孫京

摘 要：開采保護(hù)層在煤礦開采過(guò)程中證明是防治煤與瓦斯突出的一種可靠的措施，保護(hù)層開采結(jié)合被保護(hù)層的卸壓瓦斯抽采已成為我國(guó)煤礦優(yōu)先推廣的一種區(qū)域性瓦斯治理技術(shù)。在東于煤礦保護(hù)層工作面開采時(shí)，結(jié)合回采計(jì)劃和現(xiàn)有的巷道布置，合理的布置底板穿層鉆孔攔截下覆煤層卸壓瓦斯，將有助于解決保護(hù)層工作面回采過(guò)程中的瓦斯管理問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：上保護(hù)層開采；穿層鉆孔；瓦斯抽采

一、上保護(hù)層工作面底板穿層鉆孔的抽采機(jī)理

煤層中瓦斯的賦存狀態(tài)一般有吸附狀態(tài)和游離狀態(tài)兩種。固體表面的吸附作用可以分為物理吸附和化學(xué)吸附兩種類型，在被吸附瓦斯中，通常又將進(jìn)入煤體內(nèi)部的瓦斯稱為吸收瓦斯，把附著在煤體表面的瓦斯稱為吸著瓦斯，吸收瓦斯和吸著瓦斯統(tǒng)稱為吸附瓦斯。在煤層賦存的瓦斯量中，通常吸附瓦斯量占80%—90%，游離瓦斯量占10%—20%；在吸附瓦斯量中又以煤體表面吸著的瓦斯量占多數(shù)。在相同體積應(yīng)變條件下，空隙率大、原始滲透性好的煤體，滲透率的變化率?。豢紫堵试叫?，滲透率的變化幅度就越大[1]。

而東于礦的原始煤體的孔隙率較低，因此，向下覆煤層施工鉆孔，可以促使煤體卸壓，并抽采瓦斯，使煤體發(fā)生形變，煤體滲透率得到提高，從而取得較好的瓦斯抽采效果。在回采工作面的下覆煤層中，在煤體中施工底板穿層鉆孔以后，平衡狀態(tài)遭到破壞，應(yīng)力會(huì)重新分布，煤體的滲透性、瓦斯壓力隨之變化，這些變化直接影響煤體中瓦斯的運(yùn)動(dòng)，抽采鉆孔周圍的滲透率隨有效應(yīng)力的變化而變化，當(dāng)煤體中某點(diǎn)壓差超過(guò)滲流啟動(dòng)壓力時(shí)，瓦斯開始向鉆孔流動(dòng)，吸附瓦斯解析為流離瓦斯補(bǔ)充流走的瓦斯，同時(shí)更遠(yuǎn)處的瓦斯也緩慢向該點(diǎn)擴(kuò)散。瓦斯抽采作用使煤體固體骨架發(fā)生相對(duì)收縮，裂隙更大，抽采影響區(qū)域煤體滲透率逐漸增加。在破碎區(qū)邊緣的煤體，由于負(fù)壓的作用瓦斯在不斷解吸滲流的過(guò)程中，鉆孔破碎區(qū)的范圍會(huì)不斷擴(kuò)大，向煤體內(nèi)部延伸[2]。

在上保護(hù)層工作面開采之后，底板巖煤層產(chǎn)生底鼓和卸壓變形，并在卸壓巖煤層中產(chǎn)生裂隙，使透氣性增加，從而形成了下覆被保護(hù)層卸壓瓦斯的“解吸-擴(kuò)散-滲流”流動(dòng)條件，此時(shí)，上保護(hù)層工作面施工的底板穿層孔可以有效的將下覆煤層卸壓瓦斯有效抽采出來(lái)。

二、東于煤礦03302回采工作面下鄰近層瓦斯抽采及攔截卸壓瓦斯鉆孔設(shè)計(jì)

03302工作面位于03#煤，03煤層位于山西組中上部，煤層厚度1.4-2.0m，平均1.72m；底板為細(xì)砂巖、泥巖。03#煤層下覆2#、4#煤層距離03#煤層間距分別為7.1m、18.8m。南臨03301工作面（已收作）；北臨03303工作面（備采工作面）。工作面走向長(zhǎng)760m，傾斜長(zhǎng)240m。03煤層瓦斯含量為：7.04m3/t。03302工作面回采期間的瓦斯主要來(lái)源為：本煤層開采過(guò)程中煤體釋放的瓦斯、本工作面后方采空區(qū)遺煤涌出的瓦斯、及下鄰近煤層2#、4#煤層釋放的瓦斯。

工作面下覆鄰近層瓦斯治理初始方案為：②底板穿層鉆孔抽采下鄰近層瓦斯，從工作面回風(fēng)順槽向下鄰近層施工內(nèi)錯(cuò)穿層鉆孔抽采下鄰近層卸壓瓦斯。每40m設(shè)計(jì)一組鉆孔，每組施工4個(gè)鉆孔，鉆孔終孔間距為40m，鉆孔進(jìn)入4#煤層底板0.5m終孔，鉆孔控制范圍為03302回風(fēng)順槽向里80m區(qū)域，鉆孔孔徑94mm，鉆孔長(zhǎng)度55m-105m，共計(jì)施工20組，累計(jì)80個(gè)鉆孔，總孔深為6873.8m?；仫L(fēng)順槽鋪設(shè)φ325mm抽采支管，利用地面系統(tǒng)抽采。

初期在03302回采工作面膠帶巷鉆場(chǎng)施工下鄰近層穿層鉆孔抽采卸壓瓦斯，但當(dāng)工作面推進(jìn)至底板鉆場(chǎng)位置時(shí)抽采鉆孔被破壞，鉆孔控制范圍變小，抽采計(jì)量數(shù)據(jù)顯示此時(shí)回風(fēng)順槽底板孔已經(jīng)對(duì)鄰近層瓦斯不起作用，工作面后方采空區(qū)下鄰近層的卸壓瓦斯大量涌入采空區(qū)和工作面，工作面、上隅角和回風(fēng)順槽的瓦斯?jié)舛壬仙?，不但增加了瓦斯管理難度，而且嚴(yán)重制約了生產(chǎn)。此時(shí)靠通風(fēng)風(fēng)排已不能解決瓦斯問(wèn)題，必須通過(guò)穿層鉆孔攔截下鄰近層釋放的大量瓦斯。為了實(shí)現(xiàn)下鄰近層煤體卸壓瓦斯連續(xù)抽采，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查在現(xiàn)有瓦斯治理空間下，03302工作面進(jìn)風(fēng)順槽沒(méi)有條件施工底板穿層孔，可以在03303進(jìn)風(fēng)順槽施工下鄰近層穿層鉆孔，能解決目前存在的問(wèn)題。現(xiàn)場(chǎng)03302膠帶巷與03303膠帶巷間凈煤柱為15m，具備施工鉆孔條件，于是在03303膠帶巷先施工了一組下鄰近層穿層鉆孔進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)鉆孔累計(jì)施工了15個(gè)，鉆孔終孔間距按20m控制，全部合茬抽采后最大抽采純量達(dá)到了8.8m3/min，效果較為明顯。因試驗(yàn)成功，決定在03303膠帶巷每80m施工一組下鄰近層穿層鉆孔，在工作面未推進(jìn)至鉆孔覆蓋區(qū)域前可以提前預(yù)抽，在工作面推過(guò)下鄰近層鉆孔覆蓋區(qū)域時(shí)可實(shí)現(xiàn)對(duì)下鄰近層卸壓瓦斯進(jìn)行連續(xù)抽采。在工作面回采過(guò)程中，抽采計(jì)量數(shù)據(jù)顯示：在工作面經(jīng)過(guò)的底板鉆場(chǎng)，抽采純量達(dá)6.8—9.0m3/min，同時(shí)，其他鉆場(chǎng)的抽采純量在10m3/min左右，相當(dāng)于起到了底板巷的作用，有效治理了03302工作面下鄰近層瓦斯問(wèn)題，為03302回采工作面安全回采創(chuàng)造了條件。

參考文獻(xiàn)：

[1]國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局.防治煤與瓦斯突出規(guī)定[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2009.

[2]范孝軍.張集煤礦13-1煤層底板穿層鉆孔優(yōu)化布置的分析與研究[J].山西煤，2012.