神華神寧煤業(yè)集團(tuán)公司烏蘭煤礦始建于1966年，1975年建成投產(chǎn)，原設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為90萬噸/年，現(xiàn)核定生產(chǎn)能力為190萬噸/年，屬煤與瓦斯突出礦井，是神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)公司生產(chǎn)條件最為復(fù)雜、自然災(zāi)害最為嚴(yán)重的礦井之一。煤（巖）層起伏變化大，斷裂構(gòu)造多，煤層透氣性差，煤層松軟，成孔率低，瓦斯涌出量衰減快，預(yù)抽效果差，嚴(yán)重影響礦井安全開采。多年來，烏蘭煤礦始終堅(jiān)持把瓦斯防治作為安全管理的重中之重，按照“優(yōu)化系統(tǒng)、穩(wěn)定產(chǎn)能、減人提效、綜合治理”的工作思路，積極探索瓦斯綜合治理的有效方法，形成了“保護(hù)層開采、地面鉆井抽采、底板巖巷穿層鉆孔網(wǎng)格抽采”的立體式、全方位區(qū)域瓦斯治理格局，提升了礦井防災(zāi)抗災(zāi)能力。

　　一、潛心研究，積極探索瓦斯治理有效方法

　　烏蘭煤礦是國家重點(diǎn)監(jiān)控的煤與瓦斯突出礦井，深受水、火、頂板、煤塵、煤與瓦斯突出“五毒”侵害。礦井投產(chǎn)初期，相對(duì)瓦斯涌出量僅為5.3 m3/t，為低瓦斯礦井。1982年，礦井開采深度達(dá)到100m，相對(duì)瓦斯涌出量達(dá)到18.7m3/t，由低瓦斯礦井升級(jí)為高瓦斯礦井。1987年，石門揭煤時(shí)發(fā)生煤與瓦斯突出，礦井由高瓦斯礦井升級(jí)為煤與瓦斯突出礦井。

　　一是提高對(duì)瓦斯治理重要性的認(rèn)識(shí)。

　　近年來，隨著礦井開采深度的不斷增加，瓦斯壓力急速上升，煤層瓦斯含量不斷增大,突出危險(xiǎn)性明顯增強(qiáng)，在施工鉆孔和掘進(jìn)時(shí)曾多次發(fā)生動(dòng)力現(xiàn)象，嚴(yán)重威脅礦井安全生產(chǎn)。經(jīng)鑒定礦井主采煤層均為突出煤層，且有自燃傾向性和煤塵爆炸性，其它煤層除瓦斯放散初速度未超過臨界值指標(biāo)，其余指標(biāo)均超過《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》的臨界值，這就意味著礦井所有煤層都必須嚴(yán)格按照突出煤層進(jìn)行管理，瓦斯制約礦井安全生產(chǎn)的問題更加凸顯。面對(duì)客觀存在的困難與挑戰(zhàn)，烏蘭煤礦深深體會(huì)到“瓦斯不治，礦無寧日”，提出了“舉全礦之力治理瓦斯”的戰(zhàn)略舉措,開始了一場(chǎng)與瓦斯較量的攻堅(jiān)之戰(zhàn)。

　　二是認(rèn)真總結(jié)煤層瓦斯賦存規(guī)律。

　　全面掌握煤層瓦斯變化規(guī)律是解決瓦斯治理問題的有效方法。建立了通風(fēng)實(shí)驗(yàn)室，持續(xù)測(cè)定和分析礦井主采煤層實(shí)際參數(shù)，總結(jié)出主采各煤層在相同埋深、不同區(qū)域的瓦斯壓力、瓦斯含量、煤層透氣性及可抽采性的分布規(guī)律；繪制了詳實(shí)的《瓦斯地質(zhì)圖》，并對(duì)礦井各煤層的突出危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行了劃分；確定了礦井主采煤層鉆孔有效抽采半徑與抽采時(shí)間的變化關(guān)系、突出煤層工作面突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)敏感指標(biāo)及臨界值。

　　三是確定綜合治理瓦斯的有效對(duì)策。

　　采取“走出去、請(qǐng)進(jìn)來”的方法，多次組織技術(shù)人員外出考察、學(xué)習(xí)先進(jìn)的瓦斯治理經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合礦井實(shí)際，展開了反復(fù)論證和研究，最終確定了下保護(hù)層開采方案。對(duì)煤層開采順序進(jìn)行了合理調(diào)整，將原來自上而下開采，調(diào)整為由下而上開采。與中國礦業(yè)大學(xué)合作進(jìn)行了《高瓦斯突出煤層群保護(hù)層開采與地面鉆井抽采卸壓瓦斯關(guān)鍵技術(shù)》項(xiàng)目研究，該項(xiàng)目先行開采7#煤層（保護(hù)層），后開采8#煤層，受采動(dòng)影響，上覆2#、3#煤層處于彎曲下沉帶，保護(hù)層開采不會(huì)對(duì)2#、3#煤層造成破壞，只發(fā)生整體下沉，煤（巖）體變形、破裂和裂隙伸張，產(chǎn)生“卸壓增透增流”效應(yīng)，煤層透氣性增大，促使大量吸附瓦斯解吸為游離瓦斯，再通過高瓦斯突出煤層群保護(hù)層開采與地面鉆井抽采卸壓瓦斯關(guān)鍵技術(shù)，兩次抽采2#、3#煤層卸壓瓦斯，減小煤層瓦斯含量，消除卸壓煤層煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性。

　　二、技術(shù)攻關(guān)，解決制約礦井安全生產(chǎn)的瓦斯難題

　　瓦斯隱患是影響礦井安全發(fā)展的核心問題。為提高煤層瓦斯抽采率，降低煤層原始瓦斯含量，消除煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性，有效解決瓦斯難題，烏蘭煤礦在試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)全面實(shí)施了高瓦斯突出煤層群保護(hù)層開采與地面鉆井抽采卸壓瓦斯關(guān)鍵技術(shù)等項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)了煤與瓦斯高效共采。

　　一是大力應(yīng)用保護(hù)層開采技術(shù)。

　　保護(hù)層開采的關(guān)鍵是如何將被保護(hù)層大量卸壓瓦斯抽出。首次在礦井試驗(yàn)工作面，通過采用回歸分析法確定地面鉆井布井參數(shù)，施工地面鉆井等措施，最大程度的提高了瓦斯抽采量，擴(kuò)大了瓦斯抽采半徑，使單井日抽采瓦斯量達(dá)到2.48萬m3，相當(dāng)于過去井下打8620個(gè)鉆孔的抽采效果，地面14口鉆井累計(jì)抽出純瓦斯1436萬 m3，使被保護(hù)的2#、3#煤層殘余瓦斯含量分別降到3.63 m3/t和3.14m3/t，抽采率分別提高到65.8%和66.3%，達(dá)到了煤礦瓦斯抽采指標(biāo)要求。有效保護(hù)了層間距為70m～116m的煤層。3#煤層卸壓區(qū)域透氣性系數(shù)增大2046倍，堅(jiān)固性系數(shù)由不足0.4增大至0.7左右，掘進(jìn)巷道實(shí)現(xiàn)了留頂煤錨桿錨網(wǎng)支護(hù)。2#煤層得到有效保護(hù)，提高了煤炭資源回收率，為礦減少資源損失1400萬噸，礦井服務(wù)年限延長了6年。在被保護(hù)區(qū)域內(nèi)3#煤層工作面開采時(shí)，瓦斯涌出量小于10m3/min，工作面回風(fēng)流瓦斯?jié)舛茸畲髢H為0.34%，瓦斯涌出量大幅下降。取消了頂板巷和尾巷抽放，降低了工作面回風(fēng)量，減少了采空區(qū)漏風(fēng)量。采空區(qū)窒息帶距工作面距離由過去50m縮小到30m，極大降低了采空區(qū)煤炭自然發(fā)火危險(xiǎn)性。建立了單井抽采卸壓瓦斯數(shù)學(xué)模型，計(jì)算出了被保護(hù)層卸壓瓦斯抽采量占鉆井瓦斯抽采總量的比例。研制出了新型瓦斯流量測(cè)定裝置，為準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)瓦斯流量，分析瓦斯參數(shù)提供了可靠保障，并獲得國家實(shí)用新型知識(shí)產(chǎn)權(quán)專利。

　　二是攻克地面鉆井剪切破斷技術(shù)難題。

　　烏蘭煤礦以往采取地面鉆井進(jìn)行抽采，但隨工作面推進(jìn)，受采動(dòng)影響煤巖體應(yīng)力發(fā)生變化，容易將地面鉆井剪切破斷，從而影響抽采效果，需要輔以井下巷道、穿層鉆孔進(jìn)行抽采。為攻克這一技術(shù)難題，烏蘭煤礦通過研究采動(dòng)后上覆巖層移動(dòng)規(guī)律，設(shè)計(jì)了從地面至井底的表層段、巖層段和卸壓抽采段，具有防止剪切破斷的新型地面鉆井井身結(jié)構(gòu)。大膽改進(jìn)地面鉆井穿煤層篩管，增加了抽采管撓度，增強(qiáng)了篩管抗壓和抗剪強(qiáng)度，并獲得國家實(shí)用新型知識(shí)產(chǎn)權(quán)專利。通過采取以上技術(shù)，有效防止了地面鉆井剪切破斷，煤層大量卸壓瓦斯被地面鉆井抽出，取得了與其他礦井采用井下巷道抽采、穿層鉆孔聯(lián)合抽采相同的良好效果, 不用再施工2#、3#煤層底板瓦斯治理巷，減少了生產(chǎn)環(huán)節(jié)，節(jié)省了資金,提高了安全系數(shù)。

　　《高瓦斯突出煤層群保護(hù)層開采與地面鉆井抽采卸壓瓦斯關(guān)鍵技術(shù)》項(xiàng)目研究成果，為我國西部礦區(qū)淺埋藏、煤層群開采條件下的高瓦斯及突出礦井瓦斯治理積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)，并在集團(tuán)公司汝箕溝煤礦、白芨溝煤礦等多個(gè)礦井進(jìn)行推廣應(yīng)用，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。2011年，該項(xiàng)目榮獲中國煤炭工業(yè)科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)、寧夏回族自治區(qū)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)、國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎(jiǎng)。

　　三是實(shí)施瓦斯賦存規(guī)律及突出綜合防治技術(shù)。

　　針對(duì)7#、8#煤層層間距太小，局部地點(diǎn)基本合層，采掘時(shí)極易發(fā)生煤與瓦斯突出的實(shí)際，烏蘭煤礦實(shí)施了瓦斯賦存規(guī)律及突出綜合防治技術(shù)項(xiàng)目，采用穿層、順層不同的鉆孔布置方式，預(yù)抽煤層瓦斯，降低了煤層最大殘余瓦斯壓力、最大殘余瓦斯含量，消除了區(qū)域煤層突出危險(xiǎn)性。采用高位鉆孔、上隅角埋管、地面鉆孔抽采采空區(qū)卸壓瓦斯等方式，徹底消除了回采工作面瓦斯超限現(xiàn)象。通過施工煤層底板瓦斯治理巷、密集穿層網(wǎng)格鉆孔，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)煤層瓦斯壓力、煤層瓦斯含量和鉆孔流量變化等情況，形成了網(wǎng)格狀超前條帶預(yù)抽，消除了過去掘進(jìn)工作面在耳巷鉆場(chǎng)施工邊掘邊抽鉆孔，短兵相接的走鋼絲危險(xiǎn)模式。

　　三、以用促抽，實(shí)現(xiàn)瓦斯抽采與利用最大化

　　瓦斯抽采最大化是瓦斯治理的最有效手段和根本途徑，烏蘭煤礦始終認(rèn)為“只有打不到位的鉆孔，沒有抽不出的瓦斯”。面對(duì)煤層瓦斯預(yù)抽效果差、瓦斯抽采系統(tǒng)能力不足等現(xiàn)狀，通過設(shè)備升級(jí)更新、系統(tǒng)擴(kuò)能改造等多項(xiàng)措施，極大的提高了瓦斯抽采效果。

　　一是大力引進(jìn)先進(jìn)設(shè)備，提高鉆孔施工質(zhì)量。

　　選用了國內(nèi)先進(jìn)、適合礦井地質(zhì)條件的大功率、大扭矩強(qiáng)力鉆機(jī)，使鉆孔孔徑由 75mm擴(kuò)大到113mm，孔深由80m延長到300m以上，孔壁暴露面積增加2.2倍，徹底解決了小功率鉆機(jī)無法施工長孔和扭矩小易夾鉆等問題。引進(jìn)直徑100mm螺旋鉆桿代替原普通圓鉆桿打鉆排渣，鉆屑排出量提高了40倍，有效釋放了瓦斯，消除了地應(yīng)力，提高了掘進(jìn)效率。將原水力排渣改為風(fēng)水結(jié)合排渣，減少了鉆孔施工時(shí)的塌孔、夾鉆現(xiàn)象。先后對(duì)抽采系統(tǒng)進(jìn)行了兩次擴(kuò)能改造，達(dá)到了高負(fù)壓、大流量、強(qiáng)力抽，實(shí)現(xiàn)了大能力抽放泵、大直徑抽采管、大鉆機(jī)、大鉆孔“四大”抽采目標(biāo)。發(fā)明了機(jī)械封孔泵，將手動(dòng)封孔改為機(jī)械封孔, 鉆孔單孔抽采濃度由10%提高到30%以上，大大提高了鉆孔施工效率、封孔質(zhì)量和抽采效果。2011年，該項(xiàng)發(fā)明獲得國家專利授權(quán)，并在集團(tuán)公司多個(gè)礦井推廣使用。

　　二是不斷改進(jìn)技術(shù)工藝，提高瓦斯治理效果。

　　對(duì)“防突鉆機(jī)改造及應(yīng)用工程”進(jìn)行了立項(xiàng)研究，研制出了全國首臺(tái)孔徑達(dá)到200mm連續(xù)螺旋鉆桿的專用防突鉆機(jī)，使用后該鉆機(jī)在工作面打2個(gè)孔相當(dāng)于過去打7個(gè)孔的瓦斯排放效果，充分發(fā)揮了防突鉆機(jī)和螺旋鉆桿的最大效用。實(shí)施了高位鉆孔抽采和采煤工作面上隅角埋管抽采技術(shù)，徹底消除了尾巷排放和上隅角抽排風(fēng)機(jī)引排瓦斯的安全隱患，減小了采掘工作面風(fēng)排瓦斯量，礦井配風(fēng)量由16453m3/min降低到13315m3/min，負(fù)壓由2353Pa降低到1520Pa，提高了礦井安全生產(chǎn)能力。

　　三是綜合利用變害為寶，提供了綠色能源。

　　按照“以抽保用、以用促抽”的工作思路，建立了瓦斯發(fā)電廠，安裝了16臺(tái)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組，將礦井抽出的瓦斯直接輸送到瓦斯發(fā)電廠發(fā)電，瓦斯得到有效利用，減少了對(duì)空排放和資源浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)了被動(dòng)向主動(dòng)抽采瓦斯的根本轉(zhuǎn)變。2011年，瓦斯利用量達(dá)到2026萬m3，發(fā)電量4031萬度（相當(dāng)于每年燃燒14.2萬噸煤炭發(fā)出的電量），減少碳排放25.66萬噸（相當(dāng)于3269棵大樹吸收的二氧化碳量），發(fā)電效益達(dá)1983萬元，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

　　總之，經(jīng)過多年艱辛的探索與實(shí)踐，烏蘭煤礦在瓦斯防治方面取得了顯著成效，我們深深體會(huì)到：抓好瓦斯治理工作是實(shí)現(xiàn)礦井安全發(fā)展的根本保障。必須深刻認(rèn)識(shí)瓦斯治理任務(wù)的長期性、復(fù)雜性、艱巨性，進(jìn)一步增強(qiáng)責(zé)任感和緊迫感，全力以赴抓好瓦斯治理工作；確保措施落實(shí)到位是瓦斯治理取得成效的關(guān)鍵所在。必須堅(jiān)定不移地執(zhí)行綜合治理瓦斯措施，在打鉆效果、封孔質(zhì)量和抽采力度上要不打折扣，在“四位一體”防突措施落實(shí)上要一以貫之，堅(jiān)決做到“不采突出面、不掘突出頭”；加強(qiáng)科技攻關(guān)是實(shí)現(xiàn)瓦斯可防可控的必要手段。必須緊緊依靠科技提高礦井瓦斯治理水平，加大與科研院校合作力度，積極探索瓦斯防治的新途徑和新技術(shù)，有效解決瓦斯治理中的難點(diǎn)問題，為安全生產(chǎn)保駕護(hù)航。