瓦斯抽采达标煤量的提出及其与矿井原“三量”的关系

边树鹏，刘 杰

(山西焦煤集团有限责任公司 生产技术部， 山西 太原 030024)

经过多年开采，我国煤矿以每年10～20 m(最快50 m)的速度向深部延深，煤层瓦斯压力和瓦斯含量也在逐年加大，一些矿井由低瓦斯矿井逐渐转变为高瓦斯矿井或煤与瓦斯突出矿井[1]. 煤层瓦斯危害矿井安全生产，同时作为一种重要的资源，对瓦斯的开采利用很有必要。瓦斯抽采影响矿井开拓、采区准备，甚至影响工作面的回采速度[2-3]. 高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井的瓦斯抽采利用已构成保障采掘平衡接续的必要条件，研究瓦斯抽采工作对矿井“三量”可采期的影响具有深远意义。

针对煤与瓦斯突出矿井中的准备煤量和回采煤量已不能真实反映矿井接替情况的问题，中国矿业大学的王海峰等[4]提出安全煤量及安全煤量合理可采期新概念。安全煤量的合理可采期指的是煤与瓦斯突出矿井安全煤量可供开采的合理时间，安全煤量过少就会造成矿井采掘接替紧张。彭杨皓等[5]研究了瓦斯抽放对矿井“三量”可采期的优化作用，通过实施瓦斯的综合抽放和编制合理的采掘接替计划来保证回采工作面的安全生产，并制定了合理的适合矿区生产实际的“三量”关系。吕子辉等[6]对影响3个煤量可采期的相关因素和可采期确定方法进行了分析，重新研究制定了合理的三量可采期。梁文勖等[7]针对现有煤层瓦斯有效抽放半径测定方法实用性差的问题，尤其是压降法对封孔要求较高的问题，提出了达标所需抽采量，进一步计算达标抽采时间，以此来确定抽采半径。韩真理等[8]为了实现煤矿瓦斯抽采达标，通过对煤矿瓦斯抽采现状分析，指出了在煤矿瓦斯抽采设计和实际瓦斯抽采过程中存在的问题，并针对性地提出了提高煤矿瓦斯抽采效果的技术途径和实现瓦斯抽采达标的管理工作要点。

瓦斯抽采对矿井生产接续有重大影响，然而，目前人们对于瓦斯抽采与矿井采掘之间的交互影响方式和作用的研究很少，尚无可借鉴的成果。由于高瓦斯矿井在矿井安全“三量”可采期的科学计算与瓦斯抽采工程的互相影响不可忽视，因此，如何将不同类型的瓦斯抽采进程考虑到安全“三量”可采期计算中是个必须要研究的科学问题。

1 瓦斯抽采达标效果评判

根据国家安全生产监督管理总局2011年下发的《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》(安监总煤装[2011]163号)，有下列情况之一的矿井必须进行瓦斯抽采，并实现瓦斯抽采基础条件达标、工作面瓦斯抽采效果达标。 1) 掘进工作面：a) 瓦斯预抽时间不小于6个月。b) 突出煤层的掘进工作面还必须同时满足突出煤层残余瓦斯压力和含量都小于突出矿井设定的敏感指标，并且在施工评价过程中没有发生钻孔喷孔、顶钻或其它的动力现象。如果没有相应的指标时，分别按照0.74 MPa、8 m3/min取值。c) 工作面风速≤4 m/s、回风巷道风流中瓦斯浓度低于0.5%. 2) 采煤工作面回采前煤的可解吸瓦斯量应满足(表1)规定；对瓦斯涌出量主要来自于邻近层或围岩的采煤工作面，工作面抽采效果达标评判可根据同一煤层相邻工作面开采时瓦斯量计算工作面抽采率，采煤工作面瓦斯抽采率满足(表2)规定；其他条件同掘进工作面瓦斯抽采效果评判标准。

表1 采煤工作面回采前煤的可解吸瓦斯量应达指标表

表2 采煤工作面瓦斯抽采率应达指标表

2 瓦斯抽采达标煤量可采期

2.1 瓦斯抽采达标煤量定义及计算

2.1.1瓦斯抽采达标煤量的含义

瓦斯抽采达标煤量：瓦斯抽采达标煤量指在矿井开采范围内，经瓦斯抽采后，煤岩层的瓦斯含量或可解析瓦斯量等指标满足抽采达标规定要求的煤量。

2.1.2抽采达标煤量的计算

计算瓦斯抽采达标煤量时，由于相关参数较多不易获得，因此可用超过预抽期的抽采钻孔进尺所控制的煤量来确定。具体的方法是，用抽采钻孔抽采半径范围内的内接正方形代表抽采控制的横断面积，再确定出超过抽采达标时间的钻孔进尺，相乘即可。计算公式见式(1)，公式中的系数α的确定方法见图1.

Qwd=ρLcπR2α+Qd

(1)

式中：

Qwd—瓦斯抽采达标煤量，t；

Qd—直接影响回采的无需预抽低瓦斯区域煤量，t；

ρ—煤的密度，t/m3；

Lc—抽采达到6个月以上的钻孔进尺，m；

R—抽采半径，m；

α—内接正方形与圆面积比系数，约为0.63.

图1 瓦斯抽采达标煤量计算系数确定原理图

在一个区域煤量中如果包含高瓦斯和低瓦斯两片区域，那么只需预抽高瓦斯区域的瓦斯，抽采达标后的煤量加上低瓦斯区域已构成工作面的回采煤量Qd，可以近似认为该整体区域的煤量属于瓦斯抽采达标煤量，若该区域瓦斯分布均匀且都需要预抽，Qd取0.

通过式(1)计算得到理论上的Qwd后需要与实际的回采煤量进行比较，如果Qwd大于回采煤量，那么Qwd可以作为实际的瓦斯抽采达标煤量；如果Qwd小于回采煤量，说明瓦斯抽采结果没有达到要求，需要继续进行抽采工作。

2.2 瓦斯抽采达标煤量可采期定义

根据原“三量”可采期的定义，瓦斯抽采达标煤量可采期可类似的规定为：

瓦斯抽采达标煤量可采期(月)=

(2)

由此得到矿井的瓦斯抽采达标煤量可采期：

(3)

式中，A为矿井平均月产量，t/月。

3 瓦斯抽采达标煤量与原“三量”的关系

3.1 瓦斯抽采对回采工作的影响

3.1.1直接影响回采的瓦斯抽采方法

直接影响回采的瓦斯抽采方法主要有：开采层瓦斯抽采中的未卸压条件下采区(工作面)大面积抽采和人为卸压条件下的水力压裂、控制爆破强化抽采等。这些抽采方法的主要工艺是由开采层工作面运输巷、回风巷、煤门打上下向顺层钻孔(压裂、爆破等)抽采或交叉钻孔抽采。这些抽采方法需要在工作面开采前完成，为保证工作面顺利接替，要预留预抽时间。

3.1.2不直接影响回采的瓦斯抽采方法

不直接影响回采的瓦斯抽采方法主要有：开采层瓦斯抽采中的未卸压条件下岩巷揭煤与煤巷掘进抽采、采动卸压条件下的边掘边抽和边采边抽；临近层瓦斯抽采中的上下临近层瓦斯抽采；采空区瓦斯抽采中的全封闭式抽采和半封闭式抽采；围岩瓦斯抽采中的围岩裂隙与溶洞瓦斯抽采。这些瓦斯抽采方法中，开采层瓦斯抽采中的未卸压条件下岩巷揭煤与煤巷掘进抽采是超前掘进工作进行的；采动卸压条件下的边掘边抽和边采边抽、临近层瓦斯抽采中的上下临近层瓦斯抽采是伴随采掘工作一起开展的；采空区瓦斯抽采中的全封闭式抽采和半封闭式抽采、围岩瓦斯抽采中的围岩裂隙与溶洞瓦斯抽采是在远离正在生产的采掘空间内实施的。

以上这些抽采方法不需要在工作面回采前进行，不影响回采工作面的接替，其对采掘工作的影响只体现在减缓推进速度上。采面回采速度的减慢可为掘进预留更多的准备时间，不影响采煤的接替，对采掘接续工作反而起积极作用；而掘进速度的减慢会对回采面的准备产生不利的影响，影响采掘接替，这就需要改进掘进工艺技术或增加掘进队伍等。瓦斯抽采对掘进工作的影响可以间接从“三量”可采期中反映出来，不需要另设参数加以考虑。

3.2 瓦斯抽采对开拓和准备工作的影响

瓦斯抽采工作可以在矿井的开拓、采区主要巷道准备阶段或形成回采工作面之前进行，也可以伴随着矿井的开拓、采区准备等工作一起进行，故而瓦斯抽采的期限将直接影响矿井的开拓、采区准备的时间，甚至会影响工作面的回采速度，反之，瓦斯抽采利用效果也会受矿井采掘活动的影响。瓦斯抽采达标煤量与矿井原“三量”之间的相互关系见图2.

图2 矿井“四量”关系图

由于各个矿井的瓦斯含量不同，高瓦斯或瓦斯突出矿井中瓦斯含量高，通过风排瓦斯并不能完全消除瓦斯超标所带来的事故隐患，因此在生产过程中必须进行瓦斯预抽工作，以降低瓦斯浓度，消除因瓦斯因素所造成的突发灾害；而低瓦斯矿井中的瓦斯浓度通过通风足以消除瓦斯所带来的隐患，因此不需要进行预抽工作。

图2a)代表高瓦斯或瓦斯有突出危险的矿井，瓦斯浓度高，预抽工作量大，在抽采不达标前不能进行回采工作，因此瓦斯抽采达标煤量是属于开拓煤量和准备煤量中的一部分。图2b)、c)代表低瓦斯矿井或无瓦斯矿井，瓦斯浓度低，预抽工作量小，甚至不需要对瓦斯预抽，可直接布置回采工作面进行回采，因此瓦斯抽采达标煤量可能大于准备煤量或者开拓煤量。

对于不同生产能力、不同瓦斯含量的矿井，瓦斯抽采与原“三量”是一个交互式影响的关系，瓦斯抽采工作目前是影响矿井采掘接续的一个重要原因。无论何种类型的矿井，瓦斯抽采达标煤量都应包括经区域性瓦斯治理后检验结果为无瓦斯隐患的煤量和瓦斯浓度低而无需进行预抽的煤量两部分。可以根据该煤量来进行采掘衔接计划的编制。

4 结 论

本文主要分析了瓦斯抽采达标的评价指标，提出了“瓦斯抽采达标煤量”以及“瓦斯抽采达标煤量合理可采期”的概念，同时提出了计算方法。矿井瓦斯抽采达标煤量与原“三量”—即开拓煤量、准备煤量、回采煤量，共同构成了矿井“四量”，分析了瓦斯抽采达标煤量与矿井原“三量”的关系，认为瓦斯抽采达标煤量在量级上与原“三量”存在3种囊括关系。瓦斯抽采达标煤量的提出，可以根据各个矿井的不同瓦斯含量，对高瓦斯矿井、瓦斯突出矿井和低瓦斯矿井“四量”进行合理划分，对指导矿井生产接续具有指导意义。