馮擁軍 周玉軍 張喜傳

（1.河南工業(yè)和信息化職業(yè)學(xué)院采礦工程系，河南省焦作市，454000；2.河南能源化工焦煤集團(tuán)寶雨山煤業(yè)公司，河南省洛陽(yáng)市，471300）

1 工作面概況

河南能化焦煤集團(tuán)寶雨山煤業(yè)公司井田位于登封煤田的最西端，主采二1煤層，礦井采用立井二水平上、下山開(kāi)拓，采深69～354m，正常涌水量312～426m3／h。2012年二1煤層鑒定為煤與瓦斯突出煤層，瓦斯含量3.26～6.52m3／t，瓦斯壓力最大0.78 MPa。目前揭露的11采區(qū)和12采區(qū)的二1煤層和一7煤層經(jīng)鑒定均為三類不易自燃煤層。

由于寶雨山煤業(yè)公司二1煤層原始煤體的透氣性差、煤體結(jié)構(gòu)松軟、煤層瓦斯吸附能力強(qiáng)等原因，在原始煤體條件下預(yù)抽煤層瓦斯很難達(dá)到理想的消突效果，實(shí)踐證明采取開(kāi)采保護(hù)層結(jié)合被保護(hù)層卸壓瓦斯強(qiáng)化抽采技術(shù)能夠區(qū)域性消除二1煤層的突出危險(xiǎn)性，將高瓦斯突出煤層轉(zhuǎn)變?yōu)榈屯咚篃o(wú)突出煤層，實(shí)現(xiàn)寶雨山煤業(yè)公司安全高效生產(chǎn)。

寶雨山煤業(yè)公司12采區(qū)西翼有二1煤層和一7煤層2層煤可采。一7煤層平均厚度0.5 m，煤層傾角20°，屬不穩(wěn)定煤層，瓦斯含量不大，煤層無(wú)突出危險(xiǎn)，局部能構(gòu)成工作面，因此可作為保護(hù)層開(kāi)采。二1煤層為厚度4m 左右賦存穩(wěn)定的突出煤層，煤層傾角20°，煤層瓦斯壓力0.67～0.81 MPa，瓦斯含量7.03～8 m3／t，因此開(kāi)采前應(yīng)采取區(qū)域性防突措施。根據(jù) 《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》，在具備開(kāi)采保護(hù)層的條件下，采用保護(hù)層開(kāi)采技術(shù)治理煤層瓦斯。因此12采區(qū)西翼的瓦斯治理選擇一7煤層作為下保護(hù)層，開(kāi)采一7 煤層保護(hù)二1煤層。二1煤層和一7煤層平均層間距為20m。

一7煤層開(kāi)采12B06 工作面，工作面走向長(zhǎng)650m，傾斜長(zhǎng)185 m。二1 煤層開(kāi)采12112 工作面，工作面走向長(zhǎng)650m，工作面傾斜長(zhǎng)115m。

2 被保護(hù)層卸壓增透效果考察設(shè)計(jì)方案

寶雨山煤業(yè)公司在12B06 工作面下巷道所測(cè)第一個(gè)被保護(hù)層工作面二1煤層的瓦斯含量最大為6.52m3／t，因 此 在12B06 工 作 面 中 巷 道370 ～590m之間布置10個(gè)鉆場(chǎng)，在下巷道120 ～300m之間布置10個(gè)鉆場(chǎng)，施工穿層鉆孔對(duì)被保護(hù)層二1煤層進(jìn)行抽采，考察瓦斯抽采參數(shù)。鉆場(chǎng)及鉆孔平面布置如圖1所示。1號(hào)鉆場(chǎng)剖面圖如圖2所示。

圖1 12B06中巷道10個(gè)鉆場(chǎng)及鉆孔平面布置圖

圖2 12B06中巷道1號(hào)鉆場(chǎng)鉆孔剖面圖

本次考察方案共設(shè)計(jì)了22個(gè)考察鉆孔 （這是考察工作必需的鉆孔數(shù)目），其中6 個(gè)測(cè)壓孔、7個(gè)變形孔和9個(gè)瓦斯抽采鉆孔。

變形孔用于測(cè)定保護(hù)層開(kāi)采及卸壓瓦斯抽放過(guò)程中二1煤層頂?shù)装宓南鄬?duì)變形，要求進(jìn)入煤層頂板1m；測(cè)壓孔用于測(cè)定保護(hù)層工作面開(kāi)采及卸壓瓦斯抽放過(guò)程中，二1煤層瓦斯壓力、瓦斯含量和煤層透氣性等參數(shù)的變化，并經(jīng)進(jìn)一步分析得出保護(hù)層開(kāi)采及卸壓瓦斯抽采的影響程度。

在被保護(hù)范圍內(nèi)通過(guò)測(cè)定二1煤層瓦斯壓力、瓦斯含量、煤層透氣性系數(shù)、煤層頂?shù)装逑鄬?duì)變形，考察保護(hù)層開(kāi)采對(duì)被保護(hù)層卸壓瓦斯抽采的影響。

3 卸壓增透效果及其分析

3.1 二1煤層透氣性考察

在考察鉆孔中選取4號(hào)鉆場(chǎng)1＃、2＃及3＃鉆孔來(lái)考察煤層自然瓦斯流量，本次考察遠(yuǎn)離采動(dòng)影響，即在測(cè)定瓦斯壓力后，卸下壓力表，測(cè)其在自然狀態(tài)下的瓦斯流量，具體流量如圖3所示。

圖3 鉆孔自然瓦斯流量隨時(shí)間的變化

3個(gè)鉆孔的自然瓦斯流量參數(shù)、瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)及鉆孔參數(shù)如表1所示。

通常測(cè)得的煤層透氣性系數(shù)均在煤礦井下實(shí)測(cè)，本文測(cè)定方法采用中國(guó)礦業(yè)大學(xué)的方法。這種方法較為簡(jiǎn)便，是在煤層瓦斯向鉆孔流動(dòng)的狀態(tài)屬?gòu)较虿环€(wěn)定流動(dòng)的基礎(chǔ)上建立的，該方法需要打鉆時(shí)測(cè)定煤層的原始瓦斯壓力、卸壓后的鉆孔瓦斯自然流量及測(cè)定煤層的瓦斯含量系數(shù)。通過(guò)鉆孔徑向不穩(wěn)定計(jì)算公式來(lái)進(jìn)行煤層透氣性系數(shù)計(jì)算，原始透氣性測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表2所示。

由表2 看出，二1 煤層透氣性為0.0154～0.0203m2／ （MPa2·d），平均0.02m2／ （MPa2·d），屬于難以抽采煤層。

保護(hù)層一7煤層開(kāi)采后，被保護(hù)層二1煤層發(fā)生卸壓膨脹變形，二1煤層的透氣性也發(fā)生相應(yīng)變化，透氣性大大增加。圖4為保護(hù)層開(kāi)采后鉆孔瓦斯流量隨工作面位置變化曲線。

表1 原始煤層透氣性測(cè)定參數(shù)

表2 原始煤層透氣性測(cè)定計(jì)算結(jié)果

圖4中坐標(biāo)原點(diǎn)代表鉆孔所處在工作面的位置，坐標(biāo)左側(cè)為工作面超前鉆孔前方的位置，坐標(biāo)右側(cè)位置為工作面推過(guò)鉆孔后方的位置。由圖4可以看出，1＃、2＃、3＃鉆孔自然瓦斯流量基本趨于一致，大體呈現(xiàn)先下降→上升→下降→上升→趨于穩(wěn)定→下降。

圖4 保護(hù)層開(kāi)采后鉆孔瓦斯流量隨工作面位置變化曲線

由圖4可知，在采面距鉆孔20m 時(shí)，鉆孔瓦斯流量開(kāi)始上升，在此位置處，表明一7煤層開(kāi)采對(duì)二1煤層的開(kāi)采開(kāi)始產(chǎn)生了卸壓變形，煤層透氣性增大，瓦斯解吸及涌出速度加快，自然瓦斯量增大，越來(lái)越多的瓦斯涌向鉆孔；當(dāng)采面推進(jìn)到鉆孔位置時(shí)候，鉆孔自然瓦斯流量達(dá)到了極大值；當(dāng)采面推過(guò)到鉆孔后20m 位置，自然瓦斯流量開(kāi)始有小的波動(dòng)，隨著工作面的繼續(xù)推進(jìn)，流量趨于穩(wěn)定，至工作面推過(guò)鉆孔90m 位置時(shí)，自然瓦斯流量開(kāi)始變得很小，說(shuō)明煤層發(fā)生了收縮變形，也可能是頂板的裂隙帶與鉆孔導(dǎo)通，也可能為二1煤層中的游離態(tài)瓦斯已逸散至保護(hù)層工作面后方的采空區(qū)及裂隙帶的孔隙裂隙中，二1煤層自身的瓦斯量已經(jīng)很少。

將二1煤層卸壓后的透氣性與卸壓前的透氣性進(jìn)行比較，可以深入了解保護(hù)層開(kāi)采前后二1煤層所發(fā)生的變化。二1煤層卸壓后的透氣性測(cè)定方法與測(cè)定原始透氣性系數(shù)相同，所不同的是需要代入煤層的殘余瓦斯壓力和測(cè)定殘余瓦斯壓力鉆孔打開(kāi)后測(cè)定的鉆孔瓦斯流量。

利用上述鉆孔資料，實(shí)測(cè)在12B06 工作面回采后的二1煤層受保護(hù)區(qū)域二1煤層透氣性系數(shù)增加到16.2m2／ （MPa2·d），提高了810倍。

3.2 二1煤層頂?shù)装迮蛎涀冃?/h3>

在12B06保護(hù)層開(kāi)采過(guò)程中，重點(diǎn)考察了被保護(hù)層頂?shù)装迮蛎涀冃瘟浚源朔治霰Ｗo(hù)層開(kāi)采后被保護(hù)層的卸壓保護(hù)效果。煤層頂?shù)装迮蛎涀冃坞S開(kāi)采時(shí)間變化曲線如圖5所示。

圖5 二1煤層頂?shù)装迮蛎涀冃坞S開(kāi)采時(shí)間變化曲線

在12B06中巷道施工鉆孔，用深部基點(diǎn)法測(cè)二1煤層頂?shù)装迮蛎涀冃?，鉆孔煤厚3.5 m，實(shí)測(cè)最大膨脹變形量為72 mm，最大膨脹變形率為20.6‰，遠(yuǎn)超過(guò) 《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》的臨界值3‰，說(shuō)明保護(hù)層開(kāi)采導(dǎo)致被保護(hù)煤層的地應(yīng)力有較大下降，能夠起到很好的卸壓保護(hù)作用，最大膨脹變形發(fā)生在工作面采過(guò)20m 處，說(shuō)明保護(hù)層開(kāi)采導(dǎo)致二1煤層的地應(yīng)力有較大下降，由于煤層卸壓膨脹變形在煤層內(nèi)形成順層張裂隙，有利于卸壓瓦斯在煤層內(nèi)流動(dòng)。

4 結(jié)論

（1）上覆煤巖體為堅(jiān)硬特厚灰?guī)r，產(chǎn)生整體彎曲下沉變形，上覆巖體不產(chǎn)生冒落帶；被保護(hù)層位于保護(hù)層的老頂?shù)膹澢鲁翈?；由于保護(hù)層開(kāi)采作用，二1煤層產(chǎn)生卸壓膨脹變形的同時(shí)形成大量順層張裂隙，沿層理方向的透氣性增加。

（2）二1煤層獲得卸壓保護(hù)效果后，煤層瓦斯解吸，但是由于在煤層中形成大量順層張裂隙，所以煤層中的卸壓瓦斯沿順層張裂隙流動(dòng)，少量卸壓瓦斯可能會(huì)通過(guò)采動(dòng)裂隙涌入保護(hù)層工作面采空區(qū)。

（3）現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)層開(kāi)采試驗(yàn)表明，在層間距23.4m，相對(duì)層間距達(dá)50倍條件下，保護(hù)層開(kāi)采使得二1煤層瓦斯壓力由0.9 MPa降為0.12 MPa，瓦斯含量由6.52m3／t降為3.1m3／t。現(xiàn)場(chǎng)采用深部基點(diǎn)法實(shí)測(cè)二1煤層頂?shù)装逑鄬?duì)膨脹變形率達(dá)到20.6‰，遠(yuǎn)超過(guò) 《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》的臨界值3‰，煤層透氣性提高810倍，在卸壓區(qū)內(nèi)全面地消除了二1煤層的煤與瓦斯突出危險(xiǎn)。

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