【摘要】采用數值模擬和現場試驗相結合的方法,系統地研究了極薄保護層鉆采過程中上覆被保護煤層地應力及煤層變形的變化規律和煤層卸壓瓦斯流動及瓦斯抽采規律。極薄保護層鉆采后,被保護煤層彎曲下沉、卸壓膨脹變形,煤層透氣性提高了403倍,通過向被保護煤層施工網格式上向穿層鉆孔進行卸壓瓦斯抽采,被保護煤層瓦斯壓力和瓦斯含量降低,消除了煤與瓦斯突出危險,成功實現了礦井安全高效生產。
1、被保護煤層地應力變化曲線
被保護煤層地應力變化規律被保護煤層地應力隨極薄保護層鉆采的變化關系曲線如圖 2 所示。分析圖 2 可以得到以下結論：（1）當極薄保護層鉆采 18 m時，煤層在一定區域出現卸壓現象，煤層透氣性增加，但是煤層的卸壓范圍小，卸壓程度低。同時被保護煤層在一定區域形成 圖1 試驗式鉆采示意圖
2、試驗式鉆采示意圖
覆二1煤層的卸壓保護效果。鉆采示意圖如圖 1 所示。文中數值模擬采用 UDEC數值模擬軟件，數值模型采用二維平面應變模型。針對數值模擬主要研究鉆采一9煤層對上覆二1煤層的卸壓保護效果，且層間 3.5 m 厚堅硬 L9灰巖和 5.5 m 厚細砂巖是影響二1煤層卸壓效果的關鍵巖層，所以模型上邊界取至二1煤層以上 19.8 m，模型下邊界取至一9煤層以下 31.5 m即可。數值模型的尺寸為：水平方向取 200m，垂直方向取 78 m。模型上部的巖層重量采用荷載代替。根據模型幾何尺寸的劃分，相應層位煤巖體的物理力學參數如表 1 所示。模型采用分步開挖的開采方式，每步開挖 1.5 m
3、被保護煤層變形變化曲線
被保護煤層變形變化規律被保護煤層變形隨極薄保護層鉆采的變化關系曲線如圖 3 所示。分析圖 3 可以得出以下結論：（1）隨著工作面繼續向前鉆采，煤層膨脹變形逐漸增大，當極薄保護層鉆采 54 m 時，被保護煤層****膨脹變形量為 16 mm，相對變形為 2‰。隨著工作面鉆采距離的進一步增大，由于上覆煤巖體產生緩慢彎曲下沉，被保護煤層逐漸被壓實，煤層膨脹變形也逐漸減小，達到一定值后便趨于穩定，當極薄保護層鉆采81 m 時
4、深部基點法測二
卸壓瓦斯抽采方法及瓦斯抽采效果研究表明，被保護層中的卸壓瓦斯不會涌入保護層工作面，只是在被保護煤層的順層張裂隙中流動。針對被保護煤層采動裂隙分布特征和卸壓瓦斯具有較好順層流動條件的特點，采用在極薄保護層工作面底抽巷施工穿層鉆孔的瓦斯抽采方法，底抽巷穿層鉆孔瓦斯抽采方法如圖 4 所示
5、底抽巷穿層鉆孔瓦斯抽采方法
具有較好順層流動條件的特點，采用在極薄保護層工作面底抽巷施工穿層鉆孔的瓦斯抽采方法，底抽巷穿層鉆孔瓦斯抽采方法如圖 5 所示[7]。在極薄保護層一9煤層工作面施工 2 條底抽巷，即 11011 底抽巷和 11031 底抽巷，巷道方向與煤層走向一致。在底抽巷每隔 10 m 布置一個長度為 5m 的鉆場，在每個鉆場沿工作面傾向向二1煤層施工 9 個穿層鉆孔，鉆孔直徑為 75 mm，鉆孔間距為 7m（相鄰鉆孔與二1煤層中厚面交點的距離），鉆孔穿過二1煤層頂板 0.5 m 以上，這樣在二1煤層卸壓?
6、瓦斯抽采量隨時間的變化
順層張裂隙向抽采鉆孔匯集，經瓦斯抽采管路抽到地面。圖 6 為試驗區卸壓瓦斯抽采量隨時間的變化關系曲線。在極薄保護層鉆采初期瓦斯抽采量****為1 m3/min，平均為 0.49 m3/min，隨著極薄保護層不斷向前鉆采，瓦斯抽采量急劇增大，瓦斯抽采量****為3.5 m3/min，平均為 1.5 m3/min，高效瓦斯抽采期為 2個月，當連續抽采時間超過 9 個月以后，煤層瓦斯抽采率達到 64％。礦井現場試驗研究表明
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