張巨峰，施式亮，謝亞?wèn)|，馬德奇，苗在全，張建江

(1.隴東學(xué)院 能源工程學(xué)院，甘肅 慶陽(yáng) 745000；2.湖南科技大學(xué) 資源環(huán)境與安全工程學(xué)院，湖南 湘潭 411201；3.靖遠(yuǎn)煤電股份有限公司 魏家地煤礦，甘肅 白銀 730913)

為了貫徹落實(shí)煤層瓦斯抽采“應(yīng)抽盡抽”的原則，所有抽采措施能用盡用，無(wú)形中增加了煤炭生產(chǎn)成本，尤其是在煤炭產(chǎn)能過(guò)剩、市場(chǎng)蕭條期間，給礦井安全生產(chǎn)帶來(lái)了巨大壓力，同時(shí)，因抽采技術(shù)措施設(shè)計(jì)和實(shí)施不當(dāng)，可能造成采空區(qū)、煤柱等區(qū)域煤炭自然發(fā)火，甚至引發(fā)瓦斯爆炸事故等一系列安全問(wèn)題[1-3]。為此，通過(guò)研究礦井瓦斯地質(zhì)賦存條件，劃分瓦斯地質(zhì)單元，準(zhǔn)確計(jì)算瓦斯含量，精準(zhǔn)設(shè)計(jì)抽采方案，優(yōu)選抽采技術(shù)及設(shè)備，精準(zhǔn)施工抽采鉆孔等手段，保障瓦斯可靠抽采，實(shí)現(xiàn)抽采達(dá)標(biāo)的目標(biāo)[4，5]，構(gòu)建了一套依據(jù)煤層瓦斯地質(zhì)單元的瓦斯梯級(jí)抽采模式，使瓦斯抽采有章可循，更加科學(xué)合理，實(shí)現(xiàn)煤層瓦斯精準(zhǔn)抽采。

瓦斯地質(zhì)單元?jiǎng)澐肿钤缡怯稍棺鞴W(xué)院瓦斯地質(zhì)研究所提出的，認(rèn)為因地質(zhì)因素制約，煤層瓦斯賦存與突出區(qū)域分布呈帶型特點(diǎn)，存在不均衡性，為了研究其規(guī)律性，按一定標(biāo)準(zhǔn)綜合劃分不同等級(jí)的區(qū)域，即瓦斯地質(zhì)單元?jiǎng)澐諿6]。此后，國(guó)內(nèi)很多學(xué)者[7-10]通過(guò)對(duì)礦井煤田瓦斯地質(zhì)單元進(jìn)行了劃分，分析煤層瓦斯賦存的受控因素及條件，進(jìn)而研究礦井瓦斯地質(zhì)規(guī)律，為礦井瓦斯治理提供了理論依據(jù)和技術(shù)支撐。但是，根據(jù)煤田瓦斯地質(zhì)單元?jiǎng)澐?，確定工作面瓦斯等級(jí)，為實(shí)施礦井瓦斯精準(zhǔn)抽采方面的梯級(jí)瓦斯抽采技術(shù)相關(guān)研究卻很少，本文基于魏家地煤礦井田瓦斯地質(zhì)單元?jiǎng)澐?，根?jù)不同區(qū)域煤層瓦斯含量實(shí)施相應(yīng)的瓦斯梯級(jí)抽采技術(shù)，探討構(gòu)建瓦斯精準(zhǔn)抽采模式。

1 井田概況

魏家地煤礦井田屬甘肅靖遠(yuǎn)礦區(qū)寶積山煤田的一部分，井田內(nèi)中生代地層發(fā)育，有白堊系和侏羅系地層，其中，侏羅系分上和中下侏羅統(tǒng)，主要出露于寶積山向斜北翼和F1-2斷層組的西南盤(pán)，中下侏羅統(tǒng)是含煤系，其煤系的基底為上三迭統(tǒng)。井田從西至東由寶積山向斜及其次生的1號(hào)背斜、2號(hào)向斜、3號(hào)背斜和4號(hào)向斜組成。井田的南側(cè)受F1-2斷層組的影響，使得西南翼煤層破壞較為嚴(yán)重，造成西南翼淺部構(gòu)造較為復(fù)雜。井田中部主要受F3和F48斷層的影響，其中F3斷層由東北向西南推復(fù)壓扭，斷距可達(dá)28～65m；F48斷層在F3以南，基本與F3平行，該斷層由西南向東北推復(fù)，并與F3對(duì)沖，斷距小于40m。井田北側(cè)受深部F46斷層的影響，且該斷層為全隱蔽式高角度逆沖斷層，在形成過(guò)程中經(jīng)受過(guò)強(qiáng)大壓扭應(yīng)力的作用，斷層破碎帶達(dá)100m以上。

礦井井田含煤地層為中下侏羅系，可采煤層為一煤層、二煤層、三煤層，主采煤層為一煤層和三煤層，二煤層僅局部可采。一煤層瓦斯含量為0.13～10.22m3/t，平均3.04m3/t，在F3斷層以南由淺至深，瓦斯含量為0.91～10.22m3/t；F3斷層以北由淺至深，瓦斯含量為0.13～4.02m3/t，呈現(xiàn)由小到大的規(guī)律。三煤層瓦斯含量為0.12～4.79m3/t，平均2.31m3/t，F(xiàn)3斷層以南瓦斯含量偏高，以北瓦斯含量偏低，由淺至深瓦斯含量呈現(xiàn)由小到大的規(guī)律。2號(hào)向斜軸部及靠近F3斷層上下盤(pán)100～150m的區(qū)域瓦斯含量偏高。

2 礦井瓦斯地質(zhì)單元?jiǎng)澐?/h2>

2.1 瓦斯地質(zhì)單元?jiǎng)澐衷瓌t

目前，瓦斯地質(zhì)單元?jiǎng)澐秩詻](méi)有統(tǒng)一的劃分指標(biāo)、規(guī)范和模式，在瓦斯地質(zhì)單元具體劃分過(guò)程中仍主要依靠專家實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，因此，最終劃分的結(jié)果也存在一定的差異性，不利于建立瓦斯地質(zhì)劃分原則，隨著學(xué)者們對(duì)瓦斯地質(zhì)的深入研究[8-10]，瓦斯地質(zhì)單元?jiǎng)澐衷瓌t也形成了一些共識(shí)：

1)通常在明確瓦斯地質(zhì)單元?jiǎng)澐旨?jí)別的基礎(chǔ)上按兩個(gè)級(jí)別確定劃分等級(jí)，首先進(jìn)行瓦斯地質(zhì)單元一級(jí)劃分，然后在一級(jí)劃分的基礎(chǔ)上進(jìn)行瓦斯地質(zhì)單元二級(jí)劃分，以盡量達(dá)到精細(xì)化。

2)瓦斯地質(zhì)單元邊界通過(guò)瓦斯區(qū)域邊界控制線圈定。

3)同一區(qū)域內(nèi)的瓦斯地質(zhì)單元?jiǎng)澐謶?yīng)遵循統(tǒng)一的劃分標(biāo)準(zhǔn)。劃分標(biāo)準(zhǔn)為單一指標(biāo)(瓦斯或地質(zhì))或綜合指標(biāo)(瓦斯與地質(zhì))。

4)瓦斯地質(zhì)單元?jiǎng)澐峙c瓦斯地質(zhì)圖繪制一體化，并最終在瓦斯地質(zhì)圖上體現(xiàn)，為礦井生產(chǎn)實(shí)踐提供依據(jù)和支撐。

2.2 魏家地煤礦瓦斯地質(zhì)單元?jiǎng)澐?/h3>

魏家地煤礦井田煤變質(zhì)程度沿煤層走向基本無(wú)變化，沿煤層傾向(煤層底板標(biāo)高-1000m以淺)的變化也不明顯；煤層展布均勻，厚度變化不大，頂板、底板較為致密，為瓦斯封存創(chuàng)造了良好條件；礦井全區(qū)處于同一個(gè)水文地質(zhì)單元內(nèi)，同時(shí)，水動(dòng)力系統(tǒng)有利于整個(gè)區(qū)域瓦斯封存，因此，地質(zhì)構(gòu)造成為區(qū)別不同地質(zhì)單元的關(guān)鍵因素，區(qū)域內(nèi)大型斷層(延展長(zhǎng)度超過(guò)6000m)發(fā)育，可作為瓦斯地質(zhì)單元的邊界。根據(jù)礦井生產(chǎn)實(shí)際涌出瓦斯及煤層瓦斯含量測(cè)定的相關(guān)數(shù)據(jù)，運(yùn)用瓦斯地質(zhì)理論，研究礦井煤田區(qū)域瓦斯含量分布及瓦斯壓力分布規(guī)律，并利用大型斷層初步確定各個(gè)瓦斯地質(zhì)單元邊界控制線，然后繼續(xù)細(xì)化探究各個(gè)地質(zhì)單元內(nèi)瓦斯賦存規(guī)律。瓦斯地質(zhì)單元的合理劃分有利于煤層瓦斯賦存規(guī)律研究，有利于瓦斯資源的勘探開(kāi)發(fā)，有利于煤炭資源的安全高效開(kāi)采。

根據(jù)瓦斯地質(zhì)單元?jiǎng)澐值脑瓌t和依據(jù)，結(jié)合魏家地煤礦煤層瓦斯含量、地質(zhì)條件和生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，以F1-2斷層組、F3斷層和1號(hào)背斜為界劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ等3個(gè)一級(jí)瓦斯地質(zhì)單元，以煤層瓦斯含量為6m3/t和10m3/t、煤層瓦斯壓力0.74MPa為臨界值，在一級(jí)瓦斯地質(zhì)單元的基礎(chǔ)上劃分二級(jí)瓦斯地質(zhì)單元，分別用Ⅰ1、Ⅰ2、Ⅰ3、Ⅱ1、Ⅱ2、Ⅱ3、Ⅲ1、Ⅲ2、Ⅲ3表示。瓦斯地質(zhì)單元Ⅰ內(nèi)瓦斯含量t<6m3/t、瓦斯壓力P<0.74MPa的區(qū)域?yàn)槎?jí)瓦斯地質(zhì)單元Ⅰ1；瓦斯含量6m3/t≤t<10m3/t、瓦斯壓力P≥0.74MPa的區(qū)域?yàn)槎?jí)瓦斯地質(zhì)單元Ⅰ2；瓦斯含量t≥10m3/t、瓦斯壓力P≥0.74MPa的區(qū)域?yàn)槎?jí)瓦斯地質(zhì)單元Ⅰ3；瓦斯地質(zhì)單元Ⅱ和Ⅲ的二級(jí)瓦斯地質(zhì)單元?jiǎng)澐忠嗳绱恕５V井一煤層瓦斯含量等值線及地質(zhì)單元?jiǎng)澐秩鐖D1所示。

圖1 魏家地煤礦一煤層瓦斯含量等值線及地質(zhì)單元?jiǎng)澐?/p>

1)瓦斯地質(zhì)單元Ⅰ：由F1-2斷層組、F3斷層組與1號(hào)背斜形成邊界控制線之間部分。F1-2是井田南部邊緣的外來(lái)推覆體，由F1、F2和其中間的諸多斷層組成，保持與井田走向一致的方向貫穿了整個(gè)井田，以疏緩的角度垂直井田走向方向推覆到井田中深部500～2000m的距離(水平斷距)，幾乎掩蓋了大半個(gè)井田，它對(duì)下盤(pán)煤層破壞很嚴(yán)重，造成了井田南翼成為復(fù)雜的F1-2斷層組構(gòu)造影響帶。F3斷層位于井田中部1號(hào)背斜和2號(hào)向斜西段之間，為一被F1-2斷層組覆蓋的隱蔽逆斷層，西起于Ⅹ線以東，以55°西向斜切1號(hào)背斜，在Ⅹ-Ⅴ線與加Ⅹ-Ⅴ線間消失，全長(zhǎng)4100m。根據(jù)二級(jí)瓦斯地質(zhì)單元?jiǎng)澐謽?biāo)準(zhǔn)，瓦斯地質(zhì)單元Ⅰ又劃分為瓦斯地質(zhì)單元Ⅰ1、瓦斯地質(zhì)單元Ⅰ2和瓦斯地質(zhì)單元Ⅰ3。

2)瓦斯地質(zhì)單元Ⅱ：由F46斷層與F3斷層形成的邊界控制線部分。F46位于井田北東邊部，為整個(gè)井田的北東邊界。東由Ⅹ-Ⅸ線179號(hào)孔處進(jìn)入本井田，以N50°W向伸向NW，在加Ⅹ-Ⅲ-2線與Ⅹ-Ⅳ線間略轉(zhuǎn)為N55°W一直穿過(guò)全井田。斷層面傾向SW，傾角70°～75°，為SW盤(pán)(本井田)上升，NE盤(pán)下降的壓扭性逆斷層。F48斷層：位于F3斷層以南與F3斷層大致平行，是一由SW向NE推覆的并與F3斷層對(duì)沖的逆斷層。斷面傾角60°～70°，斷距小于40m，由于兩斷層從其兩側(cè)對(duì)沖上升之故，致使中間煤層呈一倒楔形帶狀下降。根據(jù)二級(jí)瓦斯地質(zhì)單元?jiǎng)澐謽?biāo)準(zhǔn)，瓦斯地質(zhì)單元Ⅱ又劃分為瓦斯地質(zhì)單元Ⅱ1、瓦斯地質(zhì)單元Ⅱ2和瓦斯地質(zhì)單元Ⅱ3。

3)瓦斯地質(zhì)單元Ⅲ：1號(hào)背斜與2號(hào)向斜之間部分，區(qū)域內(nèi)F48斷層為一由NE向SW推覆的壓扭性逆斷層，斷面傾向NE，傾角55°～65°，斷距小于F49，性質(zhì)與F49相同，長(zhǎng)約650m，為煤層瓦斯的儲(chǔ)存提供了天然條件。根據(jù)二級(jí)瓦斯地質(zhì)單元?jiǎng)澐謽?biāo)準(zhǔn)，瓦斯地質(zhì)單元Ⅲ又劃分為瓦斯地質(zhì)單元Ⅲ1、瓦斯地質(zhì)單元Ⅲ2和瓦斯地質(zhì)單元Ⅲ3。

3 礦井瓦斯精準(zhǔn)抽采模式

3.1 礦井瓦斯精準(zhǔn)抽采步驟及方法

礦井瓦斯精準(zhǔn)抽采是建立在時(shí)間和空間綜合屬性基礎(chǔ)上的一種系統(tǒng)性抽采方法，以礦井煤田瓦斯地質(zhì)、瓦斯含量為依據(jù)，在瓦斯地質(zhì)單元?jiǎng)澐值幕A(chǔ)上，對(duì)采煤工作面瓦斯災(zāi)害進(jìn)行等級(jí)劃分，并進(jìn)行瓦斯抽采半徑測(cè)定，得出瓦斯鉆孔布置間距與抽采時(shí)間關(guān)系，同時(shí)結(jié)合礦井“抽-掘-采”接續(xù)關(guān)系，根據(jù)礦井瓦斯治理“一區(qū)一策，一面一策，梯級(jí)抽采”的模式，從時(shí)空角度優(yōu)化瓦斯抽采方式，形成一套基于瓦斯地質(zhì)單元的礦井瓦斯精準(zhǔn)抽采模式，礦井瓦斯精準(zhǔn)抽采步驟路線如圖2所示。

圖2 礦井瓦斯精準(zhǔn)抽采步驟路線

1)瓦斯地質(zhì)資料收集，主要收集礦井瓦斯地質(zhì)、煤層瓦斯含量和壓力、“抽-掘-采”接續(xù)部署等情況。

2)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定煤層瓦斯參數(shù)(包括瓦斯含量、瓦斯壓力等)開(kāi)展不同區(qū)域瓦斯含量預(yù)測(cè)，繪制礦井瓦斯地質(zhì)圖，得出礦井煤田瓦斯地質(zhì)規(guī)律。

3)根據(jù)礦井不同煤層地質(zhì)條件和瓦斯賦存特征，將瓦斯地質(zhì)特征相似的井田劃分為若干個(gè)一級(jí)瓦斯地質(zhì)單元。

4)在一級(jí)地質(zhì)單元?jiǎng)澐值幕A(chǔ)上，根據(jù)井田煤層瓦斯含量、瓦斯壓力和礦井生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，劃分二級(jí)瓦斯地質(zhì)單元，并將工作面瓦斯災(zāi)害與二級(jí)瓦斯地質(zhì)單元對(duì)應(yīng)，分為三個(gè)梯級(jí)(一級(jí)、二級(jí)、三級(jí))。

5)根據(jù)礦井“抽-掘-采”整體布局，結(jié)合礦井鉆孔瓦斯抽采有效半徑和采煤工作面常用瓦斯抽采方法，提出了“一區(qū)一策，一面一策，梯級(jí)抽采”的瓦斯治理模式，避免了瓦斯抽采方法使用的隨意性和盲目性，實(shí)現(xiàn)了瓦斯抽采技術(shù)有針對(duì)性、精準(zhǔn)的目標(biāo)。

3.2 礦井瓦斯梯級(jí)治理模式

根據(jù)魏家地煤礦煤層瓦斯賦存情況，井田瓦斯地質(zhì)單元?jiǎng)澐譃?個(gè)一級(jí)單元和3個(gè)二級(jí)單元，按照“一區(qū)一策，一面一策，梯級(jí)抽采”的瓦斯治理理念，以煤層瓦斯地質(zhì)單元、瓦斯地質(zhì)因素和工作面瓦斯抽采方法為綜合指標(biāo)，將回采工作面瓦斯抽采等級(jí)確定為三個(gè)梯級(jí)，即：一級(jí)(Ⅰ1、Ⅱ1、Ⅲ1)，二級(jí)(Ⅰ2、Ⅱ2、Ⅲ2)，三級(jí)(Ⅰ3、Ⅱ3、Ⅲ3)。

3.3 瓦斯精準(zhǔn)抽采模式

瓦斯抽采方案設(shè)計(jì)是礦井瓦斯治理整體規(guī)劃和操作實(shí)施的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對(duì)瓦斯精準(zhǔn)抽采具有重要影響。目前，礦井瓦斯抽采的主要方法包括：順層鉆孔瓦斯抽采、底板巖巷穿層鉆孔瓦斯抽采、采空區(qū)上隅角埋管抽采、頂板巖石走向高位鉆孔瓦斯抽采、上出口中位鉆孔瓦斯抽采、地面鉆井瓦斯抽采等[11-15]。為了避免礦井瓦斯抽采方法使用過(guò)程中的主觀性和盲目性，合理實(shí)施抽采技術(shù)，減小施工成本，保證礦井瓦斯精準(zhǔn)抽采，根據(jù)回采工作面瓦斯梯級(jí)治理等級(jí)，按三個(gè)級(jí)別對(duì)應(yīng)實(shí)施瓦斯抽采技術(shù)。

1)梯級(jí)一：針對(duì)礦井煤層瓦斯地質(zhì)單元Ⅰ1、瓦斯地質(zhì)單元Ⅱ1和瓦斯地質(zhì)單元Ⅲ1區(qū)域，在合理配風(fēng)的基礎(chǔ)上，通過(guò)實(shí)施上隅角埋管抽采和順層鉆孔瓦斯抽采、上出口中位鉆孔瓦斯抽采技術(shù)措施解決工作面瓦斯超限問(wèn)題，其中，上出口中位鉆孔瓦斯抽采即在上出口處向采空區(qū)方向?qū)嵤?～5個(gè)傾角為5°、孔徑?75mm的鉆孔，主要進(jìn)行采空區(qū)裂隙帶內(nèi)高濃度瓦斯抽采，解決上隅角瓦斯超限問(wèn)題。

2)梯級(jí)二：煤層瓦斯地質(zhì)單元Ⅰ2、瓦斯地質(zhì)單元Ⅱ2和瓦斯地質(zhì)單元Ⅲ2區(qū)域采用的通風(fēng)稀釋、上隅角埋管抽采、順層鉆孔瓦斯抽采等方法和上出口中位鉆孔瓦斯抽采等方法仍無(wú)法解決工作面瓦斯超限問(wèn)題，通過(guò)在回風(fēng)巷上幫每隔100m施工傾斜向上穿過(guò)煤層頂板5m的高位鉆場(chǎng)，施工孔徑?108mm、長(zhǎng)度70～100m的大直徑巖石鉆孔，主要抽采采空區(qū)上部形成的裂隙帶高濃度瓦斯，以解決采空區(qū)瓦斯涌出量大的問(wèn)題。

3)梯級(jí)三：礦井瓦斯地質(zhì)單元Ⅰ3、Ⅱ3、Ⅲ3區(qū)域常用的通風(fēng)稀釋、順層鉆孔瓦斯抽采、上隅角埋管瓦斯抽采、頂板巖石走向高位鉆孔瓦斯抽采等方法不能滿足安全生產(chǎn)需要，尤其是工作面回采過(guò)程中的頂板垮落、周期來(lái)壓的情況，極易造成采空區(qū)大量瓦斯異常涌出。例如，東102綜放工作面回采過(guò)程中，工作面初次來(lái)壓造成瓦斯異常涌出量達(dá)240m3/min，礦井南風(fēng)井瓦斯傳感器濃度達(dá)0.8%，嚴(yán)重威脅礦井的安全生產(chǎn)，為此，東1102工作面實(shí)施了地面鉆井采前預(yù)抽、采中卸壓抽和采后重抽的瓦斯抽采措施，鉆井抽采的瓦斯最高濃度達(dá)70%，最大純瓦斯抽采量為20m3/min，很好地解決了回采過(guò)程中瓦斯異常涌出問(wèn)題，為工作面的安全回采提供了有力保障。

4 瓦斯精準(zhǔn)抽采現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

4.1 試驗(yàn)工作面概況

為了驗(yàn)證瓦斯精準(zhǔn)抽采方法的可行性，在魏家地煤礦東102綜放工作面進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，東102工作面煤層厚度為5～39.55m，平均15.4m，煤層傾角0°～25°，平均13°，煤層原始瓦斯含量為4.68～10.17m3/t，瓦斯最大壓力為1.88MPa，透氣性系數(shù)為0.213m3/(MPa2·d)，堅(jiān)固性系數(shù)f值為0.31。工作面走向長(zhǎng)920m，傾向長(zhǎng)135m，采用U形通風(fēng)方式，綜采放頂煤工藝開(kāi)采，全部垮落法管理頂板。

4.2 煤層瓦斯參數(shù)分析

東102工作面煤層底板標(biāo)高為1182～1245m，開(kāi)采面積的3/4布置在F1-2斷層組構(gòu)造影響帶內(nèi)，受F1-2斷層組的擠壓和推覆，煤層厚度變化大，構(gòu)造破壞嚴(yán)重，F(xiàn)1-2斷層組構(gòu)造影響帶內(nèi)的煤層具有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性，瓦斯含量沿工作面走向呈現(xiàn)出減小的趨勢(shì)。根據(jù)礦井瓦斯地質(zhì)單元?jiǎng)澐挚芍?，東102工作面介于地質(zhì)單元Ⅱ與地質(zhì)單元Ⅲ之間，按照工作面瓦斯梯級(jí)抽采等級(jí)表將工作面與分為3個(gè)區(qū)域，如圖3所示，圖中，梯級(jí)三區(qū)域?yàn)楣ぷ髅婢嗲醒奂s400m范圍，區(qū)域煤層瓦斯含量為10～10.17m3/t；梯級(jí)二區(qū)域?yàn)楣ぷ髅婢嗲醒?00～800m范圍，區(qū)域煤層瓦斯含量為6～9.86m3/t；梯級(jí)一區(qū)域?yàn)榫喙ぷ髅娉隹诩s150m范圍內(nèi)，區(qū)域煤層瓦斯含量為4.15～4.96m3/t。工作面區(qū)域煤層瓦斯含量如圖4所示。

圖3 工作面瓦斯分布及抽采措施布置

圖4 東102工作面瓦斯含量分布規(guī)律

4.3 梯級(jí)區(qū)域瓦斯抽采措施

根據(jù)東102工作面瓦斯含量劃分的瓦斯梯級(jí)區(qū)域，距工作面切眼400m范圍內(nèi)布置兩口地面瓦斯抽采鉆井進(jìn)行煤層采前預(yù)抽和采后采空區(qū)抽采，同時(shí)，并輔以順層鉆孔瓦斯抽采、上隅角埋管抽采、中位鉆孔抽采、高位鉆孔或高位瓦斯抽采巷抽采，并配備瓦斯分源抽采系統(tǒng)；距工作面切眼400～800m范圍區(qū)域則通過(guò)實(shí)施順層鉆孔瓦斯抽采、上隅角埋管抽采、中位鉆孔抽采、高位鉆孔或高位瓦斯抽采巷抽采等措施解決工作面瓦斯問(wèn)題；距工作面出口150m范圍區(qū)域進(jìn)行順層鉆孔瓦斯抽采、上隅角埋管抽采、中位鉆孔抽采等措施。工作面瓦斯抽采措施布置如圖3所示。

5 瓦斯抽采效果考察

5.1 抽采達(dá)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)

“抽采達(dá)標(biāo)”是我國(guó)煤礦瓦斯治理十六字方針“通風(fēng)可靠、抽采達(dá)標(biāo)、監(jiān)控有效、管理到位”的關(guān)鍵所在，是礦井瓦斯抽采設(shè)計(jì)和實(shí)施的檢驗(yàn)，是“瓦斯精準(zhǔn)抽采”的重要內(nèi)容[16，17]。根據(jù)《煤礦瓦斯抽采基本指標(biāo)》和《靖遠(yuǎn)煤業(yè)集團(tuán)“一通三防”技術(shù)規(guī)范》可知，魏家地煤礦東102綜放工作面瓦斯抽采達(dá)標(biāo)應(yīng)滿足以下標(biāo)準(zhǔn)：

1)瓦斯預(yù)抽率η≥40%。

2)工作面煤層殘余瓦斯含量WCY≤6m3/t，殘余瓦斯壓力PCY≤0.74MPa，瓦斯鉆孔施工時(shí)無(wú)卡鉆、頂鉆、噴孔等瓦斯異?，F(xiàn)象。

3)東102工作面風(fēng)排瓦斯量不高于8m3/min，回風(fēng)流瓦斯?jié)舛炔桓哂?.4%。

4)工作面相對(duì)瓦斯涌出量不高于3.5m3/t。

5.2 抽采效果評(píng)價(jià)

1)東102工作面通過(guò)實(shí)施地面與井下相結(jié)合的立體式瓦斯抽采措施，最長(zhǎng)預(yù)抽時(shí)間390d，最短預(yù)抽時(shí)間370d，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試抽采前后的瓦斯含量結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可知，工作面通過(guò)瓦斯梯級(jí)治理，預(yù)先抽煤層瓦斯抽采率為41.31%～49.54%，平均瓦斯抽采率為45.43%，大于瓦斯預(yù)抽率臨界值，滿足抽采標(biāo)準(zhǔn)的要求。

表1 工作面不同區(qū)域煤層瓦斯含量對(duì)比

2)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定可知，工作面煤層殘余瓦斯含量為2.06～5.86m3/t，低于6m3/t；現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定殘余瓦斯壓力為0.08～0.58MPa，低于0.74MPa，滿足抽采達(dá)標(biāo)的要求。

3)東102工作面最大配風(fēng)量為2000m3/min，回風(fēng)流瓦斯?jié)舛然究刂圃?.2%～0.3%，最大風(fēng)排瓦斯量為6m3/min，低于工作面風(fēng)排瓦斯量8m3/min的標(biāo)準(zhǔn)，滿足抽采達(dá)標(biāo)的要求。

4)根據(jù)瓦斯等級(jí)鑒定測(cè)定的相對(duì)瓦斯涌出量為2.42m3/t，滿足瓦斯抽采達(dá)標(biāo)的要求。

綜上，東102綜放工作面通過(guò)一年多時(shí)間的預(yù)抽，工作面三個(gè)梯級(jí)區(qū)域均實(shí)現(xiàn)瓦斯抽采達(dá)標(biāo)。

5.3 經(jīng)濟(jì)效益考察

魏家地煤礦于2015年開(kāi)始進(jìn)行瓦斯精準(zhǔn)抽采技術(shù)的實(shí)施，以解決瓦斯盲目抽采導(dǎo)致的成本增加問(wèn)題。以2019年和2015年為例進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益考察分析，通過(guò)實(shí)施基于瓦斯地質(zhì)單元?jiǎng)澐值耐咚固菁?jí)精準(zhǔn)抽采后，年增加瓦斯純抽采量6.59×106m3，每0.5m3純瓦斯可以發(fā)一度電，每度電按0.5元計(jì)算，則可產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益約659萬(wàn)元；節(jié)約瓦斯抽采鉆孔施工成本約316萬(wàn)元，則間接經(jīng)濟(jì)效益約316萬(wàn)元，因此，年經(jīng)濟(jì)效益約975萬(wàn)元。

6 結(jié) 論

1) 根據(jù)魏家地煤礦煤層瓦斯含量、地質(zhì)條件和生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，運(yùn)用瓦斯地質(zhì)理論，井田劃分為3個(gè)一級(jí)瓦斯地質(zhì)單元；并以煤層瓦斯含量為6m3/t和10m3/t、煤層瓦斯壓力為0.74MPa為臨界值，在一級(jí)瓦斯地質(zhì)單元的基礎(chǔ)上劃分為3個(gè)二級(jí)瓦斯地質(zhì)單元。

2)綜合考慮井田瓦斯地質(zhì)單元及采煤工作面生產(chǎn)情況，礦井建立了采煤工作面三個(gè)等級(jí)的瓦斯梯級(jí)抽采制度，在魏家地煤礦東102工作面試驗(yàn)，工作面三個(gè)梯級(jí)區(qū)域有針對(duì)性地精準(zhǔn)實(shí)施了不同的瓦斯抽采措施，均實(shí)現(xiàn)了瓦斯抽采達(dá)標(biāo)。

3)結(jié)合礦井瓦斯地質(zhì)單元?jiǎng)澐趾筒擅汗ぷ髅嫱咚固菁?jí)治理等級(jí)，形成了“一區(qū)一策，一面一策，梯級(jí)抽采”的瓦斯治理模式，礦井實(shí)現(xiàn)了瓦斯精準(zhǔn)抽采，保障了安全生產(chǎn)。