郑州地区煤矿瓦斯治理现状与对策研究

胡 鹏，张林华，丛秀枝，李 新，郑国祥

（1.郑州市煤矿瓦斯水害防治技术指导中心，河南 郑州450000；2.重庆大学复杂煤气层瓦斯抽采国家地方联合工程实验室，重庆400044；3.煤炭科学研究总院沈阳研究院，辽宁 沈阳110011）

1 郑州地区煤矿瓦斯地质条件

郑州是全国重点产煤地区，在全国产煤地市区中煤炭产量居第二位，煤炭资源保有储量52.88亿t，占河南省保有储量的21.8%，居河南省首位，其中郑煤集团33.85亿t，地方煤矿16.8亿t［1］。郑州地区含煤地层为石炭系中统本溪组、上统太原组和二叠系山西组、上下石盒子组，共分为九个煤组，其中可采煤层主要有一1、一3、二1、七3等。郑州属于豫西煤田，豫西煤田属于华北板块南缘，该区从小秦岭向南至北秦岭为一系列平行排列近东西向展布的逆冲推覆、滑脱构造，煤层受挤压断裂破坏强烈，分布在豫西的登封、新密、禹县、荥巩等煤田全层发育有构造煤，构造煤较厚的地方可达1.5m以上，为豫西三软煤层发育区［2］。

郑州地区煤矿的瓦斯赋存及涌出威胁主要来源于二1煤层，二1煤层全区稳定可采，煤厚1.19～26.0m，煤厚变化较大，变化趋势为：中部特厚、向两翼和东西方向变薄，煤种以无烟煤、贫煤为主。按煤田所在县市区划分各有不同特点。

1）新密煤田：主采二叠系山西组二1煤层，郑煤集团国有和地方煤矿共约130对，5对突出矿井主要集中在郑煤集团，地方煤矿以低瓦斯矿井居多［3］。目前二1煤三李一带为高瓦斯煤层，瓦斯相对涌出量11m3／t；平陌到超化南部为突出危险区域，瓦斯相对涌出量13m3／t，煤厚变化大，构造煤发育；其他均为低瓦斯矿井，瓦斯相对涌出量在2～8m3／t，地质条件相对简单。

2）荥阳煤田：依据当前生产资料和区域瓦斯治理资料，在荥巩煤田二1煤底板标高＋70m以浅，一般为无突出危险区，在＋70m以深为突出危险区，在＋40m以深为严重突出危险区。根据矿井瓦斯等级鉴定资料，目前开采二1煤的矿井均为煤与瓦斯突出矿井。

3）巩义煤田：巩义西半部属偃龙煤田，东部为荥巩煤田，中间被五指岭断层隔开。偃龙煤田中间被嵩山断层所分，荥巩煤田东西横贯将军岭断层。该区二1煤层19勘探线以西属低瓦斯矿区，以东属高瓦斯矿区，且具有煤与瓦斯突出危险性。

4）登封煤田：自东向西瓦斯涌出量逐步增大，整体较其他县（市）瓦斯含量偏高，地质条件相对较复杂，郑州地方煤矿共有10对高瓦斯、突出矿井，其中8对在登封，分布在5个井田区块。箕山井田大部分为低瓦斯区域［4］，但东部靠近大平矿区瓦斯涌出量较大，西部新新井田、杨家阀井田及马岭山井田瓦斯涌出量较大，高突矿井多。近年来，煤矿大都进入深部区域开采，瓦斯涌出量明显增加，最大采深750m，始突深度为＋100m水平。

2 郑州地区煤矿瓦斯治理现状

郑州地区近年来也发生过数起瓦斯灾害事故，特别是：2008年5月4日，荥阳市东升煤矿发生煤与瓦斯突出事故，死亡16人；2008年9月21日，登封市新丰二矿发生了煤与瓦斯突出事故，死亡37人［3］。瓦斯事故易造成群死群伤，且社会影响恶劣，给我们敲响了警钟。为此，各级煤炭管理部门始终坚持把瓦斯防治作为安全管理的重中之重，不断探索新的管理机制，出台行之有效新举措。

2.1 当前郑州地区瓦斯治理的成效

1）通风可靠。近年来通过开展煤矿专项整治和兼并重组活动，淘汰了一大批不具备煤矿基本安全生产条件的矿井，各矿建立了可靠的通风系统和“一通三防”管理机构并配备了专职人员，实现了矿井可靠通风，同时积极倡导煤矿引进技术先进的变频风机，既可以节能又可以有效控制风量，同时使反风更为便利，安全性更强，为煤矿瓦斯治理做好了第一道保障。

2）全面进行瓦斯抽采。目前全区高瓦斯、突出矿井和部分低瓦斯矿井安装了瓦斯抽放系统，积极采取高低负压两套抽放系统对井下煤层瓦斯分区抽放，大大降低了瓦斯事故风险同时为瓦斯抽采利用奠定了基础。2011年郑州地区煤矿瓦斯总抽放量为1268.31万m3，煤层气利用量为450万m3。辖区内金岭煤矿于2006年3月与英国瑞炭投资公司合作开展瓦斯利用（CDM项目），建立的瓦斯发电站，已运行四年多，2011年瓦斯发电利用量284万m3，年发电量达到850万kWh，民用及其他为166万m3，利用率100%，计划2013年郑州地区再新上2家瓦斯发电厂。比如大峪沟红旗一矿，属于低瓦斯矿井，该矿为进一步强化瓦斯防治工作，在14采区新建瓦斯抽放系统，通过瓦斯抽采彻底解决局部煤层瓦斯含量高的问题，实现生产本质安全化。

3）优先进行保护层开采。按照《防治煤与瓦斯突出规定》要求，区域瓦斯治理措施优先开采保护层。保护层开采后被保护层卸压变形，应力释放，抑制了突出潜能，煤层裂隙发育，利于瓦斯抽放。郑州地区煤层地质条件复杂，保护层开采是消除煤层瓦斯突出的根本途径，郑州地区可采保护层一般有：一3、一5、一7煤层，被保护煤层即主采煤层为二1煤层［4－6］。目前辖区内磴槽煤矿、新丰煤矿、金岭煤矿保护层开采比较成功。保护层开采后效果对比见表1。

表1 矿井保护层开采效果对比

4）联网监控多手段防止瓦斯超限等事故。依托“六大系统”建设，严格按照“六大系统建设规范”超前建成各系统。当前全区煤矿均配备各类传感器并与县（市）煤炭管理部门联网监控，树立瓦斯超限就是事故的理念，按照事故进行处理分析，编制防治措施。全区掘进工作面均安装防爆视频摄像头，否则一律禁止掘进作业；全区煤矿井下基本普及广播语音系统，正在积极建设井下小灵通无线通讯系统，可使用短信报警，将井下所有地点的安全信息传输到地面煤矿主要负责人及安全管理人员手机上；4家地方煤矿超前国家规定时间，累计投资近亿元率先建成井下避难硐室，为防治瓦斯等各类灾害做好了应急救援准备。通过运行来看，多手段联网监控在瓦斯防治和监测作业现场等方面取得了良好效果。

5）强化瓦斯管理。针对全区高突矿井瓦斯治理措施不到位的情况专门制定了《高瓦斯、煤与瓦斯突出矿井安全技术标准》，针对各矿瓦斯抽放重形式轻实效的特点专门商讨拟定了《矿井瓦斯抽放管理办法》，从抽放系统设计、参数测定、监测、安全措施、抽采利用等方面做了详细要求。设立瓦斯治理安全红线管理制度，触及红线对煤矿企业、集团公司、地方煤炭管理部门三级进行责任追究，责令煤矿企业停产整顿，尤其针对高突矿井进行瓦斯防治能力评估和分类管理，加大安全投入，吨煤生产安全费用不低于50元，重大瓦斯治理隐患挂牌督办等一系列措施强力保障了煤矿生产安全。

6）积极引进国内外先进瓦斯防治技术和装备。郑州市煤矿瓦斯水害防治技术指导中心先后与中国矿业大学国家瓦斯重点实验室、河南理工大学、河南工程学院联合，解决煤矿瓦斯治理难题。在登封新丰煤矿、新登煤业推广“井下钻孔密封材料PD及成套技术装备”，解决煤矿瓦斯抽放封孔难度大、质量差的问题。针对全区高突矿井瓦斯治理立项课题有：《新丰煤矿解放层开采后瓦斯治理效果研究》、《新丰煤矿矿井瓦斯地质图编制》、《郑州市慧祥煤业公司深部区域煤层（二1层）瓦斯突出危险性鉴定》、《郑州市煤矿区煤与瓦斯突出带分布规律的研究》等。与沈阳煤炭研究院合作筹建了新丰煤矿瓦斯参数测定实验室。聘请中国矿业大学瓦斯治理专家林柏泉教授做煤矿瓦斯治理方面的专项报告。

2.2 当前郑州地区瓦斯治理的不足之处

1）煤矿企业技术人员配备不到位。煤矿企业领导高度重视安全，机构设置已完备，各煤矿按规定成立有“一通三防”部门；高突矿井设有专职瓦斯防治办公室，配备专职防突副矿长，但瓦斯防治相关技术人员少，高技术水平人才少，限制了煤矿安全生产水平的提高。

2）地质勘探不详尽。由于地方煤矿技术力量薄弱，对煤矿开采煤层的各项地质参数掌握不详尽，对煤层瓦斯赋存地质情况掌握不全面，导致个别煤矿开拓巷道时突然遇到大断层，或者生产时井下煤层尖灭，找不到煤。部分煤矿的瓦斯含量和瓦斯压力等基础数据不全面，无法为煤矿瓦斯治理提供依据。

3）瓦斯治理难度大。郑州地区开采豫西“三软”煤层，煤层赋存变化大，煤层透气性差，对瓦斯抽放方法研究不够，瓦斯抽采效果不理想，瓦斯抽采浓度大多在5%～15%。煤矿地质条件复杂，且技术人员业务水平不高，导致煤与瓦斯突出矿井没有针对本矿煤层发生煤与瓦斯突出的特点和条件试验确立突出预测敏感指标和临界值。突出预测临界值的确定一般不够严谨，要么照搬《防突规定》的标准，要么参照《防突规定》的标准机械的缩小一下，没有做到“由具有突出危险性鉴定资质的单位进行试验”确定，造成瓦斯治理不科学，难度大。

4）开采保护层难度大。一是保护层与被保护层法定开采范围不一致，采掘布置困难，保护层开采受限；二是由于历史原因，被保护煤层开采前保护煤层已开采过，但开采不规范，易形成孤岛煤柱，造成应力集中，诱发瓦斯突出；三是保护层赋存不稳定，局部为软岩，开采难度大；四是与保护层开采配套的瓦斯抽采工程超前部署不够及时。

5）过程管理不严格。煤矿企业瓦斯综合治理方案体系庞大，工程量巨大，措施执行过程管理不到位，措施执行与达标考核制度不完善，达标验收台账不全面，奖惩不细化。瓦斯抽采打孔施工和抽采达标考核未细化，施工与验收未分开，施工过程和竣工无图表，日常监测参数记录不全面。

3 郑州地区煤矿瓦斯治理的对策

当前郑州地区煤矿瓦斯防治的思路是：加强领导，落实各方责任，统筹提高瓦斯防治工作水平；增加投入，保障物质基础，完善安全系统与装备；突出重点，优先开采保护层，加大瓦斯抽采力度；提高素质，加强职工队伍建设；强化技术，推进煤矿科技进步；严格管理，落实安全规程和防治措施；示范引导，推进瓦斯治理与抽采利用和节能减排相结合。

1）按照瓦斯灾害严重程度、灾害事故发生频率、治理瓦斯灾害成本、企业安全欠账、企业足额安全投入经济承受能力、技术人员数量等综合因素，对全地区矿井进行分类管理，强化领导作用，落实监管部门、集团公司、煤矿企业各方责任，建立比较完善的瓦斯防治体系，统筹提高瓦斯防治管理水平。

2）确保安全资金投入，力争早日完成煤矿六大系统建设，淘汰落后设备和生产工艺，大力引进瓦斯防治新设备和新工艺。保障人员待遇，充实技术力量。

3）优先开采保护层，不具备保护层开采条件，要开拓顶底板抽放巷进行煤层瓦斯预抽，瓦斯抽采要以满足采掘工作面安全生产为前提。针对郑州地区煤层瓦斯赋存条件合理设计瓦斯抽采工程，通过对抽采系统、设备和工艺参数的试验摸索，提高瓦斯抽采能力，按照《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》要求进行煤层开采前的抽采达标评判，确保采掘安全。

4）提高意识，树立事故可防可控的理念，扎实提高从业人员岗位技术操作水平和事故防范能力。煤矿企业应经常邀请专家对一线工人进行现场操作方面的培训，同时挑选一批技术骨干，到大专院校、科研单位进行技术培训，努力提高瓦斯抽采和防治技术水平。重视并抓好在职人员的继续培训，提高职工队伍的整体素质，力争做到全员工作无差错，较大问题技术骨干能够沉着解决。

5）煤矿要与高校科研单位进行合作，聘请科研机构、大专院校有经验的专家对煤矿瓦斯重大隐患进行论证治理，对瓦斯抽采或防突技术进行研究，积极引进先进的科技成果和装备，为煤矿瓦斯防灾减灾做好技术支持。积极摸索保护层开采条件下抽放巷穿层钻孔抽放和顺层平行钻孔、网格钻孔抽放相结合的强化抽采技术；积极试验豫西带状强变形三软煤层井下水力压裂［7］、松动爆破等增透抽采技术。

6）行业管理部门要按照各类规定严格管理，对瓦斯治理工作成绩显著的矿井示范引导，同时要加强管理部门自身的业务学习和培训，加大对外技术交流，不断更新专业技术知识，提高瓦斯防治技术水平，做好灾害的预防和减灾抗灾工作。

［1］孙娟.郑州市在全国产煤地市中，煤炭产量排第二名［N］.郑州晚报，2009－10－29.

［2］张子敏.瓦斯地质学［M］.徐州：中国矿业大学出版社，2009.

［3］白新华，贾天让，张子敏，等.新密煤田瓦斯动力现象分析［J］.煤田地质与勘探，2009（8）：19－21.

［4］姚明军.登封矿区煤与瓦斯突出矿井开采保护层合理性分析［J］.中州煤炭，2011（10）：58－59.

［5］刘非非，翟成，李飞，等.上下多重保护层开采多方位效果考察［J］.煤矿安全，2012（3）：104－107.

［6］张世金.保护层开采治理瓦斯技术在金岭煤矿的应用［J］.中州煤炭，2011（5）：94－97.

［7］张记品.河南“水力压裂法”开辟三软煤层瓦斯治理新途径［EB／OL］（2011－08－26）www.people.com.cn.