■ 高海龙
沙曲一号煤矿是山西焦煤集团华晋焦煤有限责任公司一座设计生产能力500万吨的煤与瓦斯突出矿井,井田可采储量12.76亿t,煤质优良,属低灰、特低硫、特低磷高热值主焦煤,已注册的“华晋焦煤”品牌,享有“中国瑰宝”之美誉。
沙曲一号煤矿为煤与瓦斯突出矿井,矿井瓦斯涌出量之大,在全国煤矿开采范围内实属罕见。2019年瓦斯等级鉴定结果为绝对瓦斯涌出量221.31m3/min,相对瓦斯涌出量为46.98m3/t。早在2011年8月17日,国家发改委将山焦华晋沙曲矿(沙曲一号煤矿前身)列为瓦斯治理示范矿井。如何打造好瓦斯治理示范矿井这一标杆?成为了摆在华晋焦煤党政及沙曲一号煤矿党政班子成员面前的一道严峻命题。
锲而舍之,朽木不折。锲而不舍,金石可镂。
经过反复不断的调研、考察,邀请专家进行论证,华晋焦煤沙曲一号煤矿喊出了自己的口号——
打造具有华晋特色的“沙曲瓦斯治理模式”
都知道喊口号容易,做起来难。
为了有效治理瓦斯,华晋焦煤调集全公司技术力量,全力支持沙曲一号煤矿示范矿井建设,经过多年的反复实践,终于摸索出了一套适用于沙曲矿区近距离突出煤层群的瓦斯治理方法,构建了“三区联动-转化”为特色、“瓦斯治理示范工程”为标杆的“沙曲瓦斯治理模式”。
坚持推进“三区联动-转化”,形成全方位立体化瓦斯抽采模式,实现“抽、掘、采”工程衔接平衡。
沙曲井田各煤层瓦斯含量高,储量大,初步估算达1.88亿m3·km2,井田瓦斯总储量超过260亿m3,瓦斯抽采达标难度极大。华晋焦煤依据井田煤层瓦斯赋存规律、采掘部署以及时空关系、现有技术水平,将该矿瓦斯治理划分为三个区域,即规划区(提前8-10年布置,开展地面钻井瓦斯抽采工作)、准备区(提前3-5年布置,进行井上下立体抽采,即地面钻孔与井下区域预抽同步进行)和生产区(实施各种顺层钻孔、邻近层钻孔、高位钻孔、采空区钻孔等对工作面进行抽采)。通过对三区采取不同的瓦斯治理方式,形成三区联动并转化。最终形成“一保护、两主采”的生产格局,即井田内有一个保护层工作面和两个主采煤层工作面,实现了瓦斯治理由局部治理向区域治理、过程治理向超前治理、管理措施型向工程技术型三个战略转变,瓦斯抽采量由2011年3200万m3提高到2019年8800万m3,瓦斯抽采率达到60%以上,瓦斯利用率达到82%,开采煤层瓦斯含量由12m3/t以上降低到6m3/t以下,有效提高了矿井的安全保障能力。
坚定不移的实施地面钻井与井下钻孔综合抽采、底板抽放巷、保护层开采、沿空留巷Y型通风等安全高效的瓦斯治理工程,逐步实现“高瓦斯突出矿井在低瓦斯状态下生产”。
积极开展地面钻井抽采,结合井下综合抽采,形成井上下全方位立体化抽采格局。一是地面钻井,首先在井田规划区实施地面直井或水平分支井,压裂后进行地面抽采,其次在准备区与宁夏煤田地质局矿井灾害治理研究院合作开展了“地面多分支水平井与煤矿井下钻孔对接抽采煤层瓦斯技术研究”,通过地面打井,井下对接抽采,实现抽采最大化。目前井田内共施工各类钻井320口,其中水平分支井10口,平均单井日产气量13569m3,最大单井日产气量21000m3。地面抽采井310口,平均单井日产气量745m3,最大单井日产气1100m3;二是井下综合抽采,抽采方式主要有保护层采前穿层钻孔预抽和顺层钻孔抽采,被保护层卸压瓦斯采前底板岩巷网格式上向穿层钻孔抽采,采中卸压裂隙带高位钻孔瓦斯抽采及采后采空区瓦斯抽采等,区域预抽钻孔抽采期间,瓦斯平均抽采纯流量160m3/min,瓦斯浓度为55%以上。
以底板抽放巷为切入点,开启瓦斯治理工程安全大门。结合煤层赋存条件和采掘巷道布置,在5#煤层下方的岩石中布置底板抽放巷,利用大功率定向钻机在底板抽巷超前施工上覆2#、3+4#、5#煤层穿层钻孔进行区域性预抽,既可掩护煤层巷道掘进,还可抽采开采保护层后主采煤层卸压瓦斯。目前矿井已开始施工第四条底板抽放巷,通过底板抽放巷穿层钻孔的实施,实现了突出煤层掘进工作面连续掘进,回采工作面持续抽采。
以保护层开采奠定瓦斯治理基础,彻底解放主采煤层生产力。国内外煤与瓦斯突出煤矿的开采实践表明,保护层开采是目前突出煤层治理最有效、最安全的一种瓦斯治理方法。华晋焦煤结合该矿实际,选择以2#煤层作为主采3+4#和5#突出煤层的保护层。通过长期实践,2#煤层的开采使主采的3+4#和5#突出煤层的瓦斯得到有效的释放,透气性明显增加,瓦斯抽采效率大幅提高,主采煤层得到有效保护。2#煤层为主焦煤,煤质优良,保护层开采后大幅提高了2#煤层资源回收率,创造了良好的社会经济效益。随着瓦斯综合治理效果的辐射,矿井单产单进水平实现了翻番。
围绕大采高采场覆岩活动及裂隙发育规律、围岩变形失稳机理、留巷承载结构稳定性控制及采空区瓦斯流场,公司业务处室与矿井进行了深入研究,形成了大采高沿空留巷Y型通风煤与瓦斯共采技术体系。以3+4#煤层为例,采高4.2m,更加剧烈的采动影响使上下向扰动卸压范围更大,留巷支护更加困难。在当时国内外尚无4m以上大采高(>3.5m)沿空留巷成功先例的情况下,华晋焦煤组织瓦斯治理技术人员,成功进行了4.2m大采高沿空留巷工程实践,填补了国内空白,一举获得被誉为中国工业“奥斯卡”的“中国工业大奖”。到目前为止,沙曲一号煤矿按照华晋焦煤的整体部署,已在10个工作面成功实施沿空留巷Y型通风,取得了较好的经济安全效益。沿空留巷Y型通风方法有效改变了常规的通风方向,从根本上解决了上隅角瓦斯问题。同时,沿空留巷实现稀缺煤炭资源无煤柱开采,提高了优质资源回收率,减少了巷道掘进投入,取得安全和效益的双赢。
只要功夫深,铁杵磨成针。
经过四年的建设,2015年1月25日,在华晋焦煤多方努力下,沙曲一号煤矿通过了国家发改委组织的专家组验收。该矿实现了信息自动化、装备现代化、管理科学化,建成安全、科学、绿色、高效的现代化矿井,形成了近距离高瓦斯突出煤层群条件下安全高效开采的典型示范作用。
消息传来,该矿干部职工无不欢欣鼓舞,倍感振奋,身为沙曲一号煤矿人感到无比骄傲。
瓦斯对煤炭生产是一种隐患和危险源,但也是一种清洁能源和化工原料。如何将这种资源高效利用,产生更多的经济效益?早在沙曲一号煤矿示范矿井设计之初,华晋焦煤就提出了——
走新型工业化道路 实现企业科学绿色发展
走新型工业化道路,实现绿色发展,不仅是积极响应国家发展循环经济和节能环保产业的号召,更是新时期企业发展的必然方向。他们根据瓦斯浓度的不同分为高浓瓦斯利用、低浓瓦斯利用和风排瓦斯利用三个主要方向,为瓦斯发电厂的正常发电提供了保障。在发展的同时,华晋焦煤联合科研院校,在沙曲一号煤矿大胆探索,积极开展“产、学、研”合作和技术交流,全力攻坚瓦斯治理难题,自主创新能力不断增强,多数成果达到了国际领先水平,促进了科研成果向现实生产力转化。其中,“煤矿区煤层气立体抽采关键技术与产业化示范”项目获得国务院二等奖;“4.2m大采高沿空留巷及采空区瓦斯抽采关键技术与工程实践”与“该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”项目首次在4.2m大采高条件下成功实现沿空留巷煤与瓦斯共采,填补了国内外相关空白,获得中国煤炭工业协会一等奖、山西省科技厅二等奖;“高瓦斯首采层三巷布置砌块留巷与瓦斯共采技术”项目获得中国煤炭工业协会二等奖;“大孔径千米定向钻机抽采卸压瓦斯关键技术研究”项目获得中国煤炭工业协会三等奖;“煤矿瓦斯地质灾害预警系统”项目获得中国煤炭工业协会三等奖;“近距离高瓦斯突出煤层群瓦斯综合治理技术体系及模式研究”项目获得山西省科技厅科技成果进步二等奖;完成发明专利1项,实用新型专利5项。
该矿还通过开发数字信息化矿山系统,迈出了“装备现代化、生产自动化、管理信息化”的数字化示范矿井的步伐,采煤工作面智能化设备的安装、联合试运转,采用切顶卸压无煤柱自成巷110工法,这些新设备的使用、新技术的运用,为实现矿井智能化、树立瓦斯治理行业标杆打下了坚实基础。成为了新形势下煤炭企业提高矿井安全高效发展的重要途径,对山西焦煤乃至全行业具有一定的示范作用,具有良好的推广应用价值。
面对取得的一系列成果和成绩,沙曲一号煤矿人并没有骄傲,前进的脚步一直没有停歇。
为深化煤炭供给侧结构性改革,突破矿井发展瓶颈,激活发展动力,全面提升高质量发展水平,根据山西焦煤集团和华晋焦煤有限责任公司的工作部署,沙曲一号煤矿又拉开了新的发展大幕——
对标一流建设标杆矿井
为确保对标一流建设煤与瓦斯共采标杆矿井工作顺利实施,成立了以矿长和党委书记为组长的工作领导组,负责研究战略目标,规划战略布局,引导发展方向,开展督导验收。并对标杆矿井达标建设情况进行考核、奖罚。他们的目标也非常清晰和明确:以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导,紧紧围绕集团公司“1126”发展战略、“双百行动”、“改革发展、转型升级行动纲要”和华晋焦煤“121338”工作思路,以观念创新为先导,以科技创新为核心,突出目标导向、问题导向、实践导向,坚持一流标准,对标一流企业,通过“六个破除”、“六个着力”、“六个坚持”,进一步做实做细,做强做优煤炭产业,认真落实科技减人提效,扎实推进“一优三减”,深入开展“四化”建设,提升“沙曲模式”品牌效应,打造在煤炭领域发挥典型引领作用的“煤与瓦斯共采标杆矿井”,确保企业核心竞争力大幅提升。
对标晋煤集团,着力提高单产、单进水平,优化用工结构,创新管理模式,力争到2022年,原煤产量达到400万吨。
对标山东能源枣庄集团,坚持“管理、装备、素质、系统”并重原则,积极引进先进、高效、适宜的生产装备,深入开展无人、少人系统和信息化技术的研究,进一步提升矿井安全保障、生产效率和科技水平,实现综采工作面智能化开采。
对标河南永煤集团、山东能源集团,强力推进安全生产标准化建设,所属矿井标准化建设跨入国内一流行业。大力实施安全生产标准化达标创建活动,打造标准化示范矿井、示范专业。构建体系完善的安全风险分级管控和事故隐患排查治理双重预防机制。推行岗位作业流程标准化,推动岗位达标,提升全员素质。创新安全管理模式,实现安全信息化管理。
对标平煤神马集团,打造技术创新战略新机制,加大科技创新考核与投入力度,实施创新创效工资制度,聚焦核心技术需求,推动一批关键技术应用,扎实推进先进技术应用,加快推进智慧瓦斯抽采泵站建设,不断提升矿井科技进步和核心竞争力。
对标淮南矿业集团公司朱集东矿、晋煤集团公司寺河矿,不断提高矿井瓦斯治理发展水平,保持国家级瓦斯治理示范矿井,固化“沙曲综合治理”模式。扎实推进矿井三年瓦斯治理滚动计划,实现“抽、掘、采”平衡,瓦斯抽采率稳步提升,瓦斯抽采全面达标。2019年瓦斯抽采量达到8300万m3,瓦斯抽采率增长5%达到65%以上,井下生产系统瓦斯超限实现0次目标,到2022年煤炭产能达到设计的80%。
长风破浪会有时,直挂云帆济沧海。
蓝图已经绘就,虽然任重,但沙曲一号煤矿人跋涉的步伐一直坚定有力。在新中国成立70周年之际,相信该矿在矿党委和矿领导班子的带领下,众志成城,继往开来,一定会谱写出更美好的篇章,实现更好的发展,向祖国母亲献礼。