基于瓦斯治理抽采利用一體化的深部突出礦井安全綠色開發(fā)模式與示范工程

張建國，王 滿，袁 淼，劉慶軍，李 登，王曉川

(1.中國平煤神馬集團 煉焦煤資源開發(fā)及綜合利用國家重點實驗室，河南 平頂山 467000；2.中國平煤神馬能源化工集團有限責(zé)任公司，河南 平頂山 467000；3.武漢大學(xué) a.水射流理論與新技術(shù)湖北省重點實驗室；b.動力與機械學(xué)院，武漢 430072)

在中國過去幾十年的經(jīng)濟發(fā)展當(dāng)中，煤炭作為主要能源起到了顯著的作用，但是隨著國際能源形勢及環(huán)境保護(hù)的需求，煤炭資源的開采及利用面臨著更高的要求[1-4]。隨著煤礦開采深度的不斷增加，高瓦斯、低透氣性、高地溫等問題日益凸顯，瓦斯治理與循環(huán)利用難度持續(xù)加大，瓦斯突出與熱害災(zāi)害頻發(fā)；大采高工作面采空區(qū)大，瓦斯聚集增加，上隅角易發(fā)生瓦斯超限，嚴(yán)重制約了煤礦安全生產(chǎn)。另一方面，正在開采當(dāng)中的礦井生產(chǎn)工作面煤層瓦斯由于煤層開采深度和開采強度的不斷增加而增大，再加上煤層賦存條件的逐步惡化，礦井回采工作面各種動力災(zāi)害事故頻頻出現(xiàn)。此外，由于地溫隨礦井深度增加而升高，加上其他熱源的放熱作用(空氣壓縮、氧化過程、機械設(shè)備做功)，使得受到高溫威脅的礦井日益增多。因此，對深部突出礦井進(jìn)行瓦斯綜合治理與高效清潔利用以及有效的熱害治理，能增強煤與瓦斯突出礦井及高地溫礦井開采的安全基礎(chǔ)，可顯著降低煤礦瓦斯安全事故的發(fā)生次數(shù)，并可有力提升礦井的生產(chǎn)力水平，有利于礦區(qū)社會環(huán)境的穩(wěn)定，保障人員的生命財產(chǎn)安全，具有顯著的經(jīng)濟效益及社會效益。

河南平寶煤業(yè)有限公司(簡稱平寶公司)設(shè)計年產(chǎn)量2.4×106t，井田內(nèi)煤層平均埋深為750 m，地層傾角8°～12°。主采煤層戊8、戊9-10煤層和己15、己16-17煤層均為突出煤層，現(xiàn)只對己組煤層進(jìn)行開采。己16-17煤層瓦斯含量最大為19.5 m3/t，瓦斯壓力最大為3.6 MPa；己15煤層瓦斯含量最大為10.5 m3/t，瓦斯壓力最大為1.5 MPa。地溫梯度3.42 ℃/100 m，鉆孔實測巖溫39.70～50.57 ℃，熱害程度非常嚴(yán)重。礦井目前的采掘活動集中在-850 m，底抽巷內(nèi)溫度達(dá)33～35.6 ℃，高瓦斯、高地壓及高地溫問題嚴(yán)重制約礦井安全高效生產(chǎn)。

1 深部突出礦井安全高效綠色開發(fā)模式研究現(xiàn)狀

1.1 國內(nèi)深部突出礦井安全高效綠色開發(fā)現(xiàn)狀

1.1.1 瓦斯治理與抽采現(xiàn)狀

隨著對深部煤層的開采，越來越多的煤層呈現(xiàn)出煤層瓦斯壓力大、賦存含量高和涌出時間久的特點。當(dāng)前深部高瓦斯煤層逐步開始向突出煤層轉(zhuǎn)化，復(fù)合動力災(zāi)害凸顯，并且深部煤層透氣性低，煤與瓦斯共采矛盾突出。中國瓦斯治理與抽采主要是采取煤與瓦斯共采的方法，現(xiàn)階段廣泛應(yīng)用的共采方法主要為地面鉆井法、巷道法及留巷鉆孔法3種方法。

1)地面鉆井法煤與瓦斯共采。地面鉆井法煤與瓦斯共采技術(shù)主要包括采前預(yù)抽和采中卸壓瓦斯抽采，以便實現(xiàn)深部突出礦井煤與瓦斯安全高效共采。該方法既可以抽采采空區(qū)瓦斯，又可以抽采采動區(qū)臨近層卸壓瓦斯，適用于低透氣性煤層群開采[5]。平頂山、淮南和晉城等地都對地面鉆井抽采采動區(qū)瓦斯技術(shù)進(jìn)行了較為成熟的應(yīng)用，對中國深部低透氣性礦井煤與瓦斯共采技術(shù)的發(fā)展起到了顯著的促進(jìn)作用。

2)巷道法煤與瓦斯共采。巷道法煤與瓦斯共采是指在根據(jù)煤層自身稟賦特點及地質(zhì)條件，將專用瓦斯抽采巷道布置在煤層中的合理位置，在巷道內(nèi)對煤層瓦斯采用鉆孔的方法進(jìn)行統(tǒng)一抽采[6]。該方法具備瓦斯抽采流量大、濃度范圍大及抽采負(fù)壓小等特點且可用于采空區(qū)瓦斯的封閉抽采，做到“一巷三用”。

3)留巷鉆孔法無煤柱煤與瓦斯共采。由于深部突出礦井高瓦斯、高地溫、高地壓及低透氣性等特點，采用沿本煤層采空區(qū)邊緣保留回采巷道結(jié)合無煤柱沿空留巷的方式消除采空區(qū)上隅角瓦斯積聚并改善回采系統(tǒng)熱害狀況，將煤與煤層卸壓瓦斯同步開采，分源治理不同濃度瓦斯[7]。當(dāng)前深部突出礦井所面臨的煤炭開采、瓦斯治理及巷道支護(hù)等多項生產(chǎn)實際問題都能夠通過該方法有效解決。

1.1.2 瓦斯利用/發(fā)電現(xiàn)狀

雖然，煤炭開采過程中由于煤礦瓦斯的存在出現(xiàn)了很多的問題，但是從清潔能源的高效利用來看，瓦斯又是一種具有較大開發(fā)潛力的清潔能源。對瓦斯進(jìn)行合理的利用能相對緩解中國面臨的能源短缺問題，具有較大的經(jīng)濟及戰(zhàn)略意義。瓦斯發(fā)電技術(shù)在中國處于起步階段，但是由于瓦斯?jié)舛群蛪毫苋菀资艿酵饨缫蛩氐挠绊懚l(fā)生變化，從而對瓦斯發(fā)電效率產(chǎn)生影響。綜合國內(nèi)外瓦斯利用技術(shù)來看，濃度為5%～30%的瓦斯利用率較低并存在一定的安全問題。經(jīng)過近幾年來的發(fā)展，對較低濃度瓦斯的利用技術(shù)取得了一定的進(jìn)步，但是在實際生產(chǎn)當(dāng)中仍存在一定的問題，無法進(jìn)行一定規(guī)?；膽?yīng)用[8-10]。

1.1.3 深部突出礦井熱害治理現(xiàn)狀

隨著地表礦物開采的日趨枯竭，礦井采掘深度逐年增加，由于地溫隨礦井深度增加而升高，受到高溫威脅的礦井日益增多[11]?，F(xiàn)階段中國深井開采時間不長，礦井熱害近期呈現(xiàn)出嚴(yán)重趨勢。在礦井熱害治理中主要通過避開局部熱源、加強通風(fēng)及預(yù)冷進(jìn)風(fēng)等方法，但這些方法最多可以使工作面溫度降低2～3 ℃，在深井中不足以消除熱害。因此，中國在該領(lǐng)域的研究還處于起步階段，尚未形成一支專業(yè)而系統(tǒng)的研究開發(fā)隊伍，也未形成一整套成熟的礦井降溫技術(shù)和完備的降溫設(shè)備。無論是設(shè)備市場占有率、研究水平或設(shè)備研制和開發(fā)力度，國內(nèi)都處于比較落后的水平[12]。

1.2 深部突出礦井瓦斯治理及利用中存在的問題

隨著煤炭開采逐漸向深部進(jìn)發(fā)，破壞性更大的復(fù)合型動力災(zāi)害逐漸顯現(xiàn)，深部煤層瓦斯?jié)舛雀?、煤層透氣性低，瓦斯?zāi)害越來越嚴(yán)重；同時隨著地溫的上升，深部礦井出現(xiàn)越來越嚴(yán)重的煤自燃災(zāi)害，煤與瓦斯共采矛盾越發(fā)凸顯[13]。另外，針對深部礦井復(fù)合動力災(zāi)害的防治技術(shù)及裝備發(fā)展緩慢。防治投入大，成本高，中國多數(shù)深部礦井仍采用國外技術(shù)，大多數(shù)主機、配件均需國外進(jìn)口，價格昂貴且運行費用高[14]。很多礦山面臨著嚴(yán)峻的安全形勢，經(jīng)濟效益與防治成本之間的矛盾顯著。深部煤層瓦斯賦存條件復(fù)雜，這使得瓦斯災(zāi)害發(fā)生的誘因也越來越多樣化，并出現(xiàn)與其他災(zāi)害復(fù)合發(fā)生的可能，煤層突出的可能性越來越大[15]。這不但給煤礦工人的生命及礦井財產(chǎn)安全造成巨大威脅，還嚴(yán)重制約著煤炭工業(yè)的發(fā)展。

瓦斯的抽采是瓦斯治理過程中的必要措施，一方面抽采瓦斯能夠顯著降低煤層瓦斯?jié)舛?，防止煤與瓦斯突出以及瓦斯的爆炸。另一方面，瓦斯作為一種具有優(yōu)越性能的清潔資源有著多種多樣的應(yīng)用方式。然而，現(xiàn)階段中國瓦斯抽采系統(tǒng)存在著諸如抽放系統(tǒng)位置不合理、監(jiān)測設(shè)備不健全等問題。另外，大部分礦區(qū)煤層賦存條件較為復(fù)雜，瓦斯抽采存在抽采濃度、抽采效率、抽采能耗等方面效果不理想等問題。

隨著開采深度的增加，礦井地溫逐漸升高，高溫?zé)岷χ饾u顯現(xiàn)，并成為深部礦井煤炭開采過程中最為常見的自然災(zāi)害，降低了煤炭開采的效率，威脅煤炭工人身體健康?，F(xiàn)階段，礦井常規(guī)的緩解熱害的方法主要是局部制冷措施，這顯然無法解決深部礦井日益嚴(yán)重的熱害問題，且該方法降溫范圍小、運行成本高，很難進(jìn)行大范圍的推廣及應(yīng)用。

2 深部突出礦井瓦斯治理抽采發(fā)電制冷閉環(huán)系統(tǒng)架構(gòu)

圖1 深部突出礦井安全、綠色、高效開發(fā)模式示意圖Fig.1 Schematic diagram of the safe,green and efficient development model of deep outburst mines

該研究根據(jù)首山一礦地質(zhì)條件與現(xiàn)有巷道布置情況，并結(jié)合平頂山礦區(qū)深部突出礦井地質(zhì)特征，進(jìn)行了瓦斯治理巷道層位優(yōu)選研究，建立了集底抽巷穿層鉆孔、本煤層順層鉆孔、高抽巷抽采采空區(qū)于一體的立體瓦斯綜合治理技術(shù)。其次，基于瓦斯抽采智能動態(tài)調(diào)控技術(shù)的分布式多源網(wǎng)絡(luò)化高效立體抽采系統(tǒng)，采用“一面多巷”立體抽采系統(tǒng)布置，構(gòu)建了地面抽采系統(tǒng)、井下采區(qū)抽采系統(tǒng)、移動抽采系統(tǒng)三者互為備用和相互轉(zhuǎn)換的聯(lián)網(wǎng)抽采方法，保證瓦斯抽采參數(shù)與負(fù)壓在線監(jiān)控并結(jié)合瓦斯抽采動態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行瓦斯抽采濃度的智能控制與主動控制，進(jìn)而實現(xiàn)了瓦斯精細(xì)化與高效抽采的統(tǒng)一優(yōu)化以及瓦斯的高效循環(huán)利用。最后，研究了瓦斯發(fā)電高效并網(wǎng)輸配方式，建設(shè)了首山一礦瓦斯發(fā)電站并網(wǎng)示范工程；分析了瓦斯抽采利用設(shè)備與瓦斯資源利用制冷系統(tǒng)的高效聯(lián)合工作機制，優(yōu)選礦井集中制冷技術(shù)方案，對礦井集中制冷降溫系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化；并對整套制冷系統(tǒng)進(jìn)行礦井制冷降溫效果測試及系統(tǒng)運行綜合分析，進(jìn)而完成瓦斯綜合治理與循環(huán)利用的有機結(jié)合與高效協(xié)同。首山一礦基于上述規(guī)劃進(jìn)行了系統(tǒng)工程設(shè)計，具體現(xiàn)場布置如圖2所示。

圖2 首山一礦安全綠色高效開發(fā)現(xiàn)場布局Fig.2 The layout field of Shoushan No.1 Mine for safe,green,and efficient exploitation

3 深部突出礦井安全高效綠色開發(fā)模式工程示范

3.1 首山模式下大采高單一低透突出煤層瓦斯綜合治理技術(shù)

首山模式下大采高單一低透突出煤層瓦斯綜合治理技術(shù)是在低位巷穿層鉆孔(水力沖孔)治理瓦斯掩護(hù)煤巷安全掘進(jìn)、順層鉆孔預(yù)抽回采區(qū)域煤層瓦斯掩護(hù)采面安全回采的基礎(chǔ)上，對“一面四巷”“一面五巷”“一面六巷”以及“一面七巷”的瓦斯治理布置方式進(jìn)行探索[16]，如圖3所示。在己15-12050工作面和己15-12090工作面采用“一面多巷”的區(qū)域治理模式，即在回采面分別布置抽放巷、煤巷、一條瓦斯高抽巷以及一條沿空掘巷。在實際生產(chǎn)中，采用穿層鉆孔(水力沖孔、水力造穴)的方法預(yù)抽煤巷條帶煤體瓦斯掩護(hù)采煤掘進(jìn)，使用封閉高抽巷的方法抽采采空區(qū)瓦斯并利用煤巷預(yù)抽回采區(qū)域煤層中的瓦斯。

圖3 “一面多巷”立體抽采系統(tǒng)布置示意圖Fig.3 Schematic diagram of “One side,Many lanes”three-dimensional extraction system

深部礦井工作面的“一面多巷”布置形式，針對單一突出煤層能夠做到“一面一策”，能夠有效改善礦井所面臨的瓦斯困境，進(jìn)一步提高工作面煤炭儲量，有利于工作面集中機械化生產(chǎn)，并顯著降低噸煤瓦斯治理成本以及萬噸掘進(jìn)率。首山一礦所有回采工作面現(xiàn)已實現(xiàn)順序開采，采掘接替正常。采面設(shè)計儲量由238.6萬t增至347.7萬t，瓦斯治理噸煤成本由原100.2～129.68元/t降低至85.11元/t，萬噸掘進(jìn)率由48.8 m/萬t降至36.6 m/萬t。

3.2 瓦斯分源網(wǎng)絡(luò)化立體抽采系統(tǒng)

通過底抽巷進(jìn)行瓦斯預(yù)抽、本煤層進(jìn)行順層鉆孔與水力造穴卸壓增透抽采、高抽巷解決采空區(qū)瓦斯大量涌入上隅角三位一體的分源網(wǎng)絡(luò)化立體抽采技術(shù)是提高工作面生產(chǎn)效率降低生產(chǎn)安全威脅的重要保障。

圖4為首山一礦瓦斯立體抽采綜合管路系統(tǒng)圖。瓦斯抽采綜合管網(wǎng)主要由地面抽采系統(tǒng)和各采區(qū)瓦斯管網(wǎng)組成且高低壓分離，實際運行中互為備用，從而實現(xiàn)預(yù)抽鉆孔高負(fù)壓低流量以及采空區(qū)低負(fù)壓大流量。以井下采面抽采管網(wǎng)為基礎(chǔ)、地面抽采系統(tǒng)為備用且二者可相互轉(zhuǎn)換的網(wǎng)絡(luò)化瓦斯抽采系統(tǒng)能夠有效保證回采工作面采面瓦斯抽采(高位巷抽采)需求，從而實現(xiàn)對不同性能抽放泵的充分利用，直接抽采并利用高濃度瓦斯并在井下抽采低濃度瓦斯并排空[17]。圖5為地面瓦斯抽放站。

圖4 瓦斯立體抽采綜合管路系統(tǒng)Fig.4 Integrated pipeline system of gas extraction

3.3 瓦斯抽采參數(shù)動態(tài)匹配技術(shù)

瓦斯抽采參數(shù)動態(tài)匹配技術(shù)是指瓦斯抽采系統(tǒng)具有自我診斷、自我調(diào)節(jié)、自我控制等能力，使系統(tǒng)能夠合理、節(jié)能、高效、安全地運行。通過對瓦斯?jié)舛鹊念A(yù)設(shè)值與實際監(jiān)測數(shù)值的比較，自動調(diào)節(jié)運行參數(shù)，保持抽采瓦斯?jié)舛确€(wěn)定，實現(xiàn)目標(biāo)濃度智能控制。

在實際的瓦斯抽采過程中，決定瓦斯抽采濃度的就是2個基本量，一是鉆孔內(nèi)的瓦斯涌出量，二是鉆孔漏氣圈漏入的空氣的量。在集裝箱式瓦斯抽采系統(tǒng)中，采用瓦斯管路濃度監(jiān)測裝置對整個系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測，最終選擇合適的泵參數(shù)[18]。監(jiān)控系統(tǒng)主要由遠(yuǎn)程主機、井下控制設(shè)備、井下感知機構(gòu)、動作執(zhí)行機構(gòu)等4部分組成，并根據(jù)其實現(xiàn)功能對其硬件進(jìn)行選型，通過編程實現(xiàn)其總體功效，設(shè)計出便于操作的控制界面，整個系統(tǒng)可實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，對管路的濃度、負(fù)壓、流量等在線監(jiān)測。瓦斯抽采參數(shù)動態(tài)匹配技術(shù)原理如圖6所示。

在實際應(yīng)用過程中，如圖7所示，泵站具備足夠的調(diào)節(jié)裕量使得工況達(dá)到最佳。目前共安裝6臺PGM-3-150型集裝箱式抽采泵，單臺額定流量150 m3/min,功率250 kW，電機最大轉(zhuǎn)速1 490 r/min。抽采泵可單臺、2臺或3臺并聯(lián)運行，管路抽采甲烷濃度30%以上。集裝箱式智能瓦斯抽采設(shè)備現(xiàn)場布置如圖7所示。瓦斯抽采的發(fā)展趨勢必然是智能化抽采，通過對瓦斯抽采狀態(tài)的監(jiān)測，自動比較瓦斯?jié)舛鹊念A(yù)設(shè)值與實際監(jiān)測數(shù)值，精確計算瓦斯殘存量并尋找最適宜的抽采參數(shù)進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，從而保持抽采瓦斯?jié)舛确€(wěn)定，實現(xiàn)目標(biāo)濃度智能控制。該裝備具有遠(yuǎn)程故障診斷、系統(tǒng)維護(hù)、系統(tǒng)升級更新的功能，相比水環(huán)真空抽放泵站節(jié)能30%，工作效率提高了48.6%，并能夠大范圍線性調(diào)節(jié)。

圖7 集裝箱式智能瓦斯抽采設(shè)備現(xiàn)場圖Fig.7 Container type gas extraction equipment

如圖8，9所示，集裝箱式瓦斯抽采泵開始運行以來，抽采濃度基本持續(xù)穩(wěn)定在10%以上，最高濃度57.2%，特別是己15-17-12090采面回采以來，抽采濃度持續(xù)穩(wěn)定在30%以上；平均流量34.2 m3/min，最高流量94.03 m3/min；日平均抽采量5.23×104m3，最高日抽采量1.627×105m3。己15-17-12090采面回采以來，日抽采量穩(wěn)定在8×104m3以上，2019年5月份以來日平均抽采濃度47.87%、日平均抽采量1.368×105m3。截至2019年12月底，首山一礦集裝箱式瓦斯抽采泵已經(jīng)累計抽采瓦斯7×107m3。

圖8 瓦斯抽采濃度與日抽采量Fig.8 Gas extraction concentration and daily volume

圖9 瓦斯抽采流量與混合流量Fig.9 Flow rate and mixed flow rate of gas extraction

3.4 瓦斯發(fā)電循環(huán)利用及并網(wǎng)輸配示范工程

隨著當(dāng)今社會對節(jié)能減排及環(huán)境保護(hù)的重視日漸增加，可持續(xù)發(fā)展逐漸成為能源應(yīng)用的主流觀念，當(dāng)下電力發(fā)展的主要發(fā)展方向已經(jīng)向更高效地利用瓦斯等可再生能源轉(zhuǎn)移。因此，瓦斯發(fā)電得到了越來越多的關(guān)注，各礦山瓦斯發(fā)電機組裝機容量逐年上升。發(fā)電并網(wǎng)瓦斯資源利用技術(shù)有著十分重要的意義。

首山一礦瓦斯發(fā)電站2014年5月開工建設(shè)，同年12月開始試運轉(zhuǎn)，2018年度進(jìn)行二期加裝機組及改造。采用勝動集團生產(chǎn)制造的燃?xì)獍l(fā)電機組。瓦斯發(fā)電站裝機容量為11臺700 kW機組，共7 700 kW。瓦斯發(fā)電機組如圖10所示。整套設(shè)備由瓦斯進(jìn)氣系統(tǒng)、柴油供給系統(tǒng)、空氣過濾系統(tǒng)、點火系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、發(fā)電機組控制系統(tǒng)組成。其電控混合技術(shù)、瓦斯與空氣先混合后增壓中冷技術(shù)、燃燒自動控制技術(shù)、柴油引燃發(fā)電技術(shù)，能保證機組有效適應(yīng)瓦斯?jié)舛群蛪毫Φ淖兓?/p>

圖10 瓦斯發(fā)電機組Fig.10 Gas generator set

如圖11所示，自2017年發(fā)電機組調(diào)試運行以來，日平均利用瓦斯8.77×104m3，日平均發(fā)電1.32×105kW·h。目前所發(fā)電量5×104kW·h供地面制冷站使用，其余返回工業(yè)廣場使用。

圖11 瓦斯發(fā)電站日發(fā)電量Fig.11 Daily electricity generated by the power station

瓦斯發(fā)電循環(huán)利用及并網(wǎng)輸配溝通串聯(lián)了上游瓦斯治理、瓦斯抽采及下游純電制冷深井熱害治理，將廢棄的瓦斯“變廢為寶”轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽┙o下游地面集中式降溫系統(tǒng)構(gòu)建了“以用促抽，以抽促安全”的良性循環(huán)，安全、經(jīng)濟、環(huán)保效益顯著。

3.5 瓦斯資源利用制冷技術(shù)及深井熱害治理

隨著開采深度的不斷延伸，礦井高溫?zé)岷⒃絹碓絿?yán)重。礦井熱害除受地面大氣狀態(tài)季節(jié)性變化影響外，還受礦井圍巖散熱、機電設(shè)備散熱、氧化熱及壓縮熱等各種熱源的影響[17]。瓦斯資源利用制冷技術(shù)是指采用地面集中式純電制冷模式對礦井熱害進(jìn)行治理，即地面集中式降溫系統(tǒng)匹配瓦斯發(fā)電系統(tǒng)，采用純電分級制冷的方式運行。

系統(tǒng)如圖12所示。地面集中式降溫系統(tǒng)基本實現(xiàn)全智能操控，通過制冷中心實現(xiàn)制冷機組互為調(diào)度切換、控制閥組自動連續(xù)切換、供給聯(lián)動、動態(tài)采集井上下設(shè)備數(shù)據(jù)、自動清理等功能。圖13為深井熱害治理現(xiàn)場。設(shè)備運行以來，在每個工作面對各巷道分支進(jìn)行溫度、濕度的動態(tài)監(jiān)控，表1為首山一礦己15-17-12120工作面各巷道監(jiān)控位置溫度、濕度的全年均值，各巷道溫降均超過5 ℃、相對濕度下降約為25%，降溫系統(tǒng)運行后，煤層各巷道均保持在相對舒適的環(huán)境，杜絕了人員中暑現(xiàn)象。井下工作環(huán)境得到顯著改善，杜絕了由于深井巷道溫度、濕度高于《煤礦安全規(guī)程》而造成的停產(chǎn)，保障了工作面的高效安全生產(chǎn)。

圖12 地面集中式降溫系統(tǒng)示意圖Fig.12 Schematic diagram of ground centralized cooling system

圖13 深井熱害治理現(xiàn)場Fig.13 Field of the heat treatment of deep mine

表1 己15-17-12120工作面各巷道制冷情況Table 1 Refrigerating conditions of each roadway

4 深部突出礦井安全高效綠色開發(fā)模式的發(fā)展展望

1)深部突出礦井安全高效綠色開發(fā)基礎(chǔ)性支撐技術(shù)與裝備。煤礦的安全高效綠色開發(fā)必須以大量的高性能、高可靠性、更清潔的技術(shù)與裝備為支撐，主要包括：礦井開發(fā)各部分之間的協(xié)同合作，建立礦井循環(huán)經(jīng)濟；繼續(xù)開發(fā)更可靠的深部突出礦井可視化及數(shù)值模擬軟件，提升采礦仿真模擬系統(tǒng)的性能，進(jìn)而為瓦斯治理、瓦斯抽采、瓦斯發(fā)電及高溫礦井制冷提供科學(xué)依據(jù)與方法支持，從根本上杜絕礦山生產(chǎn)中存在的安全問題。

2)研究統(tǒng)一的自動化控制方法。深部突出礦井安全高效綠色開發(fā)模式的基礎(chǔ)是礦井開采過程中多功能的協(xié)同統(tǒng)一，在對礦山各數(shù)據(jù)統(tǒng)籌分析的基礎(chǔ)上，將從關(guān)鍵采礦設(shè)備或單一系統(tǒng)的自動化向以采礦過程智能決策、瓦斯治理、瓦斯抽采、瓦斯發(fā)電及高溫礦井制冷各子系統(tǒng)協(xié)同工作為特點的安全高效綠色智能開發(fā)模式發(fā)展，進(jìn)而逐漸實現(xiàn)礦山的智能化。

5 結(jié) 語

作為煤礦“瓦斯”的煤層氣，長期以來是煤礦重特大事故的主要災(zāi)害源，主要包括瓦斯爆炸事故、煤與瓦斯突出事故。中國國有煤礦的46%為高瓦斯和煤與瓦斯突出礦井，瓦斯事故發(fā)生時會誘發(fā)冒頂、火災(zāi)或透水等次生事故，煤礦重特大事故中瓦斯事故比例極高。隨著近些年對瓦斯治理、抽采技術(shù)的不斷探索，煤層氣正變廢為寶作為一種新型能源而被廣泛利用，但仍然存在統(tǒng)籌規(guī)劃整體性缺乏、瓦斯高效利用自動化控制程度不高等關(guān)鍵技術(shù)薄弱問題。平煤神馬集團以瓦斯治理、瓦斯抽采、瓦斯發(fā)電、礦井制冷為架構(gòu)，以“一面多巷”瓦斯治理方略、瓦斯分源網(wǎng)絡(luò)化立體抽采與動態(tài)調(diào)控技術(shù)、瓦斯抽采利用設(shè)備與制冷系統(tǒng)的高效協(xié)同技術(shù)為基礎(chǔ)的深部突出礦井安全綠色高效開發(fā)新模式，增強了煤與瓦斯突出礦井及高瓦斯礦井的安全基礎(chǔ)，降低煤礦瓦斯安全事故的發(fā)生次數(shù)，有力地促進(jìn)礦井在防治煤與瓦斯事故方面的生產(chǎn)力水平，利于礦區(qū)社會環(huán)境的穩(wěn)定和保障人員的生命財產(chǎn)安全。為礦區(qū)的可持續(xù)發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)，為集團其他存在類似工程問題礦井提供技術(shù)支持，為國內(nèi)同類礦山提供有益的借鑒，具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益，對推動中國礦業(yè)安全發(fā)展具有積極意義。