防治煤与瓦斯突出的区域性措施.doc

第十九章 防治煤与瓦斯突出的区域性措施 19.1 概述 防治煤与瓦斯突出措施可分为区域防突措施和局部防突措施。由于受瓦斯灾害大小、人们重视程度及安全意识等方面因素的影响，在不同年代，区域防突措施和局部防突措施的主体地位有所不同。经历了从“以局部防突措施为主”再到“区域防突措施与局部防突措施并重”，最后发展为“区域防突措施先行、局部防突措施补充”。国家相关细则、标准、规定也由防突细则（1988年和1995年版）、煤矿瓦斯治理经验五十条，发展为防突规定。防突规定是在防突细则（1995年版）基础上进行了全面修改和提升，于2009年8月1日实施，其中明确提出，煤与瓦斯突出防治工作坚持“区域防突措施先行、局部防突措施补充”的原则，突出矿井采掘工作做到不掘突出头、不采突出面。首次将区域性防突措施放于首要地位予以执行，从中可以看出来区域防突措施对于防治煤与瓦斯突出的重要性。 区域防突措施包括开采保护层和预制煤层瓦斯两种措施。开采保护层属于缷压瓦斯抽采技术，抽采效果好，因此在煤层群开采条件下应首先采用保护层开采技术，在单一煤层开采、保护层本身为突出煤层和被保护层的未保护区域等条件下采用预抽煤层瓦斯技术，为提高预抽煤层瓦斯效果，需配合煤层的增透技术等提高防突效果。 本章介绍保护层开采和预抽煤层瓦斯措施的消突技术原理，并结合现场的工作流程对各自的工作程序时行详细阐述。根据防突规定要求经开拓后区域预测为突出危险区的煤层必须采取区域防突措施并进行区域措施效果检验。针对区域效果检验，结合防突规定中的相关指标，给出保护层开采及预抽煤层瓦斯等区域性措施的工作程序，以便实现煤矿瓦斯治理的规范化和程序化。 保护层开采作为一项重要的区域防突措施，之前只在规程、防突细则中部分介绍，没有形成系统的标准。为此在前人研究工作的基础上，我们结合近年来的研究成果制定了保护层开采技术规范（AQ1050-2008），并于2009年1月1日起实施。其中部分条款与之前的规定相比有着较大变化，为便于读者理解和掌握，本章重点对变化较大的条款做详细的解读。 19.2 开采保护层 在煤层群开采条件下应首先选择保护层及被保护层缷压瓦斯抽采技术，区域性消除煤层的突出危险性。保护层是煤层群中的首采煤层，应首先选瓦斯含量低或突出危险性相对较小煤层，通过保护层开采的缷压作用抽采上、下邻近煤层的缷压瓦斯，区域性消除邻近煤层的突出危险性，保护层的上、下邻近煤层称为被保护层，如图19-1所示。保护层位于被保护层下部的称为下保护层，保护层位于被保护层上部的称为上保护层。 保护层开采后，采场周围的煤岩体发生移动、变形，使得煤岩体的应力场、裂隙场地重新分布。在采空区顶底板内的一定范围内地应力降低，出现缷压效果，处于顶底板内的煤层发生膨胀变形，煤层透气性呈数至上千倍增加，煤层瓦斯解吸流动加强，这是保护层开采技术应用的理论基础。 保护层开采后，附着顶板岩层的冒落、底板岩层的底鼓，顶底板中由上至下形成底鼓裂隙和底鼓变形带。顶底板煤岩层的缷压程度及发育程度随着向顶底板深部的延伸（层间距的加大）逐渐减弱。下保护层开采时，顶板内的影响范围与开采层厚度成正比。目前国内开采的保护层最远层间距为136m，阳泉矿业集团开采15煤层作为下保护层，保护突出煤层3煤层的安全开采，获得了良好的缷压增透效果。被保护层获得缷压增透效果后，再配合地面钻井或是井下被穿层钻孔等抽采工程及时抽采被保护层缷压瓦斯，可有效降低煤层瓦斯压力和含量，提高煤体的强度，彻底消除煤层的突出危险性，将高瓦斯突出煤层转变为低瓦斯无突出危险煤层，实现突出煤层的安全高效开采。被保护层的瓦斯抽采工程需要提前施工，保证保护层开采的同时能够有效地抽采被保护层的缷压瓦斯。保护层开采防治煤与瓦斯突出技术原理如图19-2所示。 下保护层与上被保护层需要有足够的层间距，开采下保护层不能破坏上被保护层的开采条件，因此上被保护层一般位于保护层开采后形成的断裂带和弯曲带内，不能位于保护层开采后形成的垮落带内。而上保护层与下被保护层的层间距没有明确要求，只要能够保证保护层的安全开采即可，目前上保护层开采的最小层间距为8-10m。在近距离上保护层开采过程中必须解决被保护层的大量缷压瓦斯涌入保护层工作面造成工作面瓦斯超限的问题。 19.2.2 保护层开采及缷压瓦斯抽采工作程序 保护层开采技术虽然被认为是效果最好的区域性防突措施，但保护层开采技术的应用需要具备煤层群的开采条件。在煤层群条件下，其中一个可采煤层无突出危险性或突出危险性相对较小，便可采用保护层开采技术治理突出煤层瓦斯，其工作程序如图19-3所示，可分为准备阶段、实施阶段和效果检验阶段三个阶段。 保护层开采的准备阶段包括煤层群的瓦斯赋存条件分析、保护层开采选择和保护层开采规划设计三个部分。在煤层群开采条件下，首先进行各开采煤层的基本参数考察，掌握煤层瓦斯赋存规律，分析各煤层的突出危险性。在开采水平内若各开采煤层瓦斯较小，且均无突出危险性，则矿井按正常的开采顺序进行煤层开采；若煤层群中包含高瓦斯煤层或是突出危险煤层，则需要采取保护层开采技术对其进行瓦斯治理。其次，在充分论证的基础上，选择无突出煤层或是突出危险性相对较小的煤层作为保护层开采，必要的情况下也可选择软岩层作为报答保护层开采。选择保护层开采类型时应优先选择上保护层，选择下保护层开采时，不得破坏保护层的开采条件。最后根据煤层瓦斯地质条件，进行保护层开采的规划设计，制订矿井开拓、掘进和回采接替计划，以及配套的瓦斯抽采和治理技术方案，做到矿井“抽、掘、采“平衡，必要时可调整矿井煤层的开采顺序，确保保护层开采规划的实施。 保护层开采进入实施阶段后，一方面需要进行保护层工作面巷道施工、工作面安装等准备工作，同时根据保护层开采设计进行被保护层瓦斯抽采工程的施工，包括抽采巷道施工、钻孔施工及瓦斯抽采管路的安装，另一方面还需要施工被保护层的措施效果考察工程，包括考察巷道、考察钻孔的施工，考察仪器仪表的安装等。上述三项工作需同时完成，保证保护层开采时，能对被保护层进行有效的缷压瓦斯抽采，同时对抽采的缷压瓦斯进行计量，并对被保护层的其他效果指标进行考察，为被保护层的保护效果检验做准备工作。另外还需对被保护层的有效保护范围进行考察，为将来的被保护层工作面布置提供基础资料。 保护层开采结束后，需要对被保护层缷压保护范围内的煤体进行保护效果检验。开采保护层的效果检验主要采用残余瓦斯压力、残存瓦斯含量和煤层膨胀变形量三个指标。根据防突规定的要求，突出矿井首次开采某个保护层时，应当对保护层进行区域措施效果检验。如果被保护层的最大膨胀变形量大于3‰，则检验和考察结果可适用于其他区域的同一保护层和被保护层次；否则，应当对每个预计的被保护层区域进行区域措施效果检验。在采用残余瓦斯压力、残余瓦斯含量检验时，以实测数据为准，只有当考察的最大残余瓦斯压力低于被保护层始突深度的瓦斯压力或残余瓦斯含量低于被保护层始突深度的原始含量，保护效果有效。若没能考察出被保护层始突深度的瓦斯压力 或含量，则被保护层残余瓦斯压力降至0.74Mpa以下或残余瓦斯含量降至8m3/t，才能说明保护效果有效，将突出危险区转变为无突出危险；反之，保护效果无效。 若保护效果检验结果为无突出危险后，便可进行被保护层工作面的准备工作，进行采掘作业，在采掘工作面进入该区域时，应立即用钻屑指标法、复合指标法和R值指标法等方法对采掘区域进行至少两次的区域验证，且工作面每推进10-50m至少进行两次区域验证。当区域验证为无突出危险时，应当在采取安全防护措施后进行采掘作业。若有一次区域验证为有突出危险，则该区域以后的采掘作业均应当执行局部综合防突措施。 以上为保护层开采技术应用的工作程序，在突出矿井进行保护层开采时需按上述程序进行，以确保保护层开采技术的应用效果。 19.2.3 被保护层未保护区域的瓦斯治理 保护层开采后，在被保护层中形成大面积的缷压保护区域，但由于必要煤柱的留设、缷压角和保护层工作面开采范围的影响，在被保护层中存在未保护区域，有些区域甚至还会出现应力集中现象，增加了这些区域的突出危险。从提高煤炭资源回采率考虑，被保护层工作面不可能只布置在保护缷压范围之内，因此被保护层工作面中可能存在未保护的区域，这就给被保护工作面的安全开采带来一定的隐患。 为消除被保护层工作面由于未获得缷压保护而形成的安全开采隐患，可从两方面着手解决，一方面尽量减小被保护层工作面中的未保护范围，另一方面是对被保护层中未保护范围进行区域瓦斯治理。 19.2.3.1减小被保护层工作面中的未保护范围 为减小被保护层工作面中的未保护范围，可以采取以下几项措施 采用小煤柱护巷（区段煤柱宽度小于4m）或是沿空留巷技术开采保护层，可消除区段煤柱在被保护层上形成的未保护范围。淮南等矿区正在大力推广沿空留巷无煤柱保护层开采技术，有望实现被保护层在倾向上的连续缷压保护。 采用保护范围的扩界技术，扩大缷压角，相应扩大保护层开采的保护范围，进而缩小或是消除被保护层工作面在走向上、倾向上的未保护范围。淮南潘一矿B11煤层保护C13煤层，为近水平下保护层开采。采用扩界技术后，缷压角扩大为90，扩大了沿走向方向和倾向方向盘保护范围，实现了保护层与被保护层工作面的等宽、等长布置。 保护层采空区内不要随意留设煤柱，在无法避免煤柱留设的情况下应尽量减小留设煤柱的几何尺寸，以减小被保护层中的未保护范围。 对于倾斜远距离的下保护层开采，可采用保护层开采沿倾向下延的方法，保证同水平的被保护层获得全部的缷压保护，下延的保护层需要设置辅助水平。 19.2.3.2 被保护层工作面中未获得保护范围的消突措施 对于采空区煤柱在被保护层中形成的未保护范围和保护层工作面保护不到的被保护层区域，就需要采取预抽煤层瓦斯措施消除其突出解除性，其技术措施主要是从工作面顶底板岩巷或附近巷道向未保护煤层施工密集穿层钻孔进行瓦斯预抽。由于为原始煤层抽采，透气性低，需要密集钻孔抽采，穿层钻孔间距设计为3-7m，钻孔直径不小于90mm，钻孔穿透煤层，还需保证一定的瓦斯预抽时间。预抽结束后需要根据煤层预抽的要求进行效果检验，并在开采过程中进行区域验证。 淮北矿业集团朱仙庄煤矿利用10煤层保护上部的8煤层，为远距离下保护层开采，层间距为90-100m，且由于保护层工作面走向长度较短，再加上走向缷压边界内错的原因，造成被保护层工作面切眼侧有约160m长的范围无法得到保护，需要对保护的范围进行治理。根据现有巷道布置及煤层瓦斯赋存情况，采用穿层钻孔的布置如图19-4所示。被保护层工作面布置有一条底板瓦斯抽采巷道，另外在工作面倾向的上侧原先存在一条旧的巷道，该巷道也是位于8煤层的底板内。首先从这两条底板巷道向未保护范围内的巷道条带施工穿层钻孔，抽采煤巷条带内的瓦斯，消除煤巷条带内的突出解除后但可掘进煤层巷道，待煤巷掘进完成且被保护层工作面形成以后再从煤层巷道中施工顺层钻孔，抽采工作面煤体瓦斯，进而保证未保护范围内的采掘安全。 19.2.4 效果检验及保护范围考察方法 19.2.4.1保护效果检验方法 19.2.4.1.1 保护效果检验指标 防突规定中规定，突出煤层首次开采某个保护层时，应当对被保护层进行区域效果检验。开采保护层的保护效果检验主要采用残余瓦斯压力、残余瓦斯含量和煤层膨胀变形量三个指标，也可以结合煤层的透气性系数变化率等辅助指标。当采用残余瓦斯压力、残余瓦斯含量检验时，应当根据实测的最大残余瓦斯压力或者最大残余瓦斯含量对预计被保护区域的保护效果进行判断。 当考察的最大残余瓦斯压力低于被保护层始突深度的瓦斯压力或残余瓦斯含量低于被保护层始突深度的瓦斯含量，则保护层开采的保护有效。若没能考察出被保护层始突深度的瓦斯压力或含量，则被保护层的残余瓦斯压力必须降到0.74Mpa以下，或将被保护层瓦斯含量降到8m3/t以下。如果被保护层的残余瓦斯压力或残余含量无法满足上述要求，则被保护层的保护效果无效，效果检验区域仍为突出危险区，需要继续采取措施。 在采用被保护层的膨胀变形量进行效果考察时，其最大膨胀变形量需大于3.若这一结果为某个保护层的首次考察，则这一检验和考察结果可适用于其他区域的同一保护层和被保护层，否则应当对每个预计的被保护区域进行区域效果检验。 19.2.4.1.2考察钻孔的布置 效果检验的考察钻孔包括瓦斯压力考察钻也和煤层膨胀变形考察钻孔，煤层透气性系数、钻孔瓦斯涌出量及瓦斯含量（直接法）的考察可利用瓦斯压力考察钻孔进行。在保护层采支影响之间测定的参数为煤层原始瓦斯参数，保护层开采后测定的参数为被保护层经缷压膨胀、瓦斯抽采后的参数，用于对被保护层进行保护效果的检验。被保护层的考察钻孔布置在瓦斯抽采钻孔的几何中心，考察钻孔布置如图19-5所示，考察钻孔从底板瓦斯抽采巷道的两个钻场之间的位置施工，与瓦斯抽采钻孔的开孔位置错开，以免测压钻孔与瓦斯抽采钻孔距离近，造成漏气现象。变形孔要求穿透煤层，并进入煤层顶板1m。考察钻孔尽量垂直于煤层布置，方便参数的考察。一个工作面应至少布置5个效果检验测压孔、3个效果检验变形孔，两类钻孔间隔布置。直接法瓦斯含量测试可利用测压孔进行。 19.2.4.2 保护范围的考察方法 保护范围的考察是对被保护层工作面实际的走向保护边界和倾向保护边界的考察，可以采用钻孔测压，并结合保护层开采技术规范中给出的缷压角进行被保护层保护范围的考察。一般情况下，缷压保护边界是以给定的缷压角为基础确定的保护层开采后的缷压边界线，走向缷压角一般取56～60，倾向缷压角与煤层倾角有关，煤层倾角不同，缷压角也不相同，参考保护层开采技术规范选取特定倾角煤层的上、下缷压角。保护层开采技术规范中给出的缷压角为经验数据，并没有考虑到每个矿井不同的地质条件，而不同的煤岩地质条件下保护层开采后的缷压角是不同的，因此根据选取的缷压角划出的缷压边界线确定的保护范围与实际的保护范围有一定的出入，因此需要进行保护范围内的现场考察，获得准确的保护范围。下面以下保护层开采为例，介绍保护范围的考察钻孔布置方法。 19.2.4.2.1 走向保护边界的考察 走向保护边界考察钻孔布置如图19-6所示，沿走向布置3个考察测压钻孔或煤层变形测定钻孔，其中将一个考察钻孔布置在保护层开采技术规范中规定的走向缷压边界线上，另两个考察钻孔分别布置在该缷压边界的内外侧，钻孔间距10-15m，以煤层中厚面为准。考察钻孔的施工应避开保护层开采的影响范围，从未缷压区的底板瓦斯抽采巷中向煤层施工考察钻孔，钻孔可从开切眼侧施工，也可从收作线侧施工，由现场情况确定。最后根据最终的各个考察钻孔的压力值或煤层变形值大小来判断实际的走向保护边界是否与保护层开采技术规范中规定的走向缷压边界一致，如果不一致，根据实测的瓦斯压力值或煤层变形确定对走向保护范围进行扩界，或是向内收缩。 19.2.4.2.2 倾向保护界的考察 被保护层工作面倾向保护边界考察钻孔布置如图19-7所示，根据工作面倾向上、下部的规定缷压角可确定出上缷压边界和下缷压边界，以该缷压边界为基础，配合考察钻孔确定工作面倾斜方向上的实际缷压边界线。在规定的缷压边界上及内外各布置一个考察钻孔，共布置3个考察钻孔，钻孔间距5～8m，考察巷道位于未缷压区域，从未缷压区向煤层施工考察钻孔。最后根据测压钻孔压力值或煤层变形值的大小确定工作面倾斜方向上的实际缷压边界。 若被保护层工作面倾斜上部为实体煤，则需要分别对工作面倾斜方向上、下部的保护边界进行考察；若被保护层工作面倾斜上部为采空区，则只需要对工作面倾斜方向下部的保护边界进行考察。可从底板抽采巷道内拔门沿倾向施工考察巷道，也可从附近的采区上山巷道中施工倾斜巷道作为考察巷道使用。 同时还可采用直接法测定煤层瓦斯含量对保护范围内进行辅助考察，在施工测压钻孔时及时收集煤样进行瓦斯含量的考察。 19.2.4.3 为进行被保护层的保护效果检验和保护范围的考察，需要对被保护层的瓦斯压力、瓦斯含量、透气性系数、煤层膨胀变形、瓦斯抽采量、瓦斯抽采率等参数进行测量，煤层瓦斯压力测量见2.6节，间接法煤层瓦斯含量测量见2.7节，直接法煤层含量测量见2.7节，煤层透气性系数的测量见2.9节。本小节重点对被保护层的膨胀变形测量方法和被保护层的瓦斯抽采率核算方法进行阐述。 19.2.4.3.1 被保护层的膨胀变形测量 用深部基点法测定煤层顶底板的相对变形，进而可获得被保护层的绝对膨胀变形量，绝对膨胀变量与被保护层厚度的比值定义为被保护层的相对膨胀变形。被保护层的相对膨胀变形量大于3‰，说明被保护层的保护效果较好，可获得充分的缷压保护。施工变形钻孔时要求钻孔尽可能垂直穿透煤层，进入煤层以顶板（或底板）1.0m。在煤层顶板及底板各安装一对钢楔固定深部基点（见图19-8），钢楔由钢管和钢板做成，形状如倒楔形锚杆，不过是中空的。煤层顶板的钢楔焊接一根直径10mm钢筋，穿过煤层底板的钢楔到孔口。煤层底板的钢楔焊有一根直径15mm的无缝钢管，套在与顶板钢楔相连的钢筋上。在保护层的采动作用下，固定于顶板的钢筋与固定于底板的钢管随顶底板移动，钢筋与钢管的相对位移便是煤层的变形量。在集中应力的作用下，煤层被压缩，孔口段外露钢筋变长，产生压缩变形；当煤层缷压后，煤层发生膨胀，孔口段外露钢筋缩短，产生膨胀变形。用百分表或千分卡尺测定钢管与钢筋的相对位移。在钻孔较深的情况下，该考察装置的安装比较困难，为此可对装置进行改进，将钢管、钢筋换为细钢丝绳，则可简化安装程序，并降低安装工作量。 19.2.4.3.2 被保护层缷压瓦斯抽采量考察 被保护层缷压瓦斯抽采量考察包括三部分，分别为单个钻孔瓦斯抽采量、单个钻场瓦斯抽采量和被保护层工作面总的瓦斯抽采量。单个钻孔瓦斯抽采量和单个钻场瓦斯抽采量的考察可选择代表性的钻孔一钻场进行，在钻场内安设瓦斯流量监测装置进行钻孔、钻场流量考察。在保护层工作面瓦斯抽采系统总干管入口侧安设瓦斯监测装置，考察总的瓦斯抽采量。瓦斯抽采量考察可采用孔板流量计或瓦斯抽采监测装置，主要测定参数为抽采管路的混合流量、瓦斯浓度和抽采负压，每日至少记录一次测定参数。被保护层缷压瓦斯抽采结束后，对每天的缷压瓦斯进行累加，便可得出工作面总的缷压瓦斯抽采量。在安装有瓦斯抽采监测系统的矿井，可充分利用抽采监测系统的数据来统计瓦斯的抽采量。 19.2.4.3.3 被保护层残余瓦斯含量的确定 被保护层残余瓦斯含量的考察包括直接测定法、间接测定和煤层瓦斯抽采率反算法三种方法。残余瓦斯含量的直接测定法和间接测定法前面章节有详细的介绍，此处不再重复，本部分重点介绍采用计算瓦斯抽采率的方法反算煤层的残余瓦斯含量。首先需要计算被保护层工作面的瓦斯抽采率。 被保护层工作面的瓦斯抽采率为保护层开采过程中被保护层工作面抽采瓦斯占瓦斯总储量的百分比，即 保护层开采过程中，被保护层工作面的抽采瓦斯包括三部分 ① 施工钻孔期间排放的瓦斯，通过统计瓦斯抽采巷道内的瓦斯浓度及风量便可计算出； ② 钻孔抽采的瓦斯量，通过在抽采管路上安装的测量装置便可获得； ③ 进入保护层采空区的被保护层瓦斯，在近距离保护层开采过程中，这部分瓦斯较多。 将保护层工作面的瓦斯涌出量减去保护层本煤层的瓦斯涌出量和其他邻近的瓦斯涌出量，便是被保护层涌入保护层采空区的瓦斯量。 根据煤层瓦斯含量、煤层厚度、煤的容重、保护范围等参数便可计算出被保护层工作面的瓦斯储量。保护范围可根据钻孔的控制区域做相应的调整。 根据被保护层抽采率，可间接计算出被保护层的残余瓦斯含量，即 残余瓦斯含量可用于对被保护层效果的检验。 19.2.5保护层开采技术规范基本内容及部分条款解读 19.2.5.1 保护层开采技术规范基本内容 在原有防突细则、规程等相关保护层开采成果的基础上，我们结合近几年保护层开采技术的最新研究成果，制定了保护层开采技术规范，并通过标准审查会议专家的审查，于2008年11月19日颁布，2009年1月1日实施，标准号为AQ1050-2008。根据技术标准制定的一般要求及保护层开采技术工作程序，制定的保护层技术规范的内容包括以下10方面内容 ① 范围； ② 规范性引用文件； ③ 术语及定义； ④ 保护层开采的适用条件与选择原则； ⑤ 保护层开采及瓦斯抽采规划； ⑥ 保护层开采及瓦斯抽采； ⑦ 被保护层开采及瓦斯抽采； ⑧ 被保护层保护效果及保护范围考察； ⑨ 被保护层区域性消除突出危险性认证； ⑩ 其他。 保护层开采技术规范基本结构框图19-9所示。 19.2.5.2 部分条款解读 保护层开采技术规范是在原有防突细则和规程等相关保护层开采技术的基础上，并结合近几年最新研究成果制定完成的，因此该标准一方面除继承了原有的部分内容外，另一方面根据目前瓦斯治理的需要又发展、完善了部分新的内容，这里重点是对新增内容做解读。 保护层开采技术规范第5条为具备保护层开采条件的突出矿井必须提前3～5a制订保护层开采及瓦斯抽采规划，调整矿井开采部署，制订矿井开拓、掘进和回采接替计划，以及配套的瓦斯抽采和治理技术方案，保护层工作面应正常衔接，做到“抽、掘、采”平衡。 解读矿井煤层以的开采顺序一般为从上至下开采，若矿井需要采用下保护层开采，则需将煤层的开采顺序调整为从下向上开采，矿井开拓、准备、通风系统和瓦斯抽采系统均需作相应调整，而且需要准备保护层工作面和被保护层工作面的瓦斯抽采工程；此外，考虑到许多突出矿井主采煤层大多已升级为煤与瓦斯突出煤层，运用保护层开采技术部也需要对矿井生产系统和布局进行调整。淮南、淮北矿区实践表明，这一过程需要3-5a时间，它是一项系统工程，因此需要制订保护层开采及瓦斯抽采规划，使矿井的开拓、开采、通风、瓦斯治理工程等都严格按照规划执行，不得随意变动规划内容，保证规划执行的连续性，这样保护层开采才能取得预想的效果。 保护层开采技术规范第6条第2款为正在开采的保护层工作面，在倾斜方向上应超前被保护层工作面，在倾斜方向上应超前被保护层工作面1～2个区段，且应保证足够的超前时间。 解读规程规定正在开采的保护层采煤工作面，必须超前于被保护层的掘进工作面，其超前距离不得小于保护层与被保护层之间法线距离的2倍，并不得小于30m。考虑到一般情况下，受保护层开采的缷压角影响，被保护层工作面的机巷多在保护范围外，在此掘进机巷必须采取综合防治突出措施。近年来，由于矿井接替紧张，一些矿井保护层工作面和被保护层工作面同时生产，存在很多安全隐患。前苏联为了保证突出危险煤层全部面积完全保护，推荐保护层开采方案，至少超前1个区段进行。综上所述，本条规定，正在开采的保护层工作面，在倾斜方向上应超前被保护层工作面1～2个区段，且应保证超前1a时间，这样可使被保护层缷压瓦斯得到充分抽采。 保护层开采技术规范第6条第3款为保护层工作面沿倾斜方向应连续开采，相邻两个工作面之间应实施无煤柱沿空送巷或留设小煤柱护巷，小煤柱宽度不大于4.0m。 解读保护层工作面在倾向上应连续开采，相邻工作面煤柱不宜过宽，应小于4m，否则会在被保护层煤柱宽度小于4m，待下一区段保护层工作面开采过后，两保护层工作面之间煤柱被压缩、压碎、为被保护层相应的煤体膨胀卸压提供了条件，使被保护层工作面沿倾斜方向能够全面消除煤与瓦斯突出危险。前苏联推荐保护层工作面煤柱宽度为2～4m。 保护层开采技术规范第6条第4款为在被保护层工作面未受到保护的区域，应采取预抽瓦斯等措施消除突出危险。 解读保护层与被保护层工作面在空间上应对应布置，这样有利于被保护层工作面瓦斯抽采工程布置及缷压瓦斯的抽采。由于受保护层开采的缷压角影响，即使保护层工作面在倾斜方向上连续开采并超前被保护层工作面1～2个区段，在被保护层工作面的始采线和终采线附近仍存在一定范围未受到保护区域，根据规程规定，在该区域内必须采取综合防治突出措施。考虑到在保护层开采过程中，这些未受到保护区域具有预抽煤层瓦斯的条件和时间，因此本条款规定，在被保护层工作面未受到保护的区域，应采取预抽瓦斯等措施消除煤与瓦斯突出危险。 保护层开采技术规范第6条第5款为应编制安全可行的保护层开采瓦斯抽采设计；保护层工作面开采前，保护层工作面的瓦斯抽采工程应能保证AQ1026-2006中规定的采煤工作面瓦斯抽采率要求。 解读保护层工作面开采过程中瓦斯涌出即来自保护层本身，也来自于保护层工作面上下邻近的煤（岩）层，特别是在近距离保护层开采过程中，来自上下邻近煤（岩）层的瓦斯将对保护层的安全开采造成严重威胁。据本条规定，应编制安全可靠的保护层开采瓦斯抽采设计；并要求保护层工作面开采前，保护层工作面的瓦斯抽采工程应能保证AQ1026-2006中规定的采煤工作面瓦斯抽采率要求。这一规定的目的是为了保证保护层工作面的安全开采。 保护层开采技术规范第7条1款为开采保护层并同时抽采被保护层缷压瓦斯后，经对被保护层区域性消除突出危险性认证，在被保护层保护范围内可按无突出危险区进行采掘作业；在保护范围外，必须采取综合防治突出措施。 解读本条款依据规程第一百九十二条，但在本条款中增加了开采保护层并同时肌采被保护层缷压瓦斯后，需经被保护层区域性消除煤瓦斯突出危险认证来确定被保护层工作面的保护范围，使保护层开采技术更加科学化和程序化，提高了保护层开采技术的安全性和可靠性。 保护层开采技术规范第7条4款为应编制安全可行的被保护层开采瓦斯抽采设计；被保护层工作面开采之前，被保护层工作面的瓦斯抽采工程应能保证AQ1026-2006中规定的采煤工作面瓦斯抽采率要求。 解读根据国内的开采保护层的考察结果，开采保护层并同时抽采被保护层缷压瓦斯后，被保护层保护范围内缷压瓦斯抽采率可达到50以上，但由于被保护层多为主采煤层，区域性消除突出危险并降低瓦斯含量后，可采用高效采煤方法，工作面产量高，瓦斯涌出量仍很大，需要采取瓦斯抽采措施。例如淮南潘一矿保护层B11煤层之后，被保护层C13煤层瓦斯含量由13m3/t降为5m3/t，瓦斯抽采率达到60以上；由于被保护层工作面由高瓦斯突出危险煤层转变为低瓦斯无突出危险煤层，采用了高效的综采放顶煤采煤方法，工作面平均日产达5100t，工作面绝对瓦斯涌出量达20m3/min，采用顶板走向穿层钻孔和采空区埋管瓦斯抽采方法，平均瓦斯抽采量为10m3/min。根据本条款规定，应编制可行的被保护层开采瓦斯抽采设计；并要求被保护层工作面开采之前，被保护层工作面的瓦斯抽采工程应能保证AQ1026-2006中规定的采煤工作面瓦斯抽采率要求。这一规定的目的是为了保证被保护层工作面的安全高效开采。 保护层开采技术规范第9条第1款为被保护层工作面采掘作业前必须将保护范围内煤层的瓦斯含量降到煤层始突深度的瓦斯含量以下或将瓦斯压力降到煤层始突深度的瓦斯压力以下。若没能考察出煤层始突深度的瓦斯含量或压力，则必须将煤层瓦斯含量降到8m3/t，以下，或将煤层瓦斯压力降到0.74Mpa表压以下。 解读本条款规定了被保护层区域消除突出危险性认证指标。依据如下 1.根据防突细则第26条的规定，当煤层瓦斯压力小于0.74Mpa时，煤层无突出危险性。 2.根据前苏联和我国突出矿井的统计资料分析，在煤层可燃基瓦斯含量小于10m3/t时，基本上没有发生过突出，可燃基瓦斯含量指标换算指标换算成原煤瓦斯含量，近似主8m3/t。联邦德国和澳大利亚开采煤层煤质较坚硬，统计资料坚硬，统计资料表明，煤层可角吸含量小于9m3/t时，基本上没有发生过突出。但有这些国家实际执行过程中普遍都将可解吸瓦斯含量降低到6m3/t 左右。 3.根据我国突出矿井的统计资料分析，按最小突出压力0.74Mpa计算，煤层的平均瓦斯含量为8m3/t左右。保护层开采技术规范第10条为其他，具体内容为矿井瓦斯抽采系统的能力应能满足保护层开采缷压瓦斯抽采的需要。 解读保护层开采以后，被保护层缷压瓦斯抽采量很大、深度高，可利用。在保护层开采前应考虑矿井的瓦斯抽采能力和利用问题，若矿井瓦斯抽采量和抽采负压无法满足保护层开采缷压瓦斯抽采需要，需提前改造、扩容矿井瓦斯抽采泵站，在保护层开采之前满足缷压瓦斯抽采要求。 19.3 采前预抽煤层瓦斯 19.3.1 预抽煤层区域性消突技术原理 在单一煤层开采条件或保护层为突出煤层的情况下，需采用预抽煤层瓦斯技术区区域消除其突出危险后，方可进行采掘作业。该措施的消突原理是向突出煤层内施工大量的密集钻孔使煤体形成局部缷压，同时抽采瓦斯释放其潜能，然后再经过较长时间（几个月到几十个月）的预抽煤层瓦斯进一步降低其瓦斯压力与瓦斯含量，并由此引发煤层收缩变形、地应力下降、透气性系统增高、瓦斯压力与瓦斯含量的降低和煤的坚固性系数增加等变化，从而达到消除突出危险性的目的。预抽煤层瓦斯的钻孔布置分为三种形式，一是穿层预抽，二是穿层钻孔结合顺层钻孔预抽，三是全部为顺层钻孔预抽。预抽煤层瓦斯区域性消突技术原理见图19-10。 19.3.2穿层钻孔采前抽采工作程序 从大的方面讲，预抽煤层瓦斯技术中穿层钻孔瓦斯抽采包括两大类，第一类为工作面煤体穿层钻孔瓦斯抽采，第二类为井巷揭煤穿层钻孔瓦斯抽采。下面对这两类穿层钻孔瓦斯抽采的工作程序分别进行介绍。 19.3.2.1 工作面煤体穿层钻孔瓦斯抽采工作程序 根据瓦斯抽采目的的不同，工作面煤体穿层钻孔瓦斯抽采分别为对煤巷掘进条带的瓦斯抽采和对开采区域的瓦斯抽采两类，两类穿层钻孔的工作程序基本相同。工作面煤体穿层钻孔瓦斯抽采的工作程序如图19-11所示，工作程序包括准备、实施和效果检验验证三个阶段。 准备阶段主要任务主穿层钻孔瓦斯抽采的设计，首先需要分析工作面煤体总的区域性防突措施，涉及穿层钻孔的防突措施，包括穿层结合顺层钻孔瓦斯抽采方法和大面积穿层钻孔瓦斯抽采方法两种。在穿层钻孔结合顺层钻孔瓦斯抽采方法中，穿层钻孔主要是对煤巷掘进条带煤体进行瓦斯抽采，以保证机巷、开切眼和风巷的施工安全。如果遇到工作面煤厚度大、煤体松软、不利于顺层长钻孔施工的情况时，就需要采用大面积穿层钻孔瓦斯抽采方法，该方法全部为密集穿层钻孔，穿层钻孔不仅抽采煤巷掘进条带瓦斯，而且抽采工作面开采区域瓦斯，在进入工作面煤层之前，消除工作面采掘范围内的突出危险性。两种穿层钻孔的抽采对象不同，其设计也不尽相同，因此应该根据穿层钻孔的抽采对象，对穿层钻孔瓦斯抽采进行设计，以指导穿层钻孔瓦斯抽采工作的开展。两种穿层钻孔瓦斯抽采方案最大的区别是底部巷道条数不同，前者一般设计一第底板巷，后者一般设计两条底板巷。 实施阶段包括瓦斯抽采工程的施工、瓦斯抽采及效果考察等内容，即首先需要施工底板巷道，在底板巷道中的设计位置开挖钻场用于穿层钻孔施工，并沿底板巷道铺设抽采管路。在距底板巷道迎头后方一定位置便可施工穿层钻孔，即底板巷道可与穿层钻孔同时施工，穿层钻孔需要挂牌管理，每个穿层钻孔施工结束封孔后立即接入抽采管网进行瓦斯抽采，做好瓦斯抽采量的统计工作，用于后期的效果检验。由于是对原始煤层进行瓦斯抽采，所需的抽采时间较长，一般抽采期在6个月以上。抽采结束后施工部分考察钻孔，考察瓦斯的抽采效果。要求考察残余瓦斯压力的钻孔不能瓦斯抽采钻孔导通，考察钻孔布置在周围抽采钻孔的几何中心位置，且把考察钻孔布置在抽采时间表相对较短的区域。 穿层钻孔瓦斯抽采结束后便进入效果检验验证阶段，任务是对穿层钻孔覆盖的煤体进行效果检验和区域验证。在进行效果检验前，首先分析、检查穿层钻孔的分布等是否符合设计要求，不符合设计要求的，不予进行效果检验。穿层钻孔瓦斯抽采的效果检验采用煤层残余瓦斯压力或者煤层残余瓦斯含量作为效果检验指标，但煤巷掘进条带必须采用实测的残余瓦斯压力或残余瓦斯含量进行效果检验，而工作面开采区域可采用实测值，也可根据瓦斯抽采率采用间接法计算残余瓦斯含量值。采用直接法测定煤层残余瓦斯压力或含量对煤巷条带的区域防突措施进行效果检验时，在煤巷条带每间隔30～50m至少布置1个检验测试点。采用瓦斯抽采率间接计算工作面开采区域残余瓦斯含量时，需根据钻孔间距和预抽埋单划分评价单元，分别计算检验指标。若效果检验指标低于规定的临界值，说明检验效果有效，可进行采掘作业。在工作面进行采掘过程中，根据相关规定进行区域验证。当区域验证为无突出危险时，应当在采取安全防护措施后进行采掘作业。若有一次区域验证为有突出危险，则该区域以后的采掘作业均应当执行局部综合防突措施。 以上为穿层钻孔采前瓦斯抽采的工作程序，采用穿层钻孔进行瓦斯抽采时按上述工作程序进行，以保证穿层钻孔的瓦斯抽采的应用效果。 19.3.2.2井巷揭煤穿层钻孔瓦斯抽采工作程序 在立井掘进和石门掘进过程中，遇难煤层需进行揭煤作业。在对高瓦斯煤层或突出煤层揭煤之前，需对揭煤区域一定范围内的煤体进行区域防突措施，其技术措施主要是穿层钻孔的瓦斯抽采，井巷揭煤穿层钻孔瓦斯抽采工作程序如图19-12所示，可分为准备、实施和效果检验验证三个阶段。 准备阶段首先需要掌握煤层层位及突出危险程度，在井巷法向距离煤层10m之前（地质构造复杂、岩石破碎区域在20m之前）必须施工不少于2个探测钻孔，控制煤层层位，在法向距离10m处测定煤层瓦斯压力等相关突出指标，分析评价煤层牟突出危险程度，在些基础上进行井巷揭煤穿层钻孔瓦斯抽采设计。 实施阶段包括钻场施工、钻孔施工、瓦斯抽采及效果的考察等内容。将井巷掘进至距煤层法向距离7m处，进行瓦斯抽采工程的施工，首先在设定位置向煤层施工穿层钻孔，石门揭煤时需在巷道两帮各开挖一钻场，从钻场和巷道的迎头施工钻孔；立井揭煤时无法开挖钻场，嗡从井底和井壁向煤层施工穿层钻孔，穿层钻孔覆盖煤层的范围需要满足设计要求。可先施工井巷前方钻孔，然后再施工井巷轮廓线外的钻孔，消除或是减弱钻孔的喷孔强度。需向石门揭煤地点铺设抽采管路，钻孔施工结束后立即接入抽采管路进行瓦斯抽采。立井揭煤为下向穿层钻孔，容易积水，瓦斯抽采效果不好，且立井安装抽采管网比较困难，因此多采用自然排放瓦斯方法。在排放过程中可采用冲煤扫孔工艺，用金属管将压风接入钻孔底部，对钻孔进行冲孔，一方面可以消除下向钻孔的积水，另一方面排出部分煤屑，扩大钻孔直径，形成缷压空间，有利于瓦斯排放。抽采结束后，根据要求施工考察钻孔，进行瓦斯抽采的效果考察。 在采用残余瓦斯压力或残余瓦斯含量作为效果检验指标对井巷揭煤区域进行防突措施效果检验时必须采用实测的残余瓦斯压力或残余瓦斯含量值，对井巷揭煤区域也可采用钻屑瓦斯解吸指标进行措施效果检验。进行效果检验时，至少要布置4个检验测试点，分别位于要求预抽区域内的上部、中部和两侧，且至少有1个检验测试点位于要求预抽区域内距边缘不大于2m的范围。若效果检验指标低于临界值，说明措施效果有效，便可采用远距离爆破技术揭开煤层，并需在揭煤过程中进行区域验证，反之需继续采取措施。为保证井巷揭煤安全，揭煤前可取安装金属骨架、煤体固化、煤层注水等一系列辅助措施。 19.3.3.1 工作面上向和下向顺层钻孔前抽采工作程序 在采用穿层钻孔或顺层钻孔抽采方法掩护工作面煤层巷道施工结束后，便可从机巷、风巷内向开采区域施工上向和下向顺层钻孔，抽采煤层瓦斯，消除其突出危险性。工作面上向和下向顺层钻孔采前抽采工作程序包括准备、实施、效果检验验证三个阶段，如图19-13所示。 准备阶段为上向和下向顺层钻孔瓦斯抽采的设计阶段，需根据煤层厚度、瓦斯含量及煤层透气性等情况确定抽采钻孔直径确定抽采钻孔的直径、间距及抽采时间。矿井必须装备满足钻进需要的钻机，保证施工的上向和下向顺层钻孔能够覆盖整个工作面，在工作面倾向的中部不出现空白带。 工作面的机巷、风巷施工结束后，便可进入顺层钻孔抽采的实施阶段。可分别从机巷、风巷内同时施工顺层钻孔，顺层钻孔的施工严格按照设计进行，并铺设抽采管路，钻孔施工封孔后立即接抽采管网进行瓦斯抽采。在抽采管路