下保護層開采對被保護層卸壓增透的現場應用

【摘要】新集一礦2813采區13-1煤煤層瓦斯壓力大、瓦斯含量高。具有突出危險性，利用開采保護層對13-1煤層產生卸壓增透作用，在被保護層281316工作面底板瓦斯抽采巷布置穿層鉆孔進行抽采卸壓瓦斯，通過比較卸壓前后13-1煤層的各項參數表明，開采保護層與穿層鉆孔的抽采使281316工作面13-1煤消除了突出危險性。

【關鍵詞】保護層開采 卸壓增透 現場應用

1工作面概況

保護層工作面281110位于二水平八采區東翼，是八采區11-2煤層設計的第三個工作面。工作面開采機巷標高-578.7m～-598.5m，風巷-519.3m～-547.8m。281110保護層工作面范圍內11-2煤與上覆被保護層13-1煤層平均間距為74.43m。13-1煤層全層厚度4.31～10.11m，平均全層厚度7.21m;13-1煤層與13-1下煤層分層夾矸厚度0～3.3m，平均厚度1.77m，煤層傾角平均20°。對13-1煤層進行瓦斯基礎參數測試，測試表明原始瓦斯壓力為1.7MPa，原始瓦斯含量為10.01m3/t。

2鉆孔方案設計

2.1穿層鉆孔布置

281316工作面瓦斯抽采鉆孔布置：在281316底板巷中每60m在巷道兩幫各布置一組鉆場，鉆場間距15m。施工穿層鉆孔對上覆13-1煤進行瓦斯抽采，每個鉆場施工24個鉆孔，鉆孔終孔半徑20m，每個鉆孔施工至13-1煤頂板不小于1m位置。鉆孔布置剖面圖如2-1所示。

2.2封孔

按照“囊袋”封孔工藝進行封孔。孔口封孔套管全孔下置管徑DN73mm的鐵套管;工作面過斷層、構造等地質條件較差，易造成鉆孔垮塌時，全孔下置管徑DN73mm鐵套管（前端 1/3段為篩孔管）以確保封孔及抽采效果。封孔管留出煤壁100mm為宜。鉆孔封孔長度不小于10m，根據現場情況可適當增加鉆孔注實深度，確保鉆孔不漏氣。

3卸壓增透效果分析

3.1煤層瓦斯抽采效果

281316底板瓦斯抽排巷穿層鉆孔預抽13-1煤層瓦斯，鉆孔布置均勻，無空白帶。穿層鉆孔控制范圍走向長約756m，傾向長約202m。13-1煤層平均厚度7.21m，煤層平均傾角20°，煤層原始瓦斯含量10.01m3/t，煤層容重1.43m3/t。穿層鉆孔預抽區域煤層瓦斯儲量為：

W=長×寬×煤厚×煤層瓦斯含量×容重/cos（20°）=730×190×10.01×1.43/cos（20°）≈1523萬m3

預抽區域煤層瓦斯儲量約為1523萬m3。自2011年9月在281316工作面底板巷施工13-1煤層抽采鉆孔并開始進行瓦斯預抽，281110工作面于2011年11月至2012年6月回采，至2013年11月累計抽采13-1煤層瓦斯1308萬m3，抽采率達85.9%，抽采效果顯著。

3.2煤層瓦斯壓力及含量變化考察

在保護層開采之前測定：2813采區13-1煤層原始瓦斯壓力為1.7MPa，原始瓦斯含量為10.01m3/t。保護層工作面開采后，被保護層產生卸壓變形，形成大量的空隙及裂隙網絡大量導通，煤層透氣性大大增加，通過281316底板巷穿層鉆孔瓦斯抽采后，實測殘余13-1煤層的殘余瓦斯壓力最大值為0.16MPa、殘余瓦斯含量最大值為3.19m3/t。煤層瓦斯壓力和瓦斯含量均降到突出危險指標以下，從而消除了13-1煤突出危險性。

3.3煤層透氣性考察

通過穿層鉆孔測定13-1煤層透氣性系數，該方法需要打鉆時測定煤層的原始瓦斯壓力、卸壓后的鉆孔瓦斯自然流量及測定煤層的瓦斯含量系數。通過鉆孔徑向不穩定計算公式來進行煤層透氣性系數計算，測算出13-1煤層透氣性系數為0.05718m2/MPa2·d，煤層屬于難以抽采煤層。

保護層11-2煤開采后，被保護層13-1煤產生卸壓變形，原有的裂隙進行延伸擴展且產生大量新的空隙裂隙并相互聯通形成裂隙網絡，卸壓增透后在13-1煤層受保護區域的透氣性系數增加到33.8899m2/MPa2·d，透氣性提高了591倍。

3.4煤層頂底板膨脹變形

采用深部基點法測定煤層頂底板相對變形，變形鉆孔施工時要進入煤層頂板1.0m。鉆孔見煤后2.0m，實測最大膨脹變形量103mm，最大相對變形ε為10.1‰，遠超于《防治煤與瓦斯突出規定》中臨界值3‰，變形量大說明煤體中產生了大量的裂隙，進一步起到消除13-1煤層突出危險性的作用。

4結語

（1）通過281316底板巷進行合理的鉆孔參數布置，進行穿層鉆孔抽采13-1煤卸壓增透的被保護層，抽采出大量瓦斯，降低被保護層瓦斯含量和瓦斯壓力。

（2）采用“囊袋”封孔工藝進行封孔后，未出現漏氣或者測試的瓦斯參數失效情況，說明該封孔方式適用于本礦穿層鉆孔封孔。

（3）通過保護層11-2煤的開采，被保護煤層13-1煤瓦斯透氣性增大、煤層卸壓膨脹變形達到10.1‰，說明被保護層產生卸壓增透作用，產生大量裂隙并形成裂隙網絡。

參考文獻：

[1]煤礦安全規程.煤炭工業出版社，2011.

[2]《防治煤與瓦斯突出規定》讀本.煤炭工業出版社，2009.

[3]石必明.保護層開采覆巖變形移動特征及防突工程應用實踐[M].北京：煤炭工業出版社，2008.

作者簡介：邢紅旗（1975.04-）男，大學本科學歷，地質工程師，工程碩士研究生，主要從事礦井地質、瓦斯地質等技術和研究工作。