高瓦斯礦井采煤工作面采前瓦斯抽采達標評判執行問題探討

孫炳興

(1.瓦斯災害監控與應急技術國家重點實驗室，重慶 400037； 2.中煤科工集團重慶研究院有限公司，重慶 400037)

我國煤礦瓦斯災害嚴重、瓦斯事故多發，是制約煤炭工業安全和可持續發展、影響全國安全生產狀況穩定好轉的主要矛盾和突出問題[1-5]。瓦斯抽采是煤礦瓦斯災害治理的根本途徑，而瓦斯抽采達標則是預防瓦斯事故的關鍵所在[6-8]。為了進一步促進瓦斯抽采工作，減少瓦斯事故的發生，做到“有要求、有途徑、有考核、有監督、有處罰”，國家有關部委于2011年聯合發布了《煤礦瓦斯抽采達標暫行規定》的部門規章。通過上述規章近10年的實施，并配合其他法規的執行，以及煤炭行業廣大企業的共同努力，全國瓦斯事故得到了有效遏制，瓦斯防治效果顯著提升[9]。但其為全國性的法規，面向全國不同生產條件的礦井，某些條款相對籠統[10]，僅規定了原則，因此不可避免會出現具體執行時有不同解讀及依據模糊的問題，尤其對高瓦斯礦井采煤工作面采前抽采達標評判問題尤為突出。

依據現行法規[11]，高瓦斯礦井采煤工作面瓦斯抽采達標評判主要分為采前瓦斯抽采達標評判和回采期間瓦斯抽采達標驗證或評價兩部分。其中，回采前的抽采達標評判是保障工作面安全回采的基礎和關鍵，故而其評判執行過程是否得當就顯得尤為重要。筆者結合煤礦現場生產實踐，針對高瓦斯礦井采煤工作面采前瓦斯抽采達標評判在執行過程中遇到的若干問題進行探討與分析，對具體執行提出自己的理解與認識，為類似條件下評判執行及現場管理提供有益借鑒，同時也為今后相關法規的修訂提供參考。

1 特殊條件下采前預抽必要性

1.1 問題的提出

根據《煤礦瓦斯抽采達標暫行規定》第三條：應當進行瓦斯抽采的煤層必須先抽采瓦斯，抽采效果達到標準要求后方可安排采掘作業；第七條：一個采煤工作面絕對瓦斯涌出量大于5 m3/min，必須進行瓦斯抽采。依據《煤礦瓦斯等級鑒定辦法》[12]，礦井中一個采煤工作面絕對瓦斯涌出量大于5 m3/min，可以判定此礦井為高瓦斯礦井。因此，高瓦斯礦井采煤工作面需瓦斯抽采達標后方可安排回采作業。

我國煤礦分布范圍廣、煤層瓦斯賦存條件差異性較大、開采及抽采技術條件也不同，存在很多回采煤層原始瓦斯含量較低但因回采強度較大致使其回采期間瓦斯涌出量大于5 m3/min的采煤工作面[13-15]。由于上述工作面回采煤層瓦斯含量較低，對其實施煤層瓦斯預抽意義不大。工作面回采期間僅依靠通風并輔助其他瓦斯治理措施可確保回風風速及瓦斯濃度控制在《煤礦安全規程》規定范圍內。例如地處新疆的屯寶煤礦Ⅰ011502工作面，所采煤層原始瓦斯含量3～4 m3/t，工作面回采前未采取預抽措施，回采期間最大產量7 400 t/d，最大瓦斯涌出量8.78 m3/min，主要依靠風排、高位鉆孔和回風隅角插管抽采等措施，回風瓦斯濃度和風速均不超限，實現了工作面安全回采。類似的工作面還有堿溝煤礦01+04694301工作面，烏東煤礦5754501工作面、南區+425 m水平B3-6工作面，寬溝煤礦E1122工作面，神華烏海能源公司黃白茨煤礦020901工作面等。

當前，不少地方監管部門要求高瓦斯礦井回采工作面必須執行預抽措施，抽采達標后方可安排回采作業。對上述所列工作面實施煤層瓦斯預抽措施，不但預抽效果得不到保證，而且大大增加了礦井生產成本。這種特定條件下的回采工作面執行采前預抽的要求就顯得不科學。因此，特定條件下高瓦斯礦井采煤工作面采前實施預抽措施的必要性還需要進行論證分析。

1.2 對策及建議

在現行法規下，對特定條件下采煤工作面采前瓦斯抽采達標評判，可采用如下方式進行：

1)在工作面準備期間，測定回采區域煤層的原始瓦斯含量，預測工作面回采期間的瓦斯涌出量。

2)在充分掌握煤層瓦斯地質的情況下，參照本礦井鄰近或類似工作面開采瓦斯涌出及治理情況，分析工作面回采期間瓦斯涌出量采用合理措施完全可以解決的可行性。

3)根據上述測定及分析，結合工作面日產量與煤層可解吸瓦斯含量達標判定值的規定，綜合分析、論證對工作面煤層瓦斯進行預抽的必要性。為了確保預抽必要性論證結論的客觀、合理，建議煤礦企業委托具有一定技術實力的科研機構或第三方中介機構。無必要預抽的工作面，則應嚴格執行工作面回采期間達標驗證或評價。

筆者建議，將《煤礦瓦斯抽采達標暫行規定》第三條調整為“按照本規定應當進行瓦斯抽采的煤層必須實施抽采瓦斯措施；必須進行預抽的煤層，抽采效果達到標準要求后方可安排采掘作業”。第七條對必須進行瓦斯抽采，并實現抽采達標的條件補充、增加為“……一個采煤工作面絕對瓦斯涌出量大于 5 m3/min 或者一個掘進工作面絕對瓦斯涌出量大于 3 m3/min，用通風方式解決不合理的；……采掘期間工作面瓦斯涌出量采用合理治理方式無法解決的，應當對采掘區域的煤層瓦斯實施預抽措施”。

2 預抽條件下采前達標評判

通過多年煤礦現場實踐、資料查閱和現場調研，對高瓦斯礦井采煤工作面預抽條件下采前瓦斯抽采達標評判在執行過程中遇到的主要問題進行闡述及分析，以便提出合理的對策及建議。

2.1 問題的提出

1)預抽鉆孔有效控制范圍評價

《煤礦瓦斯抽采達標暫行規定》第二十七條，預抽鉆孔有效控制范圍應能控制工作面整個回采區域。高瓦斯礦井采面預抽鉆孔一般在工作面巷道一側布置，對工作面回采區域的煤層瓦斯進行預抽。為了確保預抽效果，鉆孔終孔一般距離工作面另一側巷道一定距離，如圖1所示。這樣工作面回采區域內存在預抽鉆孔布孔的空白區域，對此空白區域是否合理及區域大小界定是達標評判執行時經常遇到的問題。

圖1 工作面預抽鉆孔布孔空白區示意圖

圖1中L1、L2、L3分別為工作面回采范圍內預抽鉆孔空白帶寬度；R1、R2、R3分別為所處位置預抽鉆孔有效抽采半徑，其中，R2為鉆孔終孔所處位置最小有效抽采半徑；D1、D2為所處巷道暴露煤壁暴露時間內巷道預排等值寬度。若圖1中的預抽鉆孔布孔空白區處于巷道預排瓦斯寬度范圍內或預抽鉆孔有效控制區域內，也即L1≤R1+D1，L2≤R2+D2，L3≤R3，則圖1中鉆孔布孔“空白帶”是合理的。

對于高瓦斯礦井采煤工作面，可以允許在抽采圖紙層面存在一定的“空白帶”。若在鉆孔實際竣工圖上發現有空白帶不加分析就評判鉆孔控制范圍不滿足要求，判定抽采不達標就顯得過于草率。

2)抽采時間均衡性評價

根據《煤礦瓦斯抽采達標暫行規定》第二十七條，將預抽時間差異系數小于30%的區域劃分為一個評價單元，計算公式如下：

(1)

式中：η為預抽時間差異系數；tmax為預抽時間最長的鉆孔抽采時間，d；tmin為預抽時間最短的鉆孔抽采時間，d。

在煤礦生產現場，為了縮短瓦斯抽采達標時間，常常采用雙向預抽鉆孔布置，即在工作面進、回風巷分別施工上、下向鉆孔進行超前預抽。此外，為了增加部分區域預抽效果，對重點區域補打密集抽采鉆孔。因巷道施工順序不同導致上、下向鉆孔施工時間不同，鉆孔采前抽采期可能差別較大，而補打鉆孔差別將更大。工作面補打的密集鉆孔往往是根據實際抽采情況而采取的必要且可靠的補充措施。在這種情況下，采用式(1)對工作面采前預抽鉆孔抽采時間均衡性進行評價及評價單元劃分又將遇到問題。

工作面預抽鉆孔布置如圖2所示。

圖2 工作面預抽鉆孔布置示意圖

采用雙向鉆孔布置往往比單向鉆孔布置的抽采達標所需時間較短，而雙向鉆孔按照式(1)計算，則存在無法劃分評價單元的可能性。例如按圖2，先后在工作面回、進風巷滯后掘進工作面一定距離同步施工預抽鉆孔并及時接抽。設定抽采鉆孔施工功效和巷道掘進速度相同，均由終采線向開切眼方向掘進及施工鉆孔；工作面回、進風巷施工時間間隔 1年，施工工期6個月，工作面準備完畢6個月即計劃開始回采。根據式(1)，雙向預抽鉆孔抽采時間差異系數η=[(912-182)/912]×100%=80%；回風巷預抽鉆孔抽采時間差異系數η1=[(912-730)/912]×100%=19.9%；進風巷預抽鉆孔抽采時間差異系數η2=[(365-182)/365]×100%=50%。由于回風巷所有預抽鉆孔的抽采時間均大于進風巷預抽鉆孔，因此，若把上、下行鉆孔抽采時間統一計算，則工作面任一區域預抽鉆孔抽采時間差異系數將均大于50%。

在工作面計劃回采時，由于無法劃分評價單元，只有繼續預抽，待抽采時間差異系數降低到規定值后，方可啟用抽采達標評判下一步程序。這樣既不科學，也不符合煤礦生產實際。此外，對于后期由于抽采需要而補打的密集鉆孔，則鉆孔抽采時間差異系數將可能更大。

3)評價參數測定布孔數量

《煤礦瓦斯抽采達標暫行規定》第二十六條，對劃定的評價單元應實測預抽瓦斯效果指標并根據指標測定結果進行評價。法規中對突出煤層評價參數現場測定點進行了詳盡的規定與要求，而高瓦斯礦井則沒有具體說明。這樣就給評判參數測點的布孔方式及布孔數量提供了很大的自由度，例如有的參照突出煤層，有的根據現場隨意確定。因此，評判參數測定點布孔成為了達標評判執行過程中需要進一步考究的問題。

評價參數測定是工作面采前瓦斯抽采達標評判最重要的環節。若取樣點參照突出煤層，則評價參數測定點數量過多，不利于煤礦現場實際生產。若取樣點偏少或取樣位置存在偏差，往往影響評判結論，容易導致工作面回采期間發生瓦斯事故。例如有的礦井測點布置隨意性很強，基于現場施工方便取樣點位置僅位于工作面的一側區域，另一側區域無測點。這樣的測定結果一般無法代表整個工作面的預抽情況。因此，評判參數布孔應既能代表評價單元瓦斯抽采的整體情況，又能抽檢到抽采最薄弱區域，確保評判結論客觀、真實。

4)采前評判指標選取

《煤礦瓦斯抽采達標暫行規定》第二十六條，預抽瓦斯效果評價指標為殘存瓦斯壓力或殘存瓦斯含量。若選用殘存瓦斯壓力作為評判指標，由于受預抽鉆孔的影響，瓦斯壓力測定結果影響因素較多，則評判參數測定結果存在失真的可能性較大，從而可能導致評判結論不當。因此，工作面采前評判指標的選取是否得當將對評判結論產生直接影響。

工作面區域布置了大量預抽鉆孔并進行了長時間的預抽，由于預抽鉆孔的影響，殘存瓦斯壓力測定結果往往準確度較差。另外，瓦斯壓力測點存在布置困難(無頂底板巷道，順層測壓孔難以滿足測點布孔要求)和測定周期長等缺點。采用瓦斯壓力來計算瓦斯含量需測定多個參數，產生誤差的環節也較多。

2.2 對策及建議

1)抽采鉆孔竣工圖上的空白帶處于巷道預排瓦斯寬度范圍內或預抽鉆孔有效控制區域內，則可認為工作面鉆孔控制范圍滿足要求。

2)針對工作面采用雙側鉆孔布置，只要一側抽采鉆孔按設計要求均勻覆蓋工作面回采區域，則鉆孔抽采時間差異系數取一側即可。基于后期補打的密集鉆孔一般為工作面瓦斯抽采的補充措施，在工作面采前抽采時間均衡性評判時可暫不考慮。

3)參照突出煤層鑒定測點布置要求，評判參數測點應在同一評價單元內走向上不少于3個，傾向方向上不少于2個。在煤層原始瓦斯含量較高或預抽效果較差區域必須布置測點，地質構造復雜區域應適當增加測點。

4)選用煤層瓦斯含量作為工作面采前瓦斯抽采達標評判指標，并采用直接法測定。

3 采前達標評判執行流程

1)特定條件下：在工作面回采前測定煤層原始瓦斯含量的基礎上，對煤層實施預抽措施的必要性進行論證分析。無必要預抽的，則應嚴格執行工作面回采期間達標驗證或評價。

2)預抽條件下：首先，應對瓦斯抽采基礎條件進行評價；其次，對工作面預抽鉆孔布孔方式進行評價；然后，根據預抽鉆孔抽采時間均衡性劃分評價單元。為了減少因不達標而導致多次測定評判參數，可通過抽采計量數據計算評價單元內預抽效果達到預期值后，再開展抽采評判參數現場測定。最后，根據抽采評判參數測定結果，對工作面采前瓦斯抽采達標進行綜合評判。

建議高瓦斯礦井采煤工作面采前瓦斯抽采達標評判執行流程如圖3所示。

圖3 高瓦斯礦井采煤工作面采前瓦斯抽采達標評判執行流程圖

4 結語

礦井瓦斯災害是可防、可控、可治的，要想更好地進行瓦斯災害防治，就必須做好瓦斯抽采工作。基于高瓦斯礦井采煤工作面采前瓦斯抽采達標評判現場實際執行情況，探討并分析了實施過程中遇到的各種問題，提出了解決問題的對策與建議，進一步規范了高瓦斯礦井瓦斯抽采達標評判執行流程，可為類似條件下礦井采煤工作面瓦斯抽采達標評判執行及現場管理提供有益借鑒。