下保护层开采对被保护层卸压增透的现场应用
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【摘要】新集一矿2813采区13-1煤煤层瓦斯压力大、瓦斯含量高。具有突出危险性，利用开采保护层对13-1煤层产生卸压增透作用，在被保护层281316工作面底板瓦斯抽采巷布置穿层钻孔进行抽采卸压瓦斯，通过比较卸压前后13-1煤层的各项参数表明，开采保护层与穿层钻孔的抽采使281316工作面13-1煤消除了突出危险性。
【关键词】保护层开采 卸压增透 现场应用
1工作面概况
保护层工作面281110位于二水平八采区东翼，是八采区11-2煤层设计的第三个工作面。工作面开采机巷标高-578.7m～-598.5m，风巷-519.3m～-547.8m。281110保护层工作面范围内11-2煤与上覆被保护层13-1煤层平均间距为74.43m。13-1煤层全层厚度4.31～10.11m，平均全层厚度7.21m;13-1煤层与13-1下煤层分层夹矸厚度0～3.3m，平均厚度1.77m，煤层倾角平均20°。对13-1煤层进行瓦斯基础参数测试，测试表明原始瓦斯压力为1.7MPa，原始瓦斯含量为10.01m3/t。
2钻孔方案设计
2.1穿层钻孔布置
281316工作面瓦斯抽采钻孔布置：在281316底板巷中每60m在巷道两帮各布置一组钻场，钻场间距15m。施工穿层钻孔对上覆13-1煤进行瓦斯抽采，每个钻场施工24个钻孔，钻孔终孔半径20m，每个钻孔施工至13-1煤顶板不小于1m位置。钻孔布置剖面图如2-1所示。
2.2封孔
按照“囊袋”封孔工艺进行封孔。孔口封孔套管全孔下置管径DN73mm的铁套管;工作面过断层、构造等地质条件较差，易造成钻孔垮塌时，全孔下置管径DN73mm铁套管（前端 1/3段为筛孔管）以确保封孔及抽采效果。封孔管留出煤壁100mm为宜。钻孔封孔长度不小于10m，根据现场情况可适当增加钻孔注实深度，确保钻孔不漏气。
3卸压增透效果分析
3.1煤层瓦斯抽采效果
281316底板瓦斯抽排巷穿层钻孔预抽13-1煤层瓦斯，钻孔布置均匀，无空白带。穿层钻孔控制范围走向长约756m，倾向长约202m。13-1煤层平均厚度7.21m，煤层平均倾角20°，煤层原始瓦斯含量10.01m3/t，煤层容重1.43m3/t。穿层钻孔预抽区域煤层瓦斯储量为：
W=长×宽×煤厚×煤层瓦斯含量×容重/cos（20°）=730×190×10.01×1.43/cos（20°）≈1523万m3
预抽区域煤层瓦斯储量约为1523万m3。自2011年9月在281316工作面底板巷施工13-1煤层抽采钻孔并开始进行瓦斯预抽，281110工作面于2011年11月至2012年6月回采，至2013年11月累计抽采13-1煤层瓦斯1308万m3，抽采率达85.9%，抽采效果显著。
3.2煤层瓦斯压力及含量变化考察
在保护层开采之前测定：2813采区13-1煤层原始瓦斯压力为1.7MPa，原始瓦斯含量为10.01m3/t。保护层工作面开采后，被保护层产生卸压变形，形成大量的空隙及裂隙网络大量导通，煤层透气性大大增加，通过281316底板巷穿层钻孔瓦斯抽采后，实测残余13-1煤層的残余瓦斯压力最大值为0.16MPa、残余瓦斯含量最大值为3.19m3/t。煤层瓦斯压力和瓦斯含量均降到突出危险指标以下，从而消除了13-1煤突出危险性。
3.3煤层透气性考察
通过穿层钻孔测定13-1煤层透气性系数，该方法需要打钻时测定煤层的原始瓦斯压力、卸压后的钻孔瓦斯自然流量及测定煤层的瓦斯含量系数。通过钻孔径向不稳定计算公式来进行煤层透气性系数计算，测算出13-1煤层透气性系数为0.05718m2/MPa2·d，煤层属于难以抽采煤层。
保护层11-2煤开采后，被保护层13-1煤产生卸压变形，原有的裂隙进行延伸扩展且产生大量新的空隙裂隙并相互联通形成裂隙网络，卸压增透后在13-1煤层受保护区域的透气性系数增加到33.8899m2/MPa2·d，透气性提高了591倍。
3.4煤层顶底板膨胀变形
采用深部基点法测定煤层顶底板相对变形，变形钻孔施工时要进入煤层顶板1.0m。钻孔见煤后2.0m，实测最大膨胀变形量103mm，最大相对变形ε为10.1‰，远超于《防治煤与瓦斯突出规定》中临界值3‰，变形量大说明煤体中产生了大量的裂隙，进一步起到消除13-1煤层突出危险性的作用。
4结语
（1）通过281316底板巷进行合理的钻孔参数布置，进行穿层钻孔抽采13-1煤卸压增透的被保护层，抽采出大量瓦斯，降低被保护层瓦斯含量和瓦斯压力。
（2）采用“囊袋”封孔工艺进行封孔后，未出现漏气或者测试的瓦斯参数失效情况，说明该封孔方式适用于本矿穿层钻孔封孔。
（3）通过保护层11-2煤的开采，被保护煤层13-1煤瓦斯透气性增大、煤层卸压膨胀变形达到10.1‰，说明被保护层产生卸压增透作用，产生大量裂隙并形成裂隙网络。
参考文献：
[1]煤矿安全规程.煤炭工业出版社，2011.
[2]《防治煤与瓦斯突出规定》读本.煤炭工业出版社，2009.
[3]石必明.保护层开采覆岩变形移动特征及防突工程应用实践[M].北京：煤炭工业出版社，2008.
作者简介：邢红旗（1975.04-）男，大学本科学历，地质工程师，工程硕士研究生，主要从事矿井地质、瓦斯地质等技术和研究工作。
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