楊 勇

(1.煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司 安全分院，北京 100013； 2.煤炭資源高效開采與潔凈利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(煤炭科學(xué)研究總院)，北京 100013)

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高瓦斯礦井瓦斯超限治理動態(tài)管控體系的探索與實(shí)踐

楊 勇1,2

(1.煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司 安全分院，北京 100013； 2.煤炭資源高效開采與潔凈利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(煤炭科學(xué)研究總院)，北京 100013)

為了解決瓦斯超限治理過程中協(xié)調(diào)控制不同步、管理體系不完善等難題，針對王坡煤礦實(shí)際，通過長期的探索和實(shí)踐，形成了以通風(fēng)治理瓦斯技術(shù)為基礎(chǔ)，以隱患、三違雙閉環(huán)管理和超限預(yù)警管理為主要手段，以綜合信息化管理平臺為支撐的高瓦斯礦井瓦斯超限治理動態(tài)管控體系，顯著提高了礦井瓦斯治理水平，實(shí)現(xiàn)了瓦斯零超限目標(biāo)。

高瓦斯礦井；瓦斯超限治理；瓦斯抽采；超限預(yù)警；動態(tài)管控體系

瓦斯超限是引起瓦斯事故的主要誘因，“瓦斯超限就是事故”的安全管理理念已深入礦區(qū)，被煤炭企業(yè)廣泛納入到對各級管理人員的考核指標(biāo)中[1-2]。然而，瓦斯超限的致災(zāi)因素較為復(fù)雜，瓦斯超限的發(fā)生不僅與瓦斯賦存特征、瓦斯地質(zhì)、煤巖應(yīng)力及煤體結(jié)構(gòu)等客觀因素密切相關(guān)，還受礦井采掘部署與布置、通風(fēng)方式、采煤工藝、作業(yè)方式、人員素質(zhì)等人為因素的影響[3-8]。目前，許多高瓦斯礦井在瓦斯治理方面尚存在諸多技術(shù)和管理的缺陷，實(shí)現(xiàn)高瓦斯礦井的“零超限”瓦斯管理目標(biāo)，一方面，煤礦必須認(rèn)真貫徹“通風(fēng)可靠、抽采達(dá)標(biāo)、監(jiān)控有效、管理到位”的瓦斯治理方針，結(jié)合自身實(shí)際情況，提高瓦斯治理的技術(shù)和裝備水平；另一方面，礦井應(yīng)樹立管理就是生產(chǎn)力的理念，創(chuàng)新管理模式，建立完善的瓦斯管理體系，提升煤礦的安全管理水平，切實(shí)做到“責(zé)任明確、制度完善、執(zhí)行有力、監(jiān)督嚴(yán)格”[9-10]?；诖?，山西天地王坡煤業(yè)有限公司(以下簡稱“王坡煤礦”)以“高瓦斯礦井零超限瓦斯治理示范礦井建設(shè)”為契機(jī)[11]，在全面提升礦井通風(fēng)與瓦斯抽采等技術(shù)裝備水平的同時(shí)，強(qiáng)化精細(xì)化管理和風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控管理，狠抓瓦斯治理過程中的“三違”、隱患管理和瓦斯超限隱蔽致因綜合預(yù)警信息化平臺建設(shè)，經(jīng)過長期的探索和實(shí)踐，逐漸形成了一套高瓦斯礦井零超限瓦斯治理管理模式，2014年和2015年連續(xù)兩年實(shí)現(xiàn)了瓦斯零超限管理目標(biāo)。

1 瓦斯超限治理動態(tài)管控體系模型的構(gòu)建

王坡煤礦位于晉城礦區(qū)西北部，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力3.0Mt/a，批準(zhǔn)開采3號、9號、15號煤層，2010—2015年均被鑒定和批復(fù)為高瓦斯礦井。2012年以來，礦井在瓦斯超限治理過程中，依托“高瓦斯礦井零超限瓦斯治理示范礦井建設(shè)項(xiàng)目”和中國煤炭科工集團(tuán)公司強(qiáng)大科研力量，以瓦斯管理為中心，以“瓦斯管理零超限、隱患查處零漏洞、職工操作零失誤、安全管理零傷亡”為目標(biāo)，以風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控管理理論、精細(xì)化管理理論和安全預(yù)警理論為基礎(chǔ)，以通風(fēng)治理瓦斯技術(shù)為保障，以瓦斯超限預(yù)警管理、隱患和“三違”雙閉環(huán)管理為主要手段，以“持續(xù)改進(jìn)”的精益思想為工作原則，以瓦斯超限預(yù)警綜合信息化管理平臺建設(shè)為支撐，構(gòu)建了高瓦斯礦井零超限瓦斯治理動態(tài)管控體系，體系模型如圖1所示。

圖1 高瓦斯礦井零超限瓦斯治理動態(tài)管控體系模型

2 瓦斯超限治理動態(tài)管控體系運(yùn)行機(jī)制

2.1 “三區(qū)三階段”的采掘部署

通過多年的實(shí)踐和研究，王坡煤礦提出了“三區(qū)三階段”采掘銜接規(guī)劃，以配合礦井瓦斯抽采工程的實(shí)施。具體做法是在進(jìn)行采掘部署時(shí)，充分考慮瓦斯抽采工作需要，在空間上將礦井動態(tài)地劃分為“預(yù)生產(chǎn)區(qū)、生產(chǎn)區(qū)、采空區(qū)”3個(gè)區(qū)域，在時(shí)間上做好3階段的工作安排，一是做好礦井5～10a的采掘部署中長期規(guī)劃，為實(shí)施地面瓦斯抽采創(chuàng)造條件；二是明確3a內(nèi)采掘接續(xù)計(jì)劃，并提前施工區(qū)域預(yù)抽巷，為實(shí)施井下大面積瓦斯預(yù)抽做好時(shí)間和空間上的準(zhǔn)備；三是按照采掘接續(xù)計(jì)劃，至少提前1a進(jìn)行備用面的巷道掘進(jìn)工作，同時(shí)安排進(jìn)行預(yù)抽，保障局部瓦斯合理抽采時(shí)間。

2.2 “一超前三結(jié)合”立體化瓦斯抽采

按照“三區(qū)三階段”的采掘規(guī)劃部署，王坡煤礦形成了“一超前、三結(jié)合”立體化瓦斯抽采體系?！耙怀啊笔侵笇ξ瓷a(chǎn)區(qū)實(shí)施“區(qū)域性大面積超前抽”；“三結(jié)合”是指“掘進(jìn)工作面長短鉆孔結(jié)合抽、回采工作面采前采中結(jié)合密集抽、采空區(qū)高位鉆孔和尾部插管結(jié)合抽”，具體見圖2。

圖2 王坡煤礦“一超前三結(jié)合”立體化瓦斯抽采體系

在預(yù)生產(chǎn)區(qū)，對于5a以后開采區(qū)域采用在地面施工叢式井進(jìn)行試驗(yàn)性瓦斯抽采，王坡煤礦已施工5口叢式井對主采的3號煤層進(jìn)行了地面預(yù)抽，抽采時(shí)間5～10a[12]。對于未來3～5a生產(chǎn)接續(xù)區(qū)域，在區(qū)域預(yù)抽巷提前施工鉆場(一般每400m布置一個(gè)鉆場)，利用千米定向鉆機(jī)在每個(gè)鉆場內(nèi)施工10個(gè)長鉆孔(鉆孔設(shè)計(jì)長度500m)對預(yù)生產(chǎn)區(qū)進(jìn)行區(qū)域性大面積超前抽，使區(qū)域瓦斯含量降到10m3/t以下[13]。

在生產(chǎn)區(qū)，工作面開采前提前在兩巷施工順層密集鉆孔對本煤層瓦斯進(jìn)行抽采，保證抽采時(shí)間1～3a，抽采后可解吸瓦斯量降到抽采達(dá)標(biāo)的要求(經(jīng)計(jì)算，王坡煤礦應(yīng)降到7.8m3/t以下)，工作面開采時(shí)邊回采邊進(jìn)行瓦斯抽采。

采空區(qū)采用高位鉆孔和尾部插管相結(jié)合的抽采方法。王坡煤礦對于高位鉆孔法的具體做法是在回風(fēng)巷布置鉆場，向工作面方向施工2排4列鉆孔進(jìn)行抽采(上排長鉆孔長120m以上，下排短鉆孔長100m左右)。對于采空區(qū)尾部插管法，不同通風(fēng)系統(tǒng)的工作面有所區(qū)別，對于“U+U”型通風(fēng)系統(tǒng)的工作面，在回采前通過聯(lián)絡(luò)巷在外U巷內(nèi)預(yù)先插入抽采管，回采通過聯(lián)絡(luò)巷后，聯(lián)接抽采管路進(jìn)行抽采。

2.3 礦井通風(fēng)智能決策與地面遠(yuǎn)程調(diào)控

設(shè)施可靠、調(diào)控合理、系統(tǒng)穩(wěn)定的通風(fēng)系統(tǒng)是礦井瓦斯防治工作的基礎(chǔ)[14]。王坡煤礦在對通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行改造和優(yōu)化的同時(shí)，研制了礦井通風(fēng)遠(yuǎn)程控制機(jī)械裝置，主要包括礦用風(fēng)量定量調(diào)節(jié)自動風(fēng)窗、多點(diǎn)移動式平均風(fēng)量測量裝置、礦井風(fēng)量定量調(diào)節(jié)自動風(fēng)門和漏風(fēng)量精確調(diào)節(jié)風(fēng)窗；研發(fā)了礦井通風(fēng)智能決策與遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，對井下巷道的風(fēng)流狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，對通風(fēng)系統(tǒng)的安全性進(jìn)行動態(tài)評估，當(dāng)瓦斯?jié)舛冗_(dá)到設(shè)定閾值時(shí)(一般為0.8%)，系統(tǒng)自動報(bào)警并智能分析決策通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量調(diào)節(jié)控制方案，經(jīng)總工程師批準(zhǔn)后，可在地面對井下通風(fēng)設(shè)施進(jìn)行遠(yuǎn)程操作和控制，精確進(jìn)行風(fēng)量調(diào)節(jié)。礦井通風(fēng)智能決策與地面遠(yuǎn)程調(diào)控技術(shù)的應(yīng)用，極大地提升了通風(fēng)管理的水平和效率，有效提高了通風(fēng)治理瓦斯的能力。

2.4 安全隱患與“三違”雙閉環(huán)管理

瓦斯超限治理是一項(xiàng)系統(tǒng)性工程，涉及到礦井采掘、通風(fēng)、抽采、監(jiān)測監(jiān)控等各生產(chǎn)及輔助生產(chǎn)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)管理和控制，可能衍生諸多次生危險(xiǎn)因素，應(yīng)以系統(tǒng)理論的思想和方法，從人、機(jī)、環(huán)3個(gè)方面對瓦斯超限治理過程中可能出現(xiàn)的各類“三違”和事故隱患進(jìn)行全面防控，保證瓦斯治理工程的順利實(shí)施，實(shí)現(xiàn)瓦斯零超限、管理零傷亡的目標(biāo)[15]。王坡煤礦在示范工程建設(shè)過程中，根據(jù)瓦斯超限治理工作特點(diǎn)，以風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控管理理論和精細(xì)化管理理論為基礎(chǔ)，以隱患與“三違”防控工作為主線，從排查、治理、獎懲、信息化4個(gè)機(jī)制入手，構(gòu)建了安全隱患和“三違”的雙閉環(huán)防控模式，防控流程如圖3所示。

圖3 安全隱患和“三違”雙閉環(huán)防控模式

2.5 瓦斯超限實(shí)時(shí)預(yù)警與動態(tài)管控

2.5.1 瓦斯超限預(yù)警指標(biāo)體系構(gòu)建

瓦斯超限預(yù)警的根本目的是對瓦斯超限可能發(fā)生的危險(xiǎn)程度進(jìn)行預(yù)測預(yù)報(bào)，從而及時(shí)采取正確、有效的預(yù)防措施，杜絕瓦斯超限現(xiàn)象。然而，煤礦發(fā)生瓦斯超限的原因很多，不僅與瓦斯賦存特征、瓦斯地質(zhì)、煤巖應(yīng)力及煤體結(jié)構(gòu)等客觀因素密切相關(guān)，還受礦井采掘部署、通風(fēng)方式、采煤工藝、作業(yè)方式等人為因素的影響。因此，建立科學(xué)、合理、完善的預(yù)警指標(biāo)體系，是進(jìn)行瓦斯超限預(yù)警的前提和基礎(chǔ)。

示范工程建設(shè)過程中，通過對晉城、陽泉、潞安等礦區(qū)大量歷史數(shù)據(jù)和試驗(yàn)成果的調(diào)查、總結(jié)、分析，結(jié)合王坡煤礦示范工程建設(shè)研究成果，采用安全系統(tǒng)工程方法，從采掘、通風(fēng)、抽采、瓦斯地質(zhì)、監(jiān)測監(jiān)控等5個(gè)方面提練了46個(gè)瓦斯超限的主控因素，在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建了高瓦斯礦井瓦斯超限預(yù)警指標(biāo)體系(具體見圖4)。從單一、局部綜合和綜合預(yù)警3個(gè)層次，提出了回采工作面初次與周期來壓步距比、瓦斯異常涌出局部預(yù)測K1值、瓦斯?jié)舛茸兓?、瓦斯體積分?jǐn)?shù)變化、采掘工作面瓦斯?jié)舛阮A(yù)測、地質(zhì)構(gòu)造綜合影響指標(biāo)、生產(chǎn)工序綜合影響指標(biāo)等7類指標(biāo)，并建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，能夠?qū)ν咚褂砍鲎兓▌拥内厔葸M(jìn)行預(yù)測。

圖4 王坡煤礦瓦斯超限預(yù)警指標(biāo)體系

2.5.2 瓦斯超限預(yù)警和動態(tài)管控綜合信息平臺開發(fā)

為實(shí)現(xiàn)瓦斯超限預(yù)警的實(shí)時(shí)監(jiān)測、預(yù)警和信息化管理，在建立的預(yù)警指標(biāo)體系和預(yù)警模型的基礎(chǔ)上，開發(fā)了瓦斯超限綜合預(yù)警管理平臺，其整體架構(gòu)如圖5所示。系統(tǒng)分為地質(zhì)測量信息管理、采掘動態(tài)信息管理、通風(fēng)瓦斯信息管理與分析、監(jiān)測監(jiān)控信息管理、三違隱患信息管理與預(yù)警對策分析等5個(gè)模塊。每個(gè)模塊分別對應(yīng)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的動態(tài)更新以及埋深等值線、瓦斯含量等值線、瓦斯涌出量等值線、斷裂構(gòu)造、陷落柱及采掘作業(yè)地點(diǎn)等信息的可視化顯示。通過對采掘、通風(fēng)瓦斯、地質(zhì)測量、監(jiān)測監(jiān)控、三違隱患等5方面46項(xiàng)瓦斯超限主控因素相關(guān)信息進(jìn)行綜合數(shù)字化管理和分析，實(shí)時(shí)對井下各采掘地點(diǎn)的7類瓦斯超限預(yù)警指標(biāo)進(jìn)行動態(tài)評估，基于預(yù)警設(shè)置的預(yù)警規(guī)則，通過圖形、列表、手機(jī)短信等形式實(shí)時(shí)進(jìn)行超限預(yù)警。

3 結(jié)束語

高瓦斯礦井瓦斯超限治理動態(tài)管控體系是王坡煤礦在“瓦斯治理示范工程建設(shè)”過程中多年探索和實(shí)踐的結(jié)果，形成的“三區(qū)三階段”采掘部署和“一超前三結(jié)合”瓦斯抽采體系在時(shí)間上和空間上同時(shí)進(jìn)行布局，較好地解決了煤炭開采與瓦斯抽采的時(shí)空銜接問題；礦井通風(fēng)智能決策與地面遠(yuǎn)程調(diào)控解決了局部瓦斯超限的及時(shí)應(yīng)對問題；形成的安全隱患與“三違”雙閉環(huán)管理模式，進(jìn)一步強(qiáng)化了瓦斯超限治理的過程控制與協(xié)調(diào)，從人、機(jī)、環(huán)3個(gè)方面對瓦斯超限治理過程中可能衍生的災(zāi)害進(jìn)行全面防控，保證了瓦斯治理工程技術(shù)的順利實(shí)施；建立的瓦斯超限預(yù)警指標(biāo)體系和實(shí)時(shí)超限預(yù)警與動態(tài)管控綜合信息平臺，進(jìn)一步明確瓦斯超限的防控方向，并提供了高效的一體化管理平臺。高瓦斯礦井瓦斯超限治理動態(tài)管控體系的應(yīng)用，有效解決了礦井采掘銜接、瓦斯抽采、通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)控以及具體實(shí)施環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)管理和控制問題，是實(shí)現(xiàn)瓦斯零超限目標(biāo)的有力保障，具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。

圖5 瓦斯超限預(yù)警和動態(tài)管控綜合信息平臺架構(gòu)

[1]國家發(fā)展與改革委員會，國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局，國家煤礦安全監(jiān)察局．瓦斯治理經(jīng)驗(yàn)五十條[S]．發(fā)改能源[2005]457號，2005.

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[責(zé)任編輯：鄒正立]

Explore and Practice of Gas Transfinite Governance Dynamic Management and Control System in High Gas Mine

YANG Yong1，2

(1.Mine Safety Technology Branch of China Coal Research Institute，Beijing 100013，China; 2.State Key Laboratory of Coal Resource High Effective Mining & Clean Utilization (China Coal Research Institute)，Beijing 100013，China)

In order to solve the difficulty problems of disable management system and coordinate control out-sync during gas transfinite governance，to the practical of Wangpo coal mine，after long time explore and practice，then the high gas mine gas transfinite governance dynamic management and control system was formed，which is ventilation was base，and double closed-loop management of hidden trouble and three violation behavior，and transfinite early warning were main method，and synthetic information management platform was supporting,then mine gas management level was improved obviously，then gas zero transfinite was realized.

high gas mine；gas transfinite governance；gas extraction；transfinite early warning；dynamic management and control system

2016-03-31

10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2016.06.024

國家科技重大專項(xiàng)(2011ZX05040)；國家發(fā)改委“瓦斯治理示范礦井工程建設(shè)”項(xiàng)目(發(fā)改能源<2012>147號)

楊 勇(1976-)，男，安徽淮南人，副研究員，碩士，從事煤礦安全管理與技術(shù)方面的研究。

楊 勇.高瓦斯礦井瓦斯超限治理動態(tài)管控體系的探索與實(shí)踐[J].煤礦開采，2016，21(6)：84-87.

TD712.54

A

1006-6225(2016)06-0084-04