层作为首采卸压层。
313技术成果
(1)提出了淮南矿区/矿井预留富裕安全生产系统能力0的设计新理念，系统研究得出淮南矿区井筒安全开采半径不大于4km。
(2)确立了以安全开采、循环卸压、卸压效果最大化为原则的煤层开采程序。
(3)1998年以来，按照新的理念编制矿井设计，并完成了采场布局、开采程序近百万米巷道调整工程，形成了煤与瓦斯共采系统工程新格局，实现了安全高效开采矿井设计技术重大突破。此项成果获2004年度中国煤炭工业科学技术一等奖。
4瓦斯安全高效开采及综合利用的主要成果
1998年以来，淮南矿业集团通过现代采矿理论研究与工程实践，逐步扭转了安全生产的被动局面。首先，
健全了研发机构：成立淮南煤矿安全开采管理研究总院，下设一室三院、一部三所和三个研发基地。其次，打造了一支瓦斯抽采安全生产的研发队伍：现有工程技术人员17878人，高级工程师840人，工程师2140人。近3年来，吸引2000余名煤矿主体专业大学生。公司拥有60余名研究生学历的人才。第三，保证了研发投入:2003年118亿元,2004年119亿元,2005年212亿元, 2006年214亿元。第四，积极开展了对外交流与合作：与中国矿业大学、煤炭科学研究总院各分院、安徽理工大学、中国科技大学、中科院、日本能源中心、澳大利亚联邦科学院、德国鲁尔集团等开展了广泛的合作研究。第五，长期坚持走产学研攻关研究的创新路子，极大提升了企业技术创新能力，取得了一批技术创新成果，并多次在全国性和国际性科技会议上对研究成果进行专题介绍。
(1)建成安全高效开采示范工程项目。将煤与瓦斯共采、松软煤岩巷道支护、矿井设计理论和技术创新成果应用于矿井建设,35个月建成一井一面年产500万t的顾桥矿井，单产、效率、建设工期均创全国最好成绩。
(2)推进了瓦斯利用工程。民用燃气的储配能力达到23万m3，可供10万户民用；改造瓦斯锅炉6台，共24t/h；瓦斯发电的装机规模为32000kW，实现瓦斯发电效率80%以上，达国际先进水平。拥有2座1360kW瓦斯发电站和2座1416kW瓦斯发电站，建成了国内外首座3000kW 低浓度瓦斯发电机组。
(3)创建我国首个煤矿瓦斯治理国家工程研究中心，并获得了国家授牌。同时，已将煤与瓦斯共采等安全高效开采关键技术辐射全行业，并为行业培训了大量安全生产技术管理人才。
(4)完成了一批重大科技攻关项目:/十五0国家重点科技攻关项目/矿山重大瓦斯煤尘爆炸事故预防与控制技术0、国家重大产业技术开发专项/煤矿电网重大灾害的监控预警技术0等。
5技术经济效益和社会效益
国家有关部委多次在淮南矿业集团召开会议, 2005年在淮南召开了全国煤矿瓦斯防治工作现场会，相关研究成果得到肯定，并在全国类似矿区推广。同时还应用研究成果，主持编制了全国5煤矿瓦斯治理与利用总体方案6、5煤矿瓦斯治理经验五十条6。
淮南矿业集团的瓦斯治理与利用技术成果已得到了国际有关科研机构的认可，并积极寻求国际合作。淮南矿业集团与德国鲁尔集团在人民大会堂签定了有关技术合作文件，总理和德国总理默克尔出席了该签字仪式。
尤为重要的是淮南矿区应用上述研发成果，实现了安全高效开采。2006年与1998年以前对比：瓦斯抽采量由1000万m3增加到1172亿m3，抽采率由5%提高到45%；煤炭产量由1000万t增加到3383万t；综采工作面年产由60万t增加到380万t；采煤机械化程度由28%增至85%；矿井、采区、工作面资源回收率分别达到70%、85%、95%，创行业领先水平；百万吨死亡率由4101降低到0118，达到世界水平。(责任编辑康淑云)
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淮南矿区先抽后采的瓦斯治本技术
Abstracts in English
Gas completely tackling technology by coal extraction after gas drainage in Huainan mining area The article describes the theory and technolog y o n g as ex traction to relief undergro und pressure in high gassy H uainan mining area,on control of surro unding rocks in loose and soft coal-rock ro adw ay and also the ideal and tech-nolo gy fo r underg round mine design in high gassy com plicated geolo gical conditio n,it intr oduces the main re-sults achiev ed in safety and hig h effective extraction and co mprehensive utilizatio n in H uainan M ine Group and econom ic and social benefits obtained.
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Analysis of energy consumption structure and policy study Based o n analy zing the status of energ y co nsum p-tion structur e in China,fro m the angle of g uarantee safety energy supply and pro mote the
coordinated deve-l o pm ent o f energy,eco no my and enviro nm ent,the sugg estions o n China's fur ther energ y po : streng then investigatio n,assessm ent and survey of energy resources,rely on technical adv ancem ent to im-prov e energy eco nom y efficiency,adjust and optimize energ y structur e,make full use of energy reso ur ces in w estern area and build up and perfect the manag em ent mechanism on energ y crisis.
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