王 鎮(zhèn) 顏葉成

（山東省三河口礦業(yè)有限責任公司，山東 棗莊 277000）

1 概況

東于煤業(yè)有限公司為高瓦斯礦井， 自上而下逐層開采03#、2#、4#、5#、6#、8#、9#煤層。03#煤層的03304 工作面為上保護層工作面，采用綜合機械化采煤工藝，全部垮落法管理頂板，工作面走向長768.4 m，傾向長196.5 m。03#煤層平均煤厚1.6 m，直接頂為灰色砂質泥巖，基本頂為灰黑色泥巖，直接底為灰色細砂巖，基本底為灰黑色泥巖。2#煤層作為被保護層，平均煤厚2.5 m，煤層傾角平均9°，距03#煤層平均7 m。

2 保護層效果考察方案

2.1 考察內(nèi)容及方法

上保護層開采使得周圍的巖層及煤層朝著采空區(qū)方向出現(xiàn)位移和變形，地應力出現(xiàn)變化，被保護層卸壓，煤層膨脹變形產(chǎn)生裂隙，瓦斯解吸、透氣性增高，進而引起下鄰近層內(nèi)瓦斯壓力和瓦斯含量發(fā)生變化[1]。向被保護層施工鉆孔，安設相應的儀器和設備，定期觀測煤層瓦斯壓力、含量等數(shù)據(jù)。為避免對正常生產(chǎn)時造成影響，選擇在03304 工作面停采線以外的膠帶順槽、軌道順槽鉆場內(nèi)布置穿層考察鉆孔，測定分析03#煤層回采后其下方2#煤層瓦斯壓力、含量等相關參數(shù)的變化規(guī)律，進而確定03#煤層開采對2#煤層的保護范圍，并對保護效果進行分析。

2.2 2#煤層考察鉆孔的布置

1 號、2 號鉆場布置在03304 工作面膠帶順槽和軌道順槽停采線邊緣處，在兩個鉆場共計施工穿層鉆孔16 個，鉆孔進入2#煤層底板1 m。其中1、2 號鉆孔用來測定2#煤層原始瓦斯含量；3 號鉆孔在03304 工作面回采結束2 個月后測定2#煤層殘余瓦斯含量；4 號鉆孔用來分析2#煤層的變形規(guī)律；5～8 號鉆孔用來分析03#煤層在傾斜上部對2#煤層的保護效果及保護范圍；9～12 號鉆孔用來分析03#煤層在傾斜下部對2#煤層的保護效果及保護范圍；13～16 號鉆孔用來分析03#煤層在走向上對2#煤層的保護效果及保護范圍[2]。在滿足鉆孔施工要求的同時，減少鉆孔裂隙對數(shù)據(jù)造成的影響，鉆孔采用Φ94 mm 鉆頭施工，并嚴格按“兩堵一注”的封孔工藝對鉆孔進行封孔。鉆孔施工參數(shù)見表1。

表1 鉆孔施工參數(shù)表

3 保護層開采前后2#煤層瓦斯參數(shù)變化及保護效果分析

3.1 2#煤層瓦斯含量變化分析

根據(jù)現(xiàn)場和實驗室的測定數(shù)據(jù)，1 號鉆孔中測定2#煤層解吸量為5.72 m3/t，損失量為1.11 m3/t，殘存量為1.95 m3/t，原始瓦斯含量為8.78 m3/t。2 號鉆孔中測定2#煤層解吸量為5.52 m3/t，損失量為1.15 m3/t，殘存量為1.95 m3/t，原始瓦斯含量為8.62 m3/t。3 號鉆孔中測定2#煤層解吸量為2.91 m3/t，損失量為0.44 m3/t，殘存量為1.95 m3/t，原始瓦斯含量5.30 m3/t。

根據(jù)相關規(guī)定，殘余瓦斯壓力不超過0.74 MPa、殘余瓦斯含量不超過8 m3/t 時，即可說明區(qū)域防突措施效果有效[3]。從測定結果可以看出，2#煤層原始瓦斯含量為8.62～8.78 m3/t，3#煤層回采之后，殘余瓦斯含量降為5.30 m3/t，煤層中有3.32～3.48 m3/t 的瓦斯得到釋放，占煤層原始瓦斯含量的38%～40%。說明03304 工作面開采后，2#煤層出現(xiàn)卸壓，地應力減小，煤層膨脹變形產(chǎn)生裂隙，瓦斯解吸、透氣性增高，被保護層煤層的瓦斯得到了很好的釋放。

3.2 2#煤層瓦斯壓力變化分析

3.2.1 瓦斯壓力測定結果

安裝壓力表后，采用被動測壓法每天記錄5～16號鉆孔的瓦斯壓力變化情況，對觀測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，繪制可視化的曲線，各鉆孔曲線變化趨勢相似，其中5～8 號考察鉆孔的瓦斯壓力隨著保護層03304 工作面位置和時間的變化規(guī)律曲線如圖1、圖2。

圖1 鉆孔瓦斯壓力隨時間變化曲線

圖2 鉆孔瓦斯壓力隨工作面位置變化曲線

3.2.2 瓦斯壓力測定結果分析

根據(jù)鉆孔瓦斯壓力隨工作面位置變化曲線可發(fā)現(xiàn)，沒有開采保護層03304 工作面時，被保護層煤層瓦斯壓力處于原始狀態(tài)，隨著保護層的推采，煤層瓦斯壓力開始下降，隨著越來越接近保護層03304 工作面，被保護層受到集中應力的影響，瓦斯壓力出現(xiàn)反彈上升現(xiàn)象，隨后瓦斯壓力逐步降到最小值并處于穩(wěn)定狀態(tài)，保護層的影響程度達到最大值。期間被保護層的鉆孔瓦斯壓力變化出現(xiàn)相似的特征，經(jīng)歷了二次卸壓的過程。

3.2.3 保護層沿傾斜的卸壓角

保護層03304 工作面開采后，2#煤層傾斜上部考察鉆孔的瓦斯壓力均出現(xiàn)下降現(xiàn)象，其中6、7、8 號鉆孔在保護層03304 工作面瓦斯壓力值分別從1.25 MPa、1.30 MPa、1.21 MPa 降為0.25 MPa、0.24 MPa、0.22 MPa，表明6、7、8 號鉆孔均已得到充分保護。2#煤層傾斜下部考察鉆孔的瓦斯壓力也都出現(xiàn)下降現(xiàn)象，其中9、10、11 號鉆孔在保護層03304 工作面瓦斯壓力值分別從1.18 MPa、1.27 MPa、1.23 MPa 降為0.19 MPa、0.21 MPa、0.23 MPa，表明9、10、11 號鉆孔均已得到充分保護。通過對煤層頂?shù)装逑鄬ξ灰品治?，得?#煤層開采對2#煤層沿傾斜方向的卸壓角[4]，利用插值法計算，得出保護層沿傾斜的卸壓角為80°。

3.2.4 保護層沿走向的卸壓角

保護層03304 工作面開采后，沿著2#煤層走向方向上考察鉆孔的瓦斯壓力均出現(xiàn)下降，其中14、15、16 號鉆孔的瓦斯壓力值分別從1.10 MPa、1.13 MPa、1.18 MPa 下降到0.22 MPa、0.23 MPa、0.21 MPa，這表明14、15、16 號鉆孔均受到了保護作用。利用插值法計算，得出保護層03304 工作面沿走向的卸壓角為70°。

3.3 2#煤層變形量變化分析

2#煤層頂?shù)装宓南鄬ψ冃尾捎蒙畈炕c法進行測定，觀測出2#煤層絕對變形量后，2#煤層絕對變形量除以煤層的厚度即為2#煤層的相對變形量。觀測并記錄4 號鉆孔穿過2#煤層60 m 時的數(shù)據(jù)，一直持續(xù)到工作面回采結束3 個月后，根據(jù)觀測到的數(shù)據(jù)繪制的2#煤層變形量隨時間、工作面位置的變化曲線如圖3、圖4。

圖3 2#煤層變形量隨時間變化曲線

圖4 2#煤層變形量隨工作面位置變化曲線

由圖3、圖4 可以看出，在保護層03304 工作面回采過程中，受回采擾動影響，2#煤層先出現(xiàn)微弱的膨脹變形，隨著工作面繼續(xù)推進，煤層開始出現(xiàn)壓縮變形，在煤層壓縮變形至一定程度之后，開始恢復膨脹變形并持續(xù)，直至煤層變形測定鉆孔位于工作面后方25 m 左右位置處趨于穩(wěn)定。此時推采的時間約為50 d，膨脹變形量達到最大值25 mm，計算出膨脹率為9.8‰。隨后膨脹變形量保持不變，此狀態(tài)可持續(xù)數(shù)月之久。長時間的煤層膨脹變形穩(wěn)定期為瓦斯抽采迎來了良好的條件和充足時間。

4 保護層外錯段2#煤層瓦斯抽采效果考察

在2#煤層中施工了一條03304 底抽巷（外錯03304 膠帶順槽幫對幫20 m），并在該巷道中施工本煤層順層鉆孔對涌入03#煤層的瓦斯進行攔截。保護層03304 工作面開采后，傾斜方向卸壓角δ2=80°，表明03304 工作面膠帶順槽外錯段的2 號煤層20 m 范圍內(nèi)（03304 底抽巷～03304 膠帶順槽正下方2 號煤層）沒有處于保護層有效保護范圍內(nèi)。

現(xiàn)場在03304 底抽巷100 m、220 m、350 m、500 m、600 m 處分別進行取樣測定，經(jīng)計算2 號煤層殘余瓦斯含量測定結果分別見表2。

表2 瓦斯抽采后殘余瓦斯含量測定結果

從表2 的測定結果可以看出，03304 膠帶順槽外錯段2 號煤層20 m 范圍內(nèi)，經(jīng)本煤層順層攔截鉆孔抽采后，殘余瓦斯含量最大為5.29 m3/t，不超過8 m3/t。經(jīng)計算，瓦斯抽采后煤的殘余相對瓦斯壓力為0.24 MPa，不超過0.74 MPa，說明經(jīng)瓦斯抽采后該范圍無煤與瓦斯突出危險性。

5 結論

對東于煤業(yè)有限公司03#煤層保護層03304 工作面開采后的保護范圍和保護效果進行了測試研究分析后，得到以下主要結論：

1）2#煤層原始瓦斯含量在8.62～8.78 m3/t 之間，03#煤層保護層開采后，2#煤層殘余瓦斯含量下降為5.30 m3/t。

2）03#煤層對2#煤層沿傾斜方向卸壓角δ3=80°，沿走向方向卸壓角δ5=70°。

3）03#煤層作為保護層開采，能夠顯著提高2#煤層膨脹變形量，最高值達到25 mm，膨脹率達到9.8‰，超過《防治煤與瓦斯突出細則》中所要求的3‰，表明被保護層得到了較好的保護作用[5]。

4）經(jīng)過2#煤層本煤層順層攔截鉆孔抽采后，03304 膠帶順槽外錯段的2#煤層20 m 范圍內(nèi)（03304底抽巷～03304 膠帶順槽正下方的2#煤層）瓦斯含量最大為5.29 m3/t，最大相對瓦斯壓力為0.24 MPa，小于8 m3/t 和0.74 MPa，該范圍經(jīng)抽采后無煤與瓦斯突出危險性。