掷出“金箍棒”“瓦斯虎”变“羔羊”——五阳煤矿“地质 瓦斯 顶板”三位一体管控体系治理瓦斯

井下“瓦斯”素有“气老虎”之称，足见其对煤矿安全生产的危害之大。五阳煤矿2017年以来采掘活动逐步往深部延伸，瓦斯涌出量、瓦斯压力、地应力逐步增大，掘进工作面重大安全风险的各项参数均居集团首位，是制约该矿矿井战略发展的突出问题之一。

面对复杂地质条件下高瓦斯、高地应力区掘进工作面重大风险源系统治理难题，具有拼搏、创新、奉献精神的五阳人，面对困难不徘徊、不退缩，运用精益思维，大力实施技术创新攻关，披荆斩棘攻坚克难，通过精益改善，构建起了“地质、瓦斯、顶板”三位一体管控体系，分别从管理、技术两条线形成相应体系，实现了近6000米高瓦斯高地应力煤巷的安全高效掘进，探索出了一套具有五阳特色的掘进工作面瓦斯治理精益化管理的新路径。

精益改善寻路径  

五阳煤矿3#煤层属全集团抽采条件最差煤层，煤层瓦斯解吸速度慢，且60-70%的瓦斯为粉碎解吸量，直接导致抽采钻孔单孔抽采量低；地应力大，且复杂多变，钻孔成孔后易塌孔，抽采区域地应力难以释放、抑制瓦斯解吸，导致抽采钻孔单孔抽采量衰减快。采掘地质条件复杂，掘进期间受地应力影响严重，巷道收敛明显，极易造成煤体瓦斯的瞬间释放，造成掘进工作面瓦斯管理难度进一步增大。

一系列难题，亟待破解。五阳煤矿面对瓦斯治理难题，迅速采取校企联合、以我为主的方式进行提前布局，结合现场“瓶颈”，反复深分析、研究、论证查症结、找规律，实施精益改善，优化管控措施，提出了“地质、瓦斯、顶板”三位一体管控体系。该管控体系是基于在工程实践的基础上，建立的“双流程管控法”，包括“降、泄、缓、固、监”技术流程及“地质保障、变化响应、跟进保障”管理流程，在多个地点的掘进过程中，试验以多参数循环预测、措施重叠推进式隔离屏障、短掘短支浅进式过构造、穿煤层为主要内容的管控模式，配套多种煤体卸压增透新技术，建立残余瓦斯压力、残余瓦斯含量、钻屑减吸指标、煤体膨胀变形量、煤层含水率、围岩变形量为主的多项效果检验指标，力求运用“地质、瓦斯、顶板”三位一体管控体系这个“金箍棒”，让“瓦斯虎”变“羔羊”。

流程管控“三联动”

五阳煤矿依托“地质、瓦斯、顶板”三位一体管控体系，实施流程管控，以地质保障、变化响应、跟进保障“三联动”，打好瓦斯治理精益管理“组合拳”。

地质保障，就是在掘进迎头前方构造探测的基础上，通过抽采钻孔、泄压钻孔、物探等多种手段进行反复研判巷道两侧50米范围内的隐伏构造，遇异常针对性采取相应措施。变化响应，通过瓦斯监测系统、微震监测系统、巷道位移综合测站、现场施工人员实时跟踪等方式实时监测地质条件变化、瓦斯异常变化、顶板破碎变化、巷道形变变化，地测科、瓦斯研究室、通风科、生产科、工程管理科五部门实时跟进，分源研判变化。跟进保障，以工程施工为重点，对每组钻孔的开孔角度、钻孔轨迹抽检，从打钻源头控制钻孔覆盖预抽煤体区域不留空白区；实施“穿层钻孔施工反溯管理制度”，钻孔验收进尺与浓度挂钩、进尺与工资挂钩，倒逼施工队组严格钻孔施工质量；引进煤体增透设备，增加钻机数量、优化施工组织，保证穿层钻孔的施工进度。以工程验收为关键，安装打钻视频监控系统，对打钻过程全程录像，对退钻杆进行验收，并利用检查、跟班、抽检、巡查等对钻孔和管路延伸抽查和验收，对封孔、并网、在线计量装置的安装多部门联合验收，开展人工测量与在线计量的相互验证，确保抽采计量的连续性和准确性。以工程评判为依据，钻孔工程完成后，措施效果评价执行“预期达标评估”和“实测指标评判”两步核准机制，区域措施效果检验达标后，进入下一步措施环节。

技术管控“五连发”

五阳煤矿在实施“地质、瓦斯、顶板”三位一体管控体系中，通过技术精益改善，按照“煤体区域增透抽采—煤层、围岩区域泄压—掘进期间巷道轮廓线外煤体加固—掘进期间局部措施管控”的总体思路，实施了“降、泄、缓、固、监”五个流程管控。

“降”，采取底抽巷穿层钻孔区域抽采技术、千米钻机长距离穿层钻孔替代底抽巷技术区域措施降低瓦斯含量及压力。“泄”，运用大宽幅边掘边抽煤层区域泄压技术、顶板围岩水力压裂技术，全面降低掘进区域煤层、围岩地应力。“缓”，通过水力加砂压裂、水力造穴技术，支撑裂缝、缓冲裂缝闭合，延长泄压时间，改善瓦斯赋存环境，使之具备可抽采性，抵消远端高地应力的传递。 “固”，通过日常支护效果监测技术、带压注浆速凝技术，在支护边界、破碎区域进行加固支护。“监”，实施主动示踪瞬变电磁监测、微震监测、围岩变形量监测、瓦斯参数日常瓦斯、地应力监测，对打钻期间遇到异常现象，预判掘进前方的异常区域，针对性采取措施，做到超前预判、预控、实时评判治理效果。

实践改善破难题

实践出真知,斗争长才干。五阳煤矿“地质、瓦斯、顶板”三位一体管控体系在井下现场的成功运用，破解了复杂地质条件下高瓦斯、高地应力区掘进工作面重大风险源系统治理难题，实现了高瓦斯高地应力煤巷的安全高效掘进。

该矿在采取7612运输巷、7612回风巷等掘进工作面巷道过高应力区、薄煤层区、构造异常区时，采取煤层大宽幅抽采、泄压+煤层注水+顶板围岩压裂+局部支护注浆补强+长钻孔应力形变监测+主动示踪瞬变电磁监测技术管控后，提前探明地质异常3次，掘进期间单排围岩动力事件由掘进一排20至30次降至3至5次，瓦斯涌出量降低30%，每分钟控制在5至7方，基本杜绝围岩震动造成的瞬间瓦斯涌出现象和巷道极速收敛现象。目前该技术服务于高瓦斯高地应力区域巷道5800米，未发生煤壁片帮、瞬间收敛、瓦斯异常涌出现象。

精益改善永无止境。目前，五阳煤矿为进一步提升三位一体管控措施效果，在精益管理中大力弘扬算账文化，持续推进精益改善，正在实施顶板围岩周期性脉动式水力压裂技术、研制水力造穴洞穴专用筛网、研发基于孔内岩性识别的顶板关键层判别技术、基于热动力学基础的瓦斯抽采工艺再突破、推行“底抽巷千米钻机定向穿层区域预抽瓦斯治理”新工艺等六项精益改善，其中，顶板围岩周期性脉动式水力压裂技术已经实施完成，进一步提升了压裂效果、压裂范围，单次压裂费用由5.7万降低至0.7万，四棱全尺寸热处理高效排渣钻杆已经投入使用，进一步提升了地质探测孔、抽采钻孔的施工精度，掉钻率由每万米200根降低至了50根，其余思想精益改善项目正在有序推进，我们相信，五阳煤矿“地质、瓦斯、顶板”三位一体管控体系必将在不断精益改善中再次点亮“精益火花”，推动瓦斯治理的再次“换挡升级”。

（文 程志强 李思齐）

责任编辑：崔婷婷