高瓦斯礦井采煤工作面采前瓦斯抽采達標評判執(zhí)行問題探討

孫炳興

(1.瓦斯災(zāi)害監(jiān)控與應(yīng)急技術(shù)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(zāi)害嚴重、瓦斯事故多發(fā)，是制約煤炭工業(yè)安全和可持續(xù)發(fā)展、影響全國安全生產(chǎn)狀況穩(wěn)定好轉(zhuǎn)的主要矛盾和突出問題[1-5]。瓦斯抽采是煤礦瓦斯災(zāi)害治理的根本途徑，而瓦斯抽采達標則是預(yù)防瓦斯事故的關(guān)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(fā)生，做到“有要求、有途徑、有考核、有監(jiān)督、有處罰”，國家有關(guān)部委于2011年聯(lián)合發(fā)布了《煤礦瓦斯抽采達標暫行規(guī)定》的部門規(guī)章。通過上述規(guī)章近10年的實施，并配合其他法規(guī)的執(zhí)行，以及煤炭行業(yè)廣大企業(yè)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(guī)，面向全國不同生產(chǎn)條件的礦井，某些條款相對籠統(tǒng)[10]，僅規(guī)定了原則，因此不可避免會出現(xiàn)具體執(zhí)行時有不同解讀及依據(jù)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(jù)現(xiàn)行法規(guī)[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(chǔ)和關(guān)鍵，故而其評判執(zhí)行過程是否得當(dāng)就顯得尤為重要。筆者結(jié)合煤礦現(xiàn)場生產(chǎn)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(zhí)行過程中遇到的若干問題進行探討與分析，對具體執(zhí)行提出自己的理解與認識，為類似條件下評判執(zhí)行及現(xiàn)場管理提供有益借鑒，同時也為今后相關(guān)法規(guī)的修訂提供參考。

1 特殊條件下采前預(yù)抽必要性

1.1 問題的提出

根據(jù)《煤礦瓦斯抽采達標暫行規(guī)定》第三條：應(yīng)當(dāng)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(yè)；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(jù)《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(yè)。

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(shù)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(yù)抽意義不大。工作面回采期間僅依靠通風(fēng)并輔助其他瓦斯治理措施可確保回風(fēng)風(fēng)速及瓦斯?jié)舛瓤刂圃凇睹旱V安全規(guī)程》規(guī)定范圍內(nèi)。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(yù)抽措施，回采期間最大產(chǎn)量7 400 t/d，最大瓦斯涌出量8.78 m3/min，主要依靠風(fēng)排、高位鉆孔和回風(fēng)隅角插管抽采等措施，回風(fēng)瓦斯?jié)舛群惋L(fēng)速均不超限，實現(xiàn)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(qū)+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(dāng)前，不少地方監(jiān)管部門要求高瓦斯礦井回采工作面必須執(zhí)行預(yù)抽措施，抽采達標后方可安排回采作業(yè)。對上述所列工作面實施煤層瓦斯預(yù)抽措施，不但預(yù)抽效果得不到保證，而且大大增加了礦井生產(chǎn)成本。這種特定條件下的回采工作面執(zhí)行采前預(yù)抽的要求就顯得不科學(xué)。因此，特定條件下高瓦斯礦井采煤工作面采前實施預(yù)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(xiàn)行法規(guī)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(qū)域煤層的原始瓦斯含量，預(yù)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(zhì)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(jù)上述測定及分析，結(jié)合工作面日產(chǎn)量與煤層可解吸瓦斯含量達標判定值的規(guī)定，綜合分析、論證對工作面煤層瓦斯進行預(yù)抽的必要性。為了確保預(yù)抽必要性論證結(jié)論的客觀、合理，建議煤礦企業(yè)委托具有一定技術(shù)實力的科研機構(gòu)或第三方中介機構(gòu)。無必要預(yù)抽的工作面，則應(yīng)嚴格執(zhí)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(guī)定》第三條調(diào)整為“按照本規(guī)定應(yīng)當(dāng)進行瓦斯抽采的煤層必須實施抽采瓦斯措施；必須進行預(yù)抽的煤層，抽采效果達到標準要求后方可安排采掘作業(yè)”。第七條對必須進行瓦斯抽采，并實現(xiàn)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(fēng)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(yīng)當(dāng)對采掘區(qū)域的煤層瓦斯實施預(yù)抽措施”。

2 預(yù)抽條件下采前達標評判

通過多年煤礦現(xiàn)場實踐、資料查閱和現(xiàn)場調(diào)研，對高瓦斯礦井采煤工作面預(yù)抽條件下采前瓦斯抽采達標評判在執(zhí)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(yù)抽鉆孔有效控制范圍評價

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

圖1 工作面預(yù)抽鉆孔布孔空白區(qū)示意圖

圖1中L1、L2、L3分別為工作面回采范圍內(nèi)預(yù)抽鉆孔空白帶寬度；R1、R2、R3分別為所處位置預(yù)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(nèi)巷道預(yù)排等值寬度。若圖1中的預(yù)抽鉆孔布孔空白區(qū)處于巷道預(yù)排瓦斯寬度范圍內(nèi)或預(yù)抽鉆孔有效控制區(qū)域內(nèi)，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(fā)現(xiàn)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(jù)《煤礦瓦斯抽采達標暫行規(guī)定》第二十七條，將預(yù)抽時間差異系數(shù)小于30%的區(qū)域劃分為一個評價單元，計算公式如下：

(1)

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

在煤礦生產(chǎn)現(xiàn)場，為了縮短瓦斯抽采達標時間，常常采用雙向預(yù)抽鉆孔布置，即在工作面進、回風(fēng)巷分別施工上、下向鉆孔進行超前預(yù)抽。此外，為了增加部分區(qū)域預(yù)抽效果，對重點區(qū)域補打密集抽采鉆孔。因巷道施工順序不同導(dǎo)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(jù)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(yù)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(yù)抽鉆孔布置如圖2所示。

圖2 工作面預(yù)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(fēng)巷滯后掘進工作面一定距離同步施工預(yù)抽鉆孔并及時接抽。設(shè)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(fēng)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(jù)式(1)，雙向預(yù)抽鉆孔抽采時間差異系數(shù)η=[(912-182)/912]×100%=80%；回風(fēng)巷預(yù)抽鉆孔抽采時間差異系數(shù)η1=[(912-730)/912]×100%=19.9%；進風(fēng)巷預(yù)抽鉆孔抽采時間差異系數(shù)η2=[(365-182)/365]×100%=50%。由于回風(fēng)巷所有預(yù)抽鉆孔的抽采時間均大于進風(fēng)巷預(yù)抽鉆孔，因此，若把上、下行鉆孔抽采時間統(tǒng)一計算，則工作面任一區(qū)域預(yù)抽鉆孔抽采時間差異系數(shù)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(xù)預(yù)抽，待抽采時間差異系數(shù)降低到規(guī)定值后，方可啟用抽采達標評判下一步程序。這樣既不科學(xué)，也不符合煤礦生產(chǎn)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(shù)將可能更大。

3)評價參數(shù)測定布孔數(shù)量

《煤礦瓦斯抽采達標暫行規(guī)定》第二十六條，對劃定的評價單元應(yīng)實測預(yù)抽瓦斯效果指標并根據(jù)指標測定結(jié)果進行評價。法規(guī)中對突出煤層評價參數(shù)現(xiàn)場測定點進行了詳盡的規(guī)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(shù)測點的布孔方式及布孔數(shù)量提供了很大的自由度，例如有的參照突出煤層，有的根據(jù)現(xiàn)場隨意確定。因此，評判參數(shù)測定點布孔成為了達標評判執(zhí)行過程中需要進一步考究的問題。

評價參數(shù)測定是工作面采前瓦斯抽采達標評判最重要的環(huán)節(jié)。若取樣點參照突出煤層，則評價參數(shù)測定點數(shù)量過多，不利于煤礦現(xiàn)場實際生產(chǎn)。若取樣點偏少或取樣位置存在偏差，往往影響評判結(jié)論，容易導(dǎo)致工作面回采期間發(fā)生瓦斯事故。例如有的礦井測點布置隨意性很強，基于現(xiàn)場施工方便取樣點位置僅位于工作面的一側(cè)區(qū)域，另一側(cè)區(qū)域無測點。這樣的測定結(jié)果一般無法代表整個工作面的預(yù)抽情況。因此，評判參數(shù)布孔應(yīng)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(qū)域，確保評判結(jié)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(guī)定》第二十六條，預(yù)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(yù)抽鉆孔的影響，瓦斯壓力測定結(jié)果影響因素較多，則評判參數(shù)測定結(jié)果存在失真的可能性較大，從而可能導(dǎo)致評判結(jié)論不當(dāng)。因此，工作面采前評判指標的選取是否得當(dāng)將對評判結(jié)論產(chǎn)生直接影響。

工作面區(qū)域布置了大量預(yù)抽鉆孔并進行了長時間的預(yù)抽，由于預(yù)抽鉆孔的影響，殘存瓦斯壓力測定結(jié)果往往準確度較差。另外，瓦斯壓力測點存在布置困難(無頂?shù)装逑锏溃槍訙y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(shù)，產(chǎn)生誤差的環(huán)節(jié)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(yù)排瓦斯寬度范圍內(nèi)或預(yù)抽鉆孔有效控制區(qū)域內(nèi)，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(cè)鉆孔布置，只要一側(cè)抽采鉆孔按設(shè)計要求均勻覆蓋工作面回采區(qū)域，則鉆孔抽采時間差異系數(shù)取一側(cè)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(shù)測點應(yīng)在同一評價單元內(nèi)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(yù)抽效果較差區(qū)域必須布置測點，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜區(qū)域應(yīng)適當(dāng)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(zhí)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(chǔ)上，對煤層實施預(yù)抽措施的必要性進行論證分析。無必要預(yù)抽的，則應(yīng)嚴格執(zhí)行工作面回采期間達標驗證或評價。

2)預(yù)抽條件下：首先，應(yīng)對瓦斯抽采基礎(chǔ)條件進行評價；其次，對工作面預(yù)抽鉆孔布孔方式進行評價；然后，根據(jù)預(yù)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(dǎo)致多次測定評判參數(shù)，可通過抽采計量數(shù)據(jù)計算評價單元內(nèi)預(yù)抽效果達到預(yù)期值后，再開展抽采評判參數(shù)現(xiàn)場測定。最后，根據(jù)抽采評判參數(shù)測定結(jié)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(zhí)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(zhí)行流程圖

4 結(jié)語

礦井瓦斯災(zāi)害是可防、可控、可治的，要想更好地進行瓦斯災(zāi)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(xiàn)場實際執(zhí)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(guī)范了高瓦斯礦井瓦斯抽采達標評判執(zhí)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(zhí)行及現(xiàn)場管理提供有益借鑒。