下保護層開采對被保護層卸壓增透的現(xiàn)場應用

【摘要】新集一礦2813采區(qū)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(chǎn)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(shù)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(guān)鍵詞】保護層開采 卸壓增透 現(xiàn)場應用

1工作面概況

保護層工作面281110位于二水平八采區(qū)東翼，是八采區(qū)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(nèi)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(chǔ)參數(shù)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(gòu)造等地質(zhì)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(jù)現(xiàn)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(qū)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(qū)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(qū)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(chǎn)生卸壓變形，形成大量的空隙及裂隙網(wǎng)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(shù)，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(shù)。通過鉆孔徑向不穩(wěn)定計算公式來進行煤層透氣性系數(shù)計算，測算出13-1煤層透氣性系數(shù)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(chǎn)生卸壓變形，原有的裂隙進行延伸擴展且產(chǎn)生大量新的空隙裂隙并相互聯(lián)通形成裂隙網(wǎng)絡，卸壓增透后在13-1煤層受保護區(qū)域的透氣性系數(shù)增加到33.8899m2/MPa2·d，透氣性提高了591倍。

3.4煤層頂?shù)装迮蛎涀冃?/p>

采用深部基點法測定煤層頂?shù)装逑鄬ψ冃危冃毋@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(guī)定》中臨界值3‰，變形量大說明煤體中產(chǎn)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(jié)語

（1）通過281316底板巷進行合理的鉆孔參數(shù)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(xiàn)漏氣或者測試的瓦斯參數(shù)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(chǎn)生卸壓增透作用，產(chǎn)生大量裂隙并形成裂隙網(wǎng)絡。

參考文獻：

[1]煤礦安全規(guī)程.煤炭工業(yè)出版社，2011.

[2]《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》讀本.煤炭工業(yè)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(yè)出版社，2008.

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