王憲光，張基名

（鐵法煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司大興煤礦，遼寧 鐵嶺112701）

對(duì)于煤層預(yù)抽，煤層瓦斯“吃干榨凈”是理想化的一種趨向，原始巖體在采動(dòng)卸壓應(yīng)力范圍內(nèi)裂隙發(fā)育，附著的甲烷分子變成游離狀態(tài)，一部分被風(fēng)流帶入回風(fēng)流中，一部分通過裂隙匯源到采空區(qū)，一部分被鉆孔抽采，因此形成了開采煤層瓦斯分源流動(dòng)的多種通道。對(duì)于鄰近層瓦斯，相對(duì)多的量進(jìn)入了采空區(qū)。

通過觀測大興煤礦北二708回采區(qū)域預(yù)抽鉆孔和南五708兩個(gè)工作面頂板瓦斯道煤層卸壓鉆孔，在回采前煤層瓦斯預(yù)抽效果和回采期間煤層卸壓瓦斯抽采效果，分析相同的鉆孔在采、掘不同時(shí)期煤層預(yù)抽與卸壓瓦斯耦合規(guī)律。

1 工作面基本情況

1.1 北二708工作面

北二708工作面位于大興煤礦北二采區(qū)西南部，7-2煤層，煤層厚度在5.40～7.50m之間，一般為6.34m。局部發(fā)育7-2-2煤層，一般煤厚為0.94m。煤層呈黑色，玻璃光澤，條帶結(jié)構(gòu)。本區(qū)域7-2煤層瓦斯壓力為4.1MPa，煤層原始瓦斯含量為12.33m3/t。煤層自然發(fā)火期1～3個(gè)月，煤塵爆炸指數(shù)為43.83%。

北二708工作面面寬155m，走向長度387m。該工作面從2017年11月16日開采，2018年4月27日停采。

1.2 南五708工作面

南五708工作面位于大興煤礦南五采區(qū)西南部，7-2煤層，煤層厚度在3.40～5.60m之間，一般為4.55m。煤層呈黑色，玻璃光澤，條帶結(jié)構(gòu)。本區(qū)域7-2煤層瓦斯壓力為1.67MPa，煤層原始瓦斯含量為9.65m3/t。煤層自然發(fā)火期1～3個(gè)月，煤塵爆炸指數(shù)為43.39%。

南五708工作面大面面寬160m，小面面寬105m，走向長度512m。該工作面從2013年11月12日開采，2014年3月31日停采。

2 兩個(gè)工作面預(yù)抽鉆孔施工情況

2.1 北二708工作面

回采前，對(duì)工作面回采區(qū)域?qū)嵤┟芗槍鱼@孔超前預(yù)抽交叉布孔技術(shù)。

鉆場內(nèi)順層預(yù)抽鉆孔在運(yùn)回順鉆場內(nèi)扇形布置，孔底間距5m，孔徑94mm，如圖1所示。

巷道內(nèi)順層預(yù)抽鉆孔在運(yùn)回順及切眼的巷內(nèi)布置，垂直巷道指向回采區(qū)域施工，孔間距3m，孔徑94mm，如圖2所示。

2.2 南五708工作面

南五708工作面未采取順層預(yù)抽技術(shù)，而是在南五708頂板瓦斯道向7-2煤層施工了24個(gè)煤層卸壓鉆孔。如圖3所示。

南五708頂板瓦斯道的24個(gè)煤層卸壓鉆孔施工后，頂板瓦斯道全段一次性封閉，偶數(shù)鉆孔用抗靜電膠管引出頂板瓦斯道，奇數(shù)鉆孔孔口敞開。

3 煤層預(yù)抽與卸壓瓦斯耦合規(guī)律

分析煤層預(yù)抽與卸壓瓦斯耦合規(guī)律，可以從鉆孔承受采動(dòng)壓力變化，瓦斯抽采量、抽采時(shí)間長短以及鉆孔與工作面位置關(guān)系兩個(gè)方面考量。

圖1 北二708工作面鉆場內(nèi)順層預(yù)抽鉆孔設(shè)計(jì)施工圖

圖2 北二708工作面巷道內(nèi)順層預(yù)抽鉆孔設(shè)計(jì)施工圖

圖3 南五708頂板瓦斯道穿層鉆孔施工圖

3.1 煤層承受采動(dòng)壓力變化規(guī)律

采掘活動(dòng)在煤層和頂?shù)装逯幸鸶鞣N形式的礦山壓力顯現(xiàn)，支承壓力表現(xiàn)為原巖應(yīng)力區(qū)、應(yīng)力增高區(qū)、應(yīng)力降低區(qū)、穩(wěn)壓區(qū)四個(gè)區(qū)段，如圖4所示。在應(yīng)力增高區(qū)煤層裂隙發(fā)育，在原巖應(yīng)力區(qū)煤層裂隙不發(fā)育，在應(yīng)力降低區(qū)頂?shù)装鍑鷰r裂隙完全發(fā)育，在穩(wěn)壓區(qū)頂?shù)装鍑鷰r裂隙發(fā)育停止。

從北二708工作面實(shí)際觀測分析，距采煤工作面5～150m區(qū)域?yàn)閼?yīng)力增高區(qū)，距采煤工作面150m為原巖應(yīng)力區(qū)，距采煤工作面5m至采空區(qū)深部35～80m為應(yīng)力降低區(qū)，采空區(qū)深部80m至切眼為穩(wěn)壓區(qū)。

3.2 瓦斯抽采量、抽采時(shí)間長短以及鉆孔與工作面位置關(guān)系的變化規(guī)律

3.2.1 具有煤層預(yù)抽和卸壓瓦斯抽采鉆孔的瓦斯抽采變化規(guī)律分析

北二708工作面的煤層回采區(qū)域預(yù)抽鉆孔，經(jīng)歷了掘、備、采三個(gè)時(shí)期。煤層回采區(qū)域預(yù)抽鉆孔在掘進(jìn)和備采期間預(yù)抽突出煤層瓦斯，起到了消除回采區(qū)域煤層煤與瓦斯突出危險(xiǎn)和兼顧瓦斯抽采達(dá)標(biāo)的雙重作用?；夭善陂g，在工作面的卸壓范圍內(nèi)同一鉆孔發(fā)揮著抽采煤層卸壓瓦斯的作用，在工作面的未卸壓區(qū)域持續(xù)預(yù)抽煤層瓦斯。預(yù)抽鉆孔在應(yīng)力增高區(qū)、應(yīng)力耦合時(shí)期煤層裂隙普遍發(fā)育，煤層附著的甲烷分子一部分變成游離狀態(tài)，該時(shí)期認(rèn)為是煤層預(yù)抽與卸壓瓦斯耦合時(shí)期，該現(xiàn)象認(rèn)為是煤層預(yù)抽與卸壓瓦斯耦合現(xiàn)象。

北二708工作面的煤層回采區(qū)域預(yù)抽鉆孔從施工預(yù)抽開始，到采煤機(jī)切割鉆孔，最長抽采時(shí)間達(dá)480天。每個(gè)回采區(qū)域預(yù)抽鉆孔瓦斯抽采經(jīng)歷了預(yù)抽變化區(qū)、預(yù)抽穩(wěn)定區(qū)和卸壓抽采區(qū)。如圖5所示。

圖4 工作面前后支承壓力分布圖

圖5 具有煤層預(yù)抽和卸壓瓦斯抽采的鉆孔在抽采瓦斯方面的變化曲線

在鉆孔連抽開始的8～10天內(nèi)鉆孔處在預(yù)抽瓦斯?jié)舛茸兓瘏^(qū)，鉆孔預(yù)抽瓦斯?jié)舛仍?%～20%之間，平均瓦斯?jié)舛葹?0%。鉆孔預(yù)抽穩(wěn)定區(qū)是在鉆孔預(yù)抽10天以后，到鉆孔與采煤工作面距離100～150m的范圍內(nèi)，鉆孔預(yù)抽瓦斯?jié)舛仍?%～3%之間，平均瓦斯?jié)舛葹?%。鉆孔卸壓抽采區(qū)是在鉆孔距采煤工作面100～150m到鉆孔被采煤機(jī)切割的范圍內(nèi)，鉆孔預(yù)抽瓦斯?jié)舛仍?%～30%之間，平均瓦斯?jié)舛葹?0%。

3.2.2 僅有卸壓瓦斯抽采鉆孔的瓦斯抽采變化規(guī)律分析

南五708工作面的頂板瓦斯道卸壓鉆孔，抽采時(shí)間為63天，僅僅經(jīng)歷了采煤時(shí)期的卸壓抽采區(qū)。如圖6所示。

圖6 卸壓鉆孔在抽采瓦斯方面的變化曲線

從觀測的數(shù)據(jù)來看，南五708頂板瓦斯道的煤層卸壓鉆孔在距采煤工作面20～30m位置開始抽采瓦斯?jié)舛燃巴咚沽恐饾u提高，進(jìn)入采空區(qū)25～40m位置瓦斯抽采效果達(dá)到最佳，進(jìn)入采空區(qū)50m以后瓦斯抽采效果遞減。實(shí)測單孔瓦斯?jié)舛茸罡哌_(dá)85%，12個(gè)鉆孔瓦斯流量最大達(dá)18.75m3/min，單孔平均瓦斯?jié)舛冗_(dá)55%，12個(gè)鉆孔平均瓦斯流量13.89m3/min。

從鉆孔瓦斯觀測的數(shù)據(jù)和工作面前后支撐壓力分布曲線可以看出，鉆孔的預(yù)抽瓦斯變量和卸壓瓦斯抽采變量與工作面前后支撐壓力相耦合，在預(yù)抽初期和卸壓瓦斯抽采期應(yīng)增加提高鉆孔的抽采負(fù)壓，使煤層瓦斯抽采發(fā)揮最大作用。

預(yù)抽鉆孔在終孔后應(yīng)立即連抽，保證孔口負(fù)壓在13KPa以上，負(fù)壓維持時(shí)間在連續(xù)抽采10天左右為最佳，使預(yù)抽變化區(qū)能抽盡抽。之后鉆孔減低負(fù)壓維持抽采，負(fù)壓值可控制在2～5KPa，使預(yù)抽穩(wěn)定區(qū)低負(fù)壓長久抽采，新完工的鉆孔抽采能力得到保證。在鉆孔距采煤工作面50m提高孔口負(fù)壓，負(fù)壓值可控制在10～13KPa，使卸壓抽采區(qū)的鉆孔達(dá)到最佳抽采效果，減低煤壁瓦斯和落煤瓦斯。

4 結(jié)束語

煤層預(yù)抽初期和卸壓抽采期是鉆孔瓦斯抽采效果提升的關(guān)鍵時(shí)期，應(yīng)加強(qiáng)抽采系統(tǒng)的管理，提高抽采能力。掌握煤層預(yù)抽與卸壓瓦斯耦合規(guī)律，便于較為精確的生產(chǎn)管理，不錯(cuò)過最佳抽采時(shí)期。