| 揭 秘 “奥 斯 卡 ”——山西焦煤集团华晋焦煤瓦斯综合治理工作纪实 | |||
| 煤炭资讯网 | 2016/12/22 9:18:41 头条 | ||
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【本网讯】12月11日下午，北京人民大会堂华灯绽放，被誉为中国工业“奥斯卡”的中国工业大奖表彰会在此举行。
这是一个重量级的奖项，其间满渗着一个团体20余载的心血、智慧和汗水，承载着一代代矿山人祈求安康的梦想。
项目攻克了诸多瓦斯治理难题，实现了高瓦斯突出矿井在低瓦斯状态下的安全、高效、绿色开采。提高了稀缺资源回收率，有效控制了温室气体排放，是全面创新在华晋焦煤的成功实践，对全国相似条件矿区的开发具有极强的示范作用！得到中国工程院、国家煤监局等专家、领导的高度肯定。
其实，近年来华晋焦煤在瓦斯治理方面获奖不少，中华人民共和国国务院科技进步二等奖、中国煤炭工业协会科技进步一等奖等一系列奖项，而此次的奖项，是党和国家对华晋焦煤科技创新成就给予的最高褒奖，怎不令人百感交集，群情振奋。
直面现实
瓦斯，无色、无味、无影、无迹，在我国上千年的煤炭开采历史长河里，犹如幽灵一般挥之不散，如猛虎伺机伤人性命。历数近年发生的煤矿瓦斯爆炸事故，无不显示出其残暴之极，令人触目惊心，不寒而栗。
华晋焦煤成立于1992年，是我国罕见的高瓦斯矿井。所属的主力矿井沙曲矿地处河东煤田中段，属我国稀缺的低灰、特低硫、特低磷、高热值的主焦煤资源，享有“中国瑰宝”美誉。沙曲矿年设计生产能力300万吨，而2006年前，年产量一直徘徊在200万吨左右。坐拥宝藏缘何不开足马力按照设计能力开采？“主要原因是瓦斯大，有煤采不出。”沙曲矿历任矿长都是同样的解释。沙曲井田各主采煤层呈近距离煤层群分组赋存，瓦斯压力大、含量高，且均为煤与瓦斯突出煤层。矿区瓦斯资源量260亿立方米，2011年瓦斯等级鉴定沙曲矿瓦斯绝对涌出量高达510立方米/分钟，相对瓦斯涌出量高达100立方米/吨，严重制约着稀缺优质煤炭资源安全高效开采。
据有关资料记载，建矿之初，沙曲矿每天瓦斯超限达十多次，无法正常生产，工人们心存恐惧，不愿在这里工作。2001年，该矿计划招24名工人，结果只有23人报名。
“起初，我们痛下决心治理瓦斯，其初衷是为了矿工、矿井安全和提高矿井效益，压根儿没想到能获此大奖，得到国家认可和褒奖，这将更加坚定我们根治瓦斯的决心和信心。”谈及瓦斯治理荣摘被誉为中国工业“奥斯卡”的中国工业大奖，华晋焦煤总工程师、瓦斯研究所所长李进鹏心怀感慨、神情坚定。
谋略为先
根治瓦斯必须从转变固有观念做起。首先必须统一思想，统筹谋划，布局长远，放胆创新。
走出去洗脑。“频发的瓦斯事故，致使我们对瓦斯心存畏惧，但苦于当初没有根治的法儿，只能时时处处忧在心里、念在嘴上，加强‘一通三防’、认真监测防范，在不断探索中寻求治理良方。”回望漫长的瓦斯治理历程，参与其间的管理和技术人员发出如此感慨。基于矿井安全高效的科学发展要求，2006年5月开始，以时任华晋焦煤董事长武华太为主要领导的新一届班子，带领技术攻关团队踏上了上下求索的征程。
“淮南矿业井田那么高的瓦斯涌出量竟能得以有效控制，只要肯下苦功、方法得当，我们也一定能把瓦斯治住！”学习归来，上下思想达成一致。其观念也由“望虎生畏”转变为“智擒虐虎”，暗自下定不伏虐虎誓不休的决心！
之后，华晋焦煤还专门组织有关人员10多次到淮南矿业学习交流。
至此，华晋焦煤以治理瓦斯为契机，迎来了发展的新阶段。
集众智谋略。要根治华晋焦煤矿区的瓦斯，还得针对这一区域资源禀赋和地质特点因地制宜精准发力。
华晋焦煤瓦斯治理的难度不仅仅在于高瓦斯、高突出，矿井煤层赋存和开采技术条件属近距离煤层群、一层开采多层卸压诸多因素导致瓦斯涌出异常等都是一道道难以逾越的屏障，且随着开采深度增加，瓦斯涌出量也有愈来愈大趋势。
最稀有的珍宝往往高置或深藏于人们难以发现或望而生畏的险境，这也许是造物者保护宝物、考验获取者的良苦用心吧！
为掘取这稀世“瑰宝”造福社会，山西焦煤集团、华晋焦煤、沙曲矿上下一心、众志成城，各层面都把瓦斯治理和利用作为头等大事，胸怀长远，彻底转变观念，不断加强与煤科总院、淮南矿业等机构合作、联合，统筹谋划，创新方法，超前治理。
尤其2009年之后，山西焦煤痛下决心根治瓦斯，制订出台彻底整治瓦斯的规划和实施方案，牵头聘请中国工程院瓦斯治理院士和专家等，结合华晋焦煤矿区实际把脉会诊，多次展开论证辩论，确立战略思路，寻求治理良方。
辩论的意义在于让决策更优化、更趋近完美。来自各方的不同学术意见，都被华晋焦煤当作课题深入研究，该项目的实施推进也因此更谨慎、更扎实，效果比预期更理想。
随之，瓦斯综合治理“五项治本之策”（保护层开采、区域性预抽、优化改造通风系统、提升瓦斯抽采系统能力、地面钻孔抽采工程） 浮出水面，一条可行的瓦斯治理蹊径由此辟开。
紧接着，遵循客观规律、切合矿区实际确立的“三区联动—转化”（生产区、接替区、规划区）瓦斯治理战略思路形成。
2014年3月，山西焦煤集团董事长、党委书记武华太到华晋焦煤调研督导，要求算大账、谋全局，布局长远，着眼未来，走好具有华晋焦煤特色的瓦斯治理与利用绿色发展道路。
…… 据不完全统计，近10年间，山西焦煤集团、华晋焦煤、沙曲矿等层面共开展瓦斯治理与利用专题研讨、专家会诊多达百余次。 与此同时，华晋焦煤还通过每月一次的“一通三防”协调会，督导相关工作；沙曲矿每周召开由矿总工程师主持的通风例会，分系统汇报通风、抽采等方面问题，集体探讨解决问题的举措。 经过执着探索，行之有效、独具特色的“沙曲瓦斯治理模式”逐步形成：“井上下立体抽采”“三区联动—转化”。一条根治瓦斯的光明大道就此铺就。 瓦斯犹如桀骜不驯的猛虎，想让它俯首贴耳，必须有伏虎之绝招妙术。 优化系统。据资料记载，瓦斯在煤体中的状态主要有三种。一种是游离状态，在煤体中间；一种是吸附状态，在煤体的表面；一种是吸收状态，在煤体内部。“沙曲矿的瓦斯大多属吸附状态，很难出来”。 华晋焦煤生产处长、原沙曲矿总工程师姜小强说，当初治理瓦斯的主要举措就是加大通风，与瓦斯硬拼。但是吸附状态的瓦斯很难被抽走。这亦难不倒睿智的华晋人。2009年之后，他们彻底转变理念，确立超前治理策略，不断创新治理方法，并把打钻抽采工作提升为安全工作的第一要务，组建了打钻专业化队伍，形成井下、地面立体打钻格局。同时通过增建主扇风井等举措，实现了瓦斯治理方式由传统的“风排为主，抽排为辅”向“抽排为主，风排为辅”转变。 揭开“盖子”。 2004年的一天，沙曲矿1.4米煤层突然涌出3米多，经重新测定，该矿从此被标上煤与瓦斯突出矿井的标识。这就意味着瓦斯治理的难度由此加重一重。无限风光在险峰。复杂险峻的采煤环境逼出了华晋焦煤的励志革新。2005年，沙曲矿设立了防突科，双管齐下加强治理。防突技术的关键是选准保护层。即先把弱突出煤层提前开采了，充分释放主采突出煤层的瓦斯，增加煤层透气性，提高瓦斯抽采效率，实现突出危险煤层安全开采。根据沙曲矿煤层特点，经过反复论证、尝试，最终将厚度1米左右的2#煤层作为沙曲一矿的保护层、3#煤层作为沙曲二矿的保护层进行开采。确定保护层是很有讲究的，首先必须鉴定该层属弱突煤层，还要计算保护层开采的有效卸压范围。从收益方面讲，开采保护层一般都不合算。沙曲矿2#煤层就属于投入大、产出小，且煤层薄，工人们必须弯着身子或爬进去实施开采工作，劳动强度大、开采难度大。工人们不解端倪，多次僵持着不开工。但经过反复解释和耐心作思想工作，才得以正常进行。 往往就是这样，创新就是要付出代价和艰辛的。目前沙曲矿保护层开采效果良好，每年可回收优质资源30余万吨。既回收了优质资源，又给主采煤层开采创造了条件。 抽掉“底子”。开凿底抽巷，是在煤层下的岩层里开凿巷道，目的是在巷道内对上部煤层打钻实施瓦斯区域预抽，释放瓦斯和压力。“开凿底抽巷就是用当年的钱，去干明年、后年的活，也是见不到直接收益的工程。”姜小强说，起初有很多人想不通，认为是劳民伤财。然而，在实践中尝到甜头后，不同的声音自然减少。 2008年，沙曲一矿在5#煤层下部开凿了第一条底抽巷，由于岩石坚硬劳动强度大、工程量大，一个月才掘进50米，每米投入万元以上，两年半才凿了一条巷道。“底抽巷的效益是无形的效益，是累积的效益，比如，在传统生产模式下4#煤一个月才可采两个循环，原因是瓦斯太大，总是超限报警。有了底抽巷以后，既对未掘区域进行超前预抽消突，又可利用底抽巷进行区域预抽和探放水。瓦斯不再超限报警，安全隐患也随之排除，生产效率提高了一倍多。”姜小强如是说。 改变瓦斯流向。“当时实施充填留巷，初衷就是通过充填留巷替代尾巷，实现Y型通风，解决上隅角瓦斯超限问题。虽然推进过程同样十分艰难，效果却十分理想，达到了确保安全的目的。”李庆源介绍说。然而，通过对这条留巷的矿压承受等技术参数的分析、考量后发现，如果再对留巷进一步完善加固，便可实现无煤柱开采，不仅可收到安全效益，更有可观的经济效益。“煤柱就像田里的地格棱棱，在传统开采模式下如此稀缺的资源是无法开采的，都眼巴巴埋在了井下，现在终于可以采出来了。”专业技术人员对此作了非常形象的比喻，还通过图例就沙曲矿第一条充填留巷算了一笔经济账：充填留巷的使用，可减少掘进巷道工程量60%，节约工程费用2000多万元，还大大缓解生产衔接，同时可将传统开采工艺模式下丢弃的高4.2米、宽50米、长1000米的优质国宝级煤柱开采出来，效益相当可观。 然而，留巷的充填材质、相关参数的确定，却是一个极其慎重、反复探索的过程。“对留巷充填主要采取了水泥切块砌墙、模型斗支架注水泥、锚柱模袋三个阶段。水泥切块就是钢筋混凝土铸成的条，起初把24202工作面联络巷作为试验工作面，由于此巷道采高大、水泥切块之间存有空隙抗压性能弱、运输环节多、职工劳动强度大等因素，就试着进一步改进。”说起充填留巷，沙曲矿通风科副科长、当时负责现场施工的杨博记忆颇深。为此，他们向集团公司、中国矿业大学和淮南矿业专家悉心请教，又先后尝试用模斗和柔模袋两种工艺砌墙，其间还通过快速膨胀剂堵缝、调整两个进风巷通风压差保持均衡通风压差、留巷墙体埋抽放管抽放瓦斯等方法和工艺进行反复调整，最终达到了既安全高效又环保的理想效果。不仅有效解决了上隅角瓦斯治理难题，回采工作面资源回收率提高13%，稀缺资源回收率得到有效提升。也为卸压瓦斯抽采提供了时空条件。在目前国内外尚无4米以上大采高（>3.5米）沿空留巷成功先例的情况下，成功进行了4.2米大采高沿空留巷工程实践，填补了国内外相关空白。 上下同心，其利断金。经过无数次“与虎谋皮”的艰难拉锯，2007年至今，华晋焦煤一个个治理瓦斯的科研成果问世：完成了“煤矿区煤层气立体抽采关键技术与产业化示范”，获中华人民共和国国务院科技进步二等奖；“沙曲矿近距离突出煤层群无煤柱开采立体瓦斯抽采关键技术研究”，荣获中国煤炭工业协会科技进步一等奖；“4.2米大采高沿空留巷及采空区瓦斯抽采关键技术与工程实践 ”，荣获山西省科技厅科技成果进步奖二等奖……瓦斯综合治理效果也随之辐射：矿井单进水平由原来164米/月，提升至目前的283米/月；单产水平由原来6.2万吨/月，提升至目前的12.8万吨/月。回采工作面准备时间由之前的21.2个月缩短为目前的10.9个月。瓦斯治理是综合艺术，华晋焦煤的瓦斯综合治理，实质上是理念创新和资金、人才投入的综合，是技术和管理的综合，是装备和培训的综合，是开采程序和治理方式方法的综合。“没有超前的意识、没有合理的时间和空间、单凭一时之为是治不住瓦斯的！”这些在山焦华晋已达成共识。截至目前，沙曲矿共开采保护层工作面3 个，开采面积8万平方米；开凿底抽巷5条，资源有效利用率大大提高。共在7个工作面成功实施充填留巷Y型通风，实现安全效益、经济效益双丰收。建企25年间杜绝了瓦斯事故。 变害为宝
而今，华晋焦煤正按照“瓦斯抽采，原煤入洗，瓦斯发电，余热利用”规划，坚持煤气共采，综合利用，全力打造“煤—气—电”循环产业链。一幅安全、绿色、清洁、高效的发展蓝图正徐徐铺展。
华晋焦煤还创立了“多分支水平井井下对穿技术”，实现了地面钻孔与井下巷道点对点对穿，技术水平领先世界，形成了井上下立体抽采格局。目前，沙曲矿井下已铺设4趟瓦斯抽采主管路，进行24小时不间断抽采，另有4个地面抽采泵站、320口井持续抽采，通过采前、采中和采后一体化井下区域瓦斯综合抽采，尽快实现矿井抽采达标。沙曲矿瓦斯抽采量已由2011年的1.06亿立方米/年，提高到2016年的2亿立方米/年。
目前，华晋焦煤拥有瓦斯发电厂3座。总装机63万千瓦，其中低浓瓦斯发电机组达18万千瓦。年发电量近两亿度，且实现了并网发电。
“国家政策规定，利用1立方米瓦斯补贴0.4元。本年度用掉7000多万立方米瓦斯，其补贴是一笔可观的经济效益。另有碳减排、减少温室气体排放、安置分流人员等方面同样有着不菲效益。而更重要的是确保了安全，这些效益才得全部显现。”这笔经济账，华晋人心里都清楚，也更明白这些都是治理瓦斯收到的实实在在收益。
如今，沙曲矿顺利实现了一矿变两矿，设计能力也由当初的300万吨/年增加至800万吨/年。华晋焦煤已经拥有4座矿井，原煤产量也由成立之初的300万吨/年增加到1190万吨/年。规模和实力的增强令人欣慰，其管理难度也显而易见。
再攀高峰 人们常说，有两大行业最难做，天上的航天和地下的煤矿。的确，天上的事无法预测，地下的事更是难上加难。要彻底解决瓦斯问题，脚下的路仍很漫长。
摘得工业“奥斯卡”奖，一路走来极不寻常。这是一代代煤矿人矢志不渝的坚持，是一个个团队、一任任班子和一级级上级单位、科研机构众志成城、合力攻关的成果。党和国家的肯定和褒奖，对华晋焦煤是鼓励、是鞭策，更是无穷动力。
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