主焦煤矿瓦斯抽采利用和效益分析

第８卷第２期　２０１１年４月　中国煤层气　ＣＨ　Ａ　ＣＯＡＩ．ＢＥＤ　ＭＥＴＨＡＮＥ　Ｖｏ１．８　Ｎ０．２　Ａｐｒｉｌ．２０１１　

主焦煤矿瓦斯抽采利用和效益分析　

卢　杰　杜润魁　张志良　王启明　

（河南煤化集团安阳鑫龙煤业公司，河南４５５１３３）　

摘要：为了从根本上解决工作面瓦斯超限问题，本文研究了主焦煤矿煤层气资源和抽采利用现　

状，对王￣焦￣－眯　－凡斯刁田木ｃｏｐ的重要性、抽采技术进行了研究，对抽采系统及利用方式进行设计。实　

践证明，通过煤矿瓦斯抽采利用，取得了显著的经济、社会效益，提高了矿井瓦斯抽采率，达到　

了瓦斯治理治本的目的，具有广阔的发展前景。　

关键词：煤层气抽采利用效益分析　

Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＣＢＭ　ｉｎ　Ｃｏｋｉｎｇ　Ｃｏａｌ　Ｍｉｎｅｓ　ａｎｄ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　

ｏｆ　Ｂｅｎｅｆｉｔｓ　

Ｌｕ　Ｊｉｅ，Ｄｕ　Ｒｕｎｋｕｉ，Ｚｈａｎｇ　Ｚｈｉｌｉａｎｇ，Ｗａｎｇ　Ｑｉｍｉｎｇ　（Ａｎｙａｎｇ　Ｘｉｎｌｏｎｇ　Ｃｏａｌ　Ｍｉｎｉｎｇ　Ｃｏｍｐａｎｙ　ｏｆ　Ｈｅｎａｎ　Ｃｏａｌ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　Ｇｒｏｕｐ，Ｈｅｎａｎ　４５５１３３）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｒｅｓｏｌｖｅ　ｔｈｅ　ｅｘｉｓｔｉｎｇ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｏｆ　ｇａｓ　ｅｍｉｓｓｉｏｎ　ｅｘｃｅｅｄｉｎｇ　ｔｈｅ　ｌｉｍｉｔ　ｓｐｅｃｉｆｉｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｓｔａＢ—　

ｄａｒｄ，ｔ｝１ｅ　ｐａｐｅｒ　ｓｔｕｄｉｅｓ　ｔｈｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｓｔａｔｕｓ　ｏｆ　ＣＢＭ　ｄｒａｉｎａｇｅ　ａｎｄ　ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＣＢＭ　ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　ｉｎ　ｃｏｋｉｎｇ　ｃｏａｌ　

ｍｉｎｅｓ．Ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｓ　ｈａｖｅ　ｐｒｏｖｅｄ　ｔｈａｔ　ｇａｓ　ｄｒａｉｎａｇｅ　ａｎｄ　ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｈａｖｅ　ｏｂｔａｉｎｅｄ　ｒｅｍａｒｋａｂｌｅ　ｅｃｏｎｏｍｉｃ　

ａｓ　ｗｅｌｌ　ａｓ　ｓｏｃｉａｌ　ｂｅｎｅｆｉｔｓ，ｈａｖｅ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ＣＭＭ　ｄｒａｉｎａｇｅ　ｒａｔｅ　ａｎｄ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　ｔｈｅ　ｇａｓ　ｅｍｉｓｓｉｏｎ．Ｉｔ　ｈａｓ　ａ　ｂｒｏａｄ　

ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｐｒｏｓｐｅｃｔ．　

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＣＢＭ；ｇａｓ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ；ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｂｅｎｅｆｉｔｓ　

１　主焦煤矿煤层气资源概况　

主焦煤矿位于河南省安阳矿区北部的伦掌乡　

内，东距安阳市３８ｋｍ，南距水冶镇１５ｋｍ。矿井范　

围为东西长约５．８ｋｍ，南北宽约２．４ｋｍ，面积约　

１１．６０７３ｋｍ２。生产能力为４０万ｔ／ａ矿井。采用中央　

分列式通风系统，主、副井进风，专用风井回风。　

选择二台ＦＢＣＤＺ　Ｎｏ　２６／２×２２０型轴流风机，服务　

于２Ｉ、２２两个采区。回采工作面为２１１４１采面，　

掘进工作面为２２采区回风上山、２２采区轨道上　

山、２２１０１运输巷和２２采区皮带上山。矿井总进风　量７８．６ｍ３／ｓ。２００９年瓦斯涌出等级鉴定结果为高　瓦斯矿井，相对瓦斯涌出量为２１．２３ｍ３／ｔ；绝对瓦　

斯涌出量为１９．９７ｍ３／ｍｉｎ。井田内保有地质储量为　

５４．８６９Ｍｔ，可采储量为２５．９Ｍｔ。　

预测主焦煤矿主采二　煤层的可抽煤层气资源　

量达１７８．５０Ｍｍ３，煤层气资源密度为１０．３３　

２０．１２Ｍｍ３／ｋｍ２。煤层气中甲烷含量为８２．５４％　

９７．４３％　

２煤矿瓦斯抽采的必要性　

主焦煤矿二１煤层瓦斯压力为０．２３～０．３９ＭＰａ　

作者简介卢杰，男，１９９２年毕业于中国矿业大学，工程硕士，现任安阳鑫龙煤业公司总工程师。

　中国煤层气　第２期　

左右，瓦斯含量为２．６８—９．１６ｍ３／ｔ，二】煤层透气　

性系数为３１．７８ｍ２／ＭＰａ２．ｄ，二１煤层钻孔瓦斯流量　

衰减系数为Ｏ．０３７ｄ一１　ｏ主焦煤矿瓦斯压力和瓦斯含　

量较大，透气性系数较低，渗透性较差，煤层属于　

可以抽放煤层。　

．主焦煤矿２１１４１工作面在掘进期间曾出现瓦斯　

燃烧事故。在２００９年５月４日掘进２１１４１运输巷工　

作面时，迎头放炮后发生了瓦斯燃烧事故，造成６　

人轻伤，掘进面停工２０天，直接经济损失近百万　

元。掘进时瓦斯涌出量大，其主要原因是未对工作　

面运输巷、回风巷进行瓦斯抽采，未能从根本上采　

取措施治理瓦斯。　

２１１４１工作面回采初期风量为ｌ７．２ｍ３／ｓ，由于　

瓦斯涌出量较大，回风流中瓦斯浓度在０．７％～　

１．１％，上隅角瓦斯浓度经常在１．９％　３％左右，　

最高可达５％，时有瓦斯超限，严重影响回采工作　

面正常生产。虽然相继采取调节风量等措施，一度　

将工作面风量加大到３２．２ｍ３／ｓ，使工作面回风巷瓦　

斯浓度降到０．６％左右，但是回风巷风速正常为　

３．８ｍ／ｓ，接近风速临界值，当行人通过时就会造成　

风速超限，矿井等积孔由原来的２．Ｏｍ２降为１．６ｍ２，　

大大增加了矿井通风阻力和通风成本，所以单靠风　

排不能从根本上解决瓦斯超限问题。　

３煤矿瓦斯抽采基本情况　运行。　

３．１煤矿瓦斯抽采设备　

地面抽放站选择３台相同性能的２ＢＥＣＡ２０型水　

环式真空泵，泵的主要性能为：转速为４９Ｏｒ／ｔｉｎｎ：　

配套功率是１８５ＫＷ；抽放量为１３０～１５８ｍ３／ｍｉｎ。回　

采工作面高位钻孔抽采采用ＹＤ一１Ｖ型井下移动抽　

放泵。　

采取地面瓦斯抽放泵站和井下瓦斯抽放泵站相　

结合进行抽采，实现地面泵站与井下泵站分源抽　

放；利用地面瓦斯抽放泵站对回采工作面本煤层平　

行钻孔和掘进工作面边掘边抽钻孔进行抽采；利用　

井下移动式瓦斯抽放泵站对高位钻孔进行抽采，减　

少管道抽放阻力，提高矿井瓦斯抽采效率。　

３．２矿井瓦斯抽采系统　

瓦斯抽采地面管路采用埋地敷设，采用法兰连　

接。回风立井管路沿罐道梁敷设，采用法兰连接。　

井下大巷管路采用吊挂敷设，主、干管连接方式为　

承插连接，支管连接方式为法兰连接或快速管接头　

连接。在各主、干、支管路上分别安设阀门、流量　

计和放水器来调节系统的抽采负压，以掌握各抽采　

地点瓦斯抽出量、瓦斯浓度的变化情况以及保证管　

网系统的正常抽采。矿井抽采管路系统布置见图　

１。　矿井瓦斯抽采系统通过地面监测和井下抽采监　

测两大监测系统实时对泵站抽放计量、设备运行状　

主焦煤矿瓦斯抽采系统在２００９年７月份投入　态及工况、井下管道抽放计量等进行监测。　

地　风　３５０　２ｌ采区各采面ｌ　面　５０ｍ　８２５ｍ　泵　４０２ｍｍ　井　４０２ｍｍ　回风　石门　２２采区回风上山口　２２采区回风上山顶部　房　

４瓦斯抽采技术　图１矿井抽采管路系统布置图　

根据主焦煤矿二　煤层赋存条件、瓦斯来源、　

煤层瓦斯含量等瓦斯抽采基础参数及巷道布置方　

式，掘进工作面采用边掘边抽的抽采方法，回采工　

作面采用本煤层抽采和高位钻孔抽采相结合的抽采　

方法。　

４．１掘进工作面瓦斯抽采　

当瓦斯涌出量大时，为防止瓦斯超限，采用随　

巷道掘进边掘边抽的方法进行瓦斯抽采，即在巷道　两帮布置钻场，打超前钻孔预抽掘进工作面前方煤　

体内的瓦斯，随着掘进工作面向前推进，瓦斯抽放　

钻场随之开凿出来，接管抽采。钻孔布置示意图见　

图２所示。　

（１）钻场布置参数　

根据钻孔深度确定钻场间距，保证１０～１５ｍ的　

超前抽放距离，两帮钻场交错式布置。钻场尺寸宽　

×高Ｘ深为２．５ｍ×２ｍ　Ｘ　２ｍ。钻场采用工字钢支　

护，棚距５００ｍｍ，棚与棚之间打连锁，严防倒棚，　

顶部用木板背紧背实，严防顶煤跨落。

　第２期　主焦煤矿瓦斯抽采利用和效益分析　４ｌ　

图２掘进工作面边掘边抽示意图　

（２）钻孔布置参数　

钻孔直径为７５～９０ｍｍ。每个钻场布置５～９个　

钻孔，控制巷道轮廓线外８ｍ。钻孔施工过程中，　要严格执行防尘、防瓦斯、防突、防机械电气伤人　

的安全技术措施，保证钻孔施工安全。　

４．２回采工作面瓦斯抽采　

４．２．１本煤层抽采　

顺层平行钻孔抽放是在煤层巷道内，沿煤层布　

置钻孔进行抽放的方法。　

在采面回风巷沿顺煤层倾斜方向向下打钻，钻　

孔直径为９４ｍｍ，钻孔间距为１．５ｍ；采用水力排屑　

方式，钻机型号为ＺＹ一２３００型。　

在采面运输巷沿顺煤层倾斜方向向上打钻，钻　

孔直径为７５ｒａｍ，钻孔间距为１．５ｍ；采用水力排　

屑，钻机型号为ＺＬ一５００型。采面平行顺层抽放钻　

孔平面布置见图３。　

图３　２１１４１工作面平行顺层抽放钻孔平面布置示意图　

图４采面回风巷高位钻场钻孔布置平面示意图　钻孔要求：钻孔平行错开，运输巷、回风巷钻　对高位钻场钻孔进行设计，每个钻场内设计　

孔长度压茬５０ｍ。　

４．２．２高位钻孔抽采　

（１）裂隙带可抽高度确定　

裂隙带高度是影响高位钻孔抽采效果的重要因　

素。根据宋振骐院士的实用矿山压力理论，经计算　

分析，裂隙带可抽高度区间为２３．４７～６５ｍ。　

（２）高位钻孔布置　１Ｏ个钻孔，全部为岩孑Ｌ，钻孔全部设计在裂隙带，　

钻孔直径为９４ｍｍ。高位钻孔采用湿式排屑，钻机　

钻孔　岩层　煤层　钻场　

图５采面回风巷高位钻孔剖面示意图　４２　中国煤层气　第２期　

型号为ＺＹ一２３００型。钻孔具体布置见图４和图５，　

高位钻孔抽采进气管选取内径为２０３ｍｍ（８英寸）　

的ＨＤＰＥ抗静电聚乙烯管。工作面高位钻场选用　

ＹＤ—ＩＶ型抽放泵。移动抽放泵输出端并人地面抽　

采系统抽采。　

５煤矿瓦斯发电系统　

主焦煤矿煤矿瓦斯发电机组厂区布置在风井东　

北边靠近山坡边缘处。根据煤层气抽采情况及煤层　

气发电机组对气源的适应性要求等因素，选择了两台　

５００ＧＦ１—３ＰＷ型燃气发电机组，装机容量１０００ＫＷ。　

６瓦斯抽采的经济效益和社会效益分析　

６。１　经济效益　

主焦煤矿确立了“以发电促抽采，以抽采治瓦　

斯”的工作思路，既保证了安全生产，又变废为　

宝，增加了经济增长点。通过对采掘工作面综合抽　

采，矿井抽采纯瓦斯量可以达到１０．５ｍ３／ｍｉｎ以上；　

２０１０年累计抽采瓦斯量４．５８Ｍｍ３。从２００９年ｌ０月　

２１日地面发电机组投运以来，瓦斯利用量为　

２．５２　，共发电量５０４万度，瓦斯发电创造间接　

经济效益３０４．２万元。　

６．２社会效益　

（１）有利于煤矿安全生产。按照“通风可靠，　

抽采达标，监控有效，管理到位”的十六字瓦斯治　

理工作体系要求，主焦煤矿强化了瓦斯抽采，矿井　

瓦斯抽放率达到３８．５％，有效控制了采掘工作面　

瓦斯积聚，减少了采空区瓦斯涌出量。　矿井扇风机风压由原来的２０１０Ｐａ左右降为　

１６６０Ｐａ左右，矿井等积孔由原来的１．６ｍ２升为　

１．９６ｍ２，大大节约了通风成本。　

瓦斯超限次数显著减少，创造了连续７个多月　

无瓦斯超限安全生产局面。工作面需风量由通风最　

困难时期的３２．２ｍ３／ｓ降至现在的１７．８ｍ３／ｓ，回风　

风流瓦斯浓度在Ｏ．４％左右，很少有超过０．９％断　

电现象，上隅角瓦斯浓度可降低至０．４％～０．９％左　

右，为工作面实现高产高效提供了较大的发挥空　

间。　

（２）有利于环境保护。主焦煤矿的瓦斯发电，　

相当于节约了２０３５ｔ标准煤，减排了５０７１ｔ二氧化　

碳，减排了１５２．６ｔ二氧化硫，不仅可以变废为宝，　

有效实现能源的综合利用，而且可以减少瓦斯排放　

所造成的环境污染，保护了人类的生存环境。　

（３）可以改善煤矿供电条件，缓减了电力供应　

紧张局面。　

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